引用本文: 朱中凱, 陳飛, 王民漢, 周宇, 馮沅, 陳茂. 三維交互式虛擬植入在經導管主動脈瓣置換術術前評估中的應用一例. 華西醫學, 2023, 38(10): 1607-1610. doi: 10.7507/1002-0179.202309156 復制
病例介紹 患者,男,68 歲,體重 50 kg,身高 160 cm,因“暈厥 3 年,氣促乏力 3 個月”于 2023 年 9 月 17 日入院。3 年前患者于活動時出現暈厥倒地,伴意識喪失,持續時間約 5 s,醒后無肢體活動障礙,無大小便失禁,未重視未處理;3 個月前患者出現反復氣促、乏力,雙下肢水腫,于外院就診診斷為“主動脈瓣狹窄(重度)”。既往史:10 年前行“腰椎間盤突出射頻消融術”,否認高血壓、糖尿病病史,否認過敏史,無煙酒嗜好。入院時體格檢查:心率 71 次/min,呼吸 20 次/min,血壓 145/88 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa),主動脈瓣聽診區聞及收縮期 3/6 級雜音,其余基本正常。輔助檢查:血常規、肝腎功能、電解質正常。心功能標志物:腦利尿鈉肽前體 1007 ng/L,肌鈣蛋白 13.8 ng/mL。心電圖:竇性心律。超聲心動圖:左心室收縮末內徑 44 mm,室間隔 15 mm,左心室射血分數 76%,主動脈瓣前向峰值流速 5.4 m/s,跨主動脈瓣平均壓差 69 mm Hg,有效瓣口面積 0.8 cm2;主動脈瓣鈣化、狹窄(重度),三尖瓣反流(輕度),雙室收縮功能測值正常。診斷:① 主動脈瓣狹窄(重度);② 射血分數保留的心力衰竭,心功能Ⅱ~Ⅲ級;③ 高血壓 1 級。擬行手術:經導管主動脈瓣置換術(transcatheter aortic valve replacement, TAVR)。手術策略選擇及 TAVR 術前評估:基于術前多排螺旋計算機體層攝影(multi-detector spiral computer tomography, MDCT)影像,利用 Anythink 軟件(結構性心臟病智能影像分析系統,北京思創貫宇科技開發有限公司)進行影像重建并測量分析。
TAVR 術前 MDCT 增強掃描方案選擇心電門控螺旋掃描,在分析過程中應用收縮期末期數據集(由心電圖上連續 R 波之間的周期百分比定義,R-R 間期的 40%~60%)進行三維重建。根據共識建議[1],重建三維模型后,確認該患者為 Type-1 型二葉式主動脈瓣,由操作者人工確定各冠狀動脈竇最低點,軟件自動將其連接并采用 Anythink 自動化勾畫測量,自動獲得瓣環平面各項參數。在縱軸平面顯示圖中,操作者識別確定左、右冠狀動脈開口,自動計算左、右冠狀動脈開口距瓣環平面的距離。依據瓣環平面和主動脈根部的中心軸,分別定義左心室流出道平面(瓣環下 4 mm)、主動脈竇平面、竇管交界平面、升主動脈平面、瓣環平面與水平面間的夾角,并測量相關參數,必要時進行人工校正(圖1)。

a. 瓣環平面參數;b. 左心室流出道平面參數;c. 右冠狀動脈開口高度;d. 左冠狀動脈開口高度;e. 主動脈竇平面參數;f. 竇管結合部平面參數;g. 主動脈根部角度;h. 主動脈根部結構鈣化體積及分布
環上結構測量平面定義為瓣環平面至瓣葉尖端平面高度范圍(以下稱“瓣葉高度范圍”)內平行于瓣環平面的任意平面,將瓣葉高度范圍四等分,分別測量 3 個平面作為環上結構參考。模擬植入時,首先參考瓣環尺寸選擇介入瓣膜型號,默認起始釋放深度為瓣環下 2 mm,結合環上結構如明顯增厚/鈣化的瓣葉,鈣化融合脊以及二葉式畸形等可能限制介入瓣膜擴張的限制點,多平面有限手動調整模擬植入介入瓣膜金屬支架形態,根據調整后介入瓣膜金屬支架參數和形態判斷模擬植入介入瓣膜型號是否合適(圖2)。該病例參考瓣環尺寸推薦瓣膜為 Venus 26 mm 自膨脹式介入瓣膜,在瓣環下 2 mm 模擬植入后符合碰撞檢測邏輯進行自適應主動脈根部自身解剖結構,分別在短軸和長軸視圖下觀察包括瓣環平面和 3 個環上結構平面(瓣葉高度范圍 1/4、2/4、3/4 處)處介入瓣膜金屬支架形變程度是否符合一般規則,有限調整形變程度后同時觀察左、右冠狀動脈開口是否存在被遮擋風險,最后綜合判定該病例模擬植入介入瓣膜形變程度在可接受范圍,冠狀動脈開口被遮擋風險較小,適合植入 Venus 26 mm 自膨脹式介入瓣膜。該病例在局部麻醉+鎮靜狀態下行 TAVR 手術,術中有創跨主動脈瓣壓差為 120 mm Hg,介入瓣膜釋放前行 18 mm 球囊預擴張,起始釋放深度為無冠狀動脈竇下 2 mm,快速起搏下順利完成釋放,介入瓣膜未回收重新定位釋放,未行球囊后擴張,術后即刻有創壓差 5 mm Hg,經胸超聲心動圖測量主動脈瓣前向峰值流速=2.0 m/s,跨主動脈瓣平均壓差=9 mm Hg。術后完善動態心電圖未提示新發房室傳導阻滯,術后 MDCT 顯示介入瓣膜支架最終植入深度及形態接近術前 Anythink 模擬植入結果(圖3),患者于術后 2 d 順利出院。

a~d. 分別為瓣環平面、瓣葉高度范圍 1/4 平面、瓣葉高度范圍 2/4 平面、瓣葉高度范圍 3/4 平面短軸視圖;e~h. 分別為為瓣環平面、瓣葉高度范圍 1/4 平面、瓣葉高度范圍 2/4 平面、瓣葉高度范圍 3/4 平面模擬植入瓣膜后支架形態;i. 模擬植入瓣膜后主動脈根部長軸切面,瓣膜支架分布多個可調整單元點

a~c. 分別為 TAVR 術前左冠切線位長軸視圖、右冠切線位長軸視圖和主動脈竇水平短軸視圖下模擬植入形態;d~f. 分別為 TAVR 術后左冠切線位長軸視圖、右冠切線位長軸視圖和主動脈竇水平短軸視圖下瓣膜植入后實際形態與術前模擬植入形態比較。TAVR:經導管主動脈瓣置換術;MDCT:多排螺旋計算機體層攝影
討論 TAVR 循證醫學證據現已覆蓋所有外科手術風險分層患者,將涉及更多合并二葉式畸形、不對稱鈣化或瓣葉嚴重鈣化等復雜解剖的潛在 TAVR 患者。相較于傳統思路將瓣環平面測量參數作為瓣膜型號選擇的主要參考,隨著 TAVR 臨床經驗的不斷增加,越來越多的 TAVR 術者逐漸認識到需要綜合考慮除瓣環平面參數以外的多種可能影響介入瓣膜型號選擇的解剖結構,特別是環上結構概念的提出,環上結構包括瓣葉的形態、鈣化融合的大小及位置等[2-4]。針對患者解剖特異性模擬植入預測,結合環上結構概念的綜合考量,環上結構策略可能對特定患者亞群具有更高的附加價值,例如前述提到的復雜解剖包括具有二葉式主動脈瓣和/或嚴重鈣化的三葉式主動脈瓣、主動脈竇偏小、橢圓瓣環乃至延伸至流出道的鈣化患者亞群。由于這類患者的解剖特殊性,環上結構限制平面更易引起介入瓣膜支架擴張不良而影響瓣膜耐久度,增加殘余瓣周漏、瓣環破裂等并發癥風險[5]。如何優化復雜解剖患者 TAVR 術前評估策略仍是國內外關注的熱點話題。
盡管一些手術并發癥可能源于患者、手術和/或操作者等相關因素,但一些特定的并發癥多由介入瓣膜-自身解剖相互作用產生。對于后者,例如主動脈根部鈣化導致的瓣周漏、心臟傳導系統功能障礙、冗長增厚/鈣化瓣葉推擠位移導致的冠狀動脈開口遮擋、主動脈根部破裂或升主動脈損傷甚至主動脈夾層以及瓣膜支架擴展不良等,都將直接影響 TAVR 術后短期或長期臨床結局。即便根據 MDCT 的瓣環測量參數能夠得到合適的人工瓣膜尺寸推薦[6-9],由于主動脈根部解剖結構的高度異質性,人工瓣膜與原生解剖最終的交互作用結果在臨床上僅憑 MDCT 影像分析和 TAVR 術者經驗也難以預測。
Anythink 是處于研發前沿的國產半自動術前 TAVR 測量分析軟件,操作使用更加快捷,界面更加友好,學習曲線更短,更容易掌握。其模擬植入模塊可將模擬瓣膜與自體解剖結構進行三維交互式評價,立體分析介入瓣膜植入后可能的結局,有希望引領國內 TAVR 術前自動化測量以及模擬植入領域的發展。Anythink 軟件中模擬植入模塊將虛擬介入瓣膜植入與三維交互式多平面評估結合,通過模塊中碰撞檢測邏輯自動適應原生解剖結構,預測介入瓣膜支架最終植入形態可能有助于定義介入瓣膜與自體原生結構的相互作用結果,對于患者和手術策略選擇以及瓣膜型號的選擇有重要的參考價值。
值得注意的是,模擬植入結合三維交互式多平面評估不僅僅在評估介入瓣膜尺寸中能夠起到重要的參考價值,同時在術者對患者的手術策略選擇上也存在潛在的輔助決策作用[10-11]。結合關鍵臨床信息、患者特異性解剖特點及可能影響 TAVR 手術臨床結局的因素,經綜合判定,若 TAVR 低風險的潛在患者接受植入后存在臨床獲益可能減少的風險,為貫徹爭取患者獲益最優的原則,對于這類患者則應更積極地推薦行傳統外科開胸換瓣手術,盡可能減少非理想臨床結局的發生。模擬植入結合三維交互式多平面評估不僅僅反映出術者在對 TAVR 潛在患者術前評估時采用更加全面和細致的方法,更是注重細節的評估和臨床決策的判定,這意味著特異性的模擬植入對于合并復雜解剖結構的患者具有重要的最終臨床參考價值。
綜上所述,TAVR 經過數十年的發展已經成為臨床上治療主動脈瓣狹窄患者的成熟手術方式,TAVR 術前評估作為 TAVR 手術整個過程中關鍵性步驟,其結論直接影響 TAVR 手術決策以及術后臨床結局,計算機輔助技術的飛速發展為 TAVR 術前評估提供了有力的幫助,能夠輔助評估者得出更精細化、精準化的術前評估內容,協助提升 TAVR 臨床效果,改善臨床結局。
利益沖突:王民漢、周宇為北京思創貫宇科技開發有限公司工程師;余作者無利益沖突披露。
病例介紹 患者,男,68 歲,體重 50 kg,身高 160 cm,因“暈厥 3 年,氣促乏力 3 個月”于 2023 年 9 月 17 日入院。3 年前患者于活動時出現暈厥倒地,伴意識喪失,持續時間約 5 s,醒后無肢體活動障礙,無大小便失禁,未重視未處理;3 個月前患者出現反復氣促、乏力,雙下肢水腫,于外院就診診斷為“主動脈瓣狹窄(重度)”。既往史:10 年前行“腰椎間盤突出射頻消融術”,否認高血壓、糖尿病病史,否認過敏史,無煙酒嗜好。入院時體格檢查:心率 71 次/min,呼吸 20 次/min,血壓 145/88 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa),主動脈瓣聽診區聞及收縮期 3/6 級雜音,其余基本正常。輔助檢查:血常規、肝腎功能、電解質正常。心功能標志物:腦利尿鈉肽前體 1007 ng/L,肌鈣蛋白 13.8 ng/mL。心電圖:竇性心律。超聲心動圖:左心室收縮末內徑 44 mm,室間隔 15 mm,左心室射血分數 76%,主動脈瓣前向峰值流速 5.4 m/s,跨主動脈瓣平均壓差 69 mm Hg,有效瓣口面積 0.8 cm2;主動脈瓣鈣化、狹窄(重度),三尖瓣反流(輕度),雙室收縮功能測值正常。診斷:① 主動脈瓣狹窄(重度);② 射血分數保留的心力衰竭,心功能Ⅱ~Ⅲ級;③ 高血壓 1 級。擬行手術:經導管主動脈瓣置換術(transcatheter aortic valve replacement, TAVR)。手術策略選擇及 TAVR 術前評估:基于術前多排螺旋計算機體層攝影(multi-detector spiral computer tomography, MDCT)影像,利用 Anythink 軟件(結構性心臟病智能影像分析系統,北京思創貫宇科技開發有限公司)進行影像重建并測量分析。
TAVR 術前 MDCT 增強掃描方案選擇心電門控螺旋掃描,在分析過程中應用收縮期末期數據集(由心電圖上連續 R 波之間的周期百分比定義,R-R 間期的 40%~60%)進行三維重建。根據共識建議[1],重建三維模型后,確認該患者為 Type-1 型二葉式主動脈瓣,由操作者人工確定各冠狀動脈竇最低點,軟件自動將其連接并采用 Anythink 自動化勾畫測量,自動獲得瓣環平面各項參數。在縱軸平面顯示圖中,操作者識別確定左、右冠狀動脈開口,自動計算左、右冠狀動脈開口距瓣環平面的距離。依據瓣環平面和主動脈根部的中心軸,分別定義左心室流出道平面(瓣環下 4 mm)、主動脈竇平面、竇管交界平面、升主動脈平面、瓣環平面與水平面間的夾角,并測量相關參數,必要時進行人工校正(圖1)。

a. 瓣環平面參數;b. 左心室流出道平面參數;c. 右冠狀動脈開口高度;d. 左冠狀動脈開口高度;e. 主動脈竇平面參數;f. 竇管結合部平面參數;g. 主動脈根部角度;h. 主動脈根部結構鈣化體積及分布
環上結構測量平面定義為瓣環平面至瓣葉尖端平面高度范圍(以下稱“瓣葉高度范圍”)內平行于瓣環平面的任意平面,將瓣葉高度范圍四等分,分別測量 3 個平面作為環上結構參考。模擬植入時,首先參考瓣環尺寸選擇介入瓣膜型號,默認起始釋放深度為瓣環下 2 mm,結合環上結構如明顯增厚/鈣化的瓣葉,鈣化融合脊以及二葉式畸形等可能限制介入瓣膜擴張的限制點,多平面有限手動調整模擬植入介入瓣膜金屬支架形態,根據調整后介入瓣膜金屬支架參數和形態判斷模擬植入介入瓣膜型號是否合適(圖2)。該病例參考瓣環尺寸推薦瓣膜為 Venus 26 mm 自膨脹式介入瓣膜,在瓣環下 2 mm 模擬植入后符合碰撞檢測邏輯進行自適應主動脈根部自身解剖結構,分別在短軸和長軸視圖下觀察包括瓣環平面和 3 個環上結構平面(瓣葉高度范圍 1/4、2/4、3/4 處)處介入瓣膜金屬支架形變程度是否符合一般規則,有限調整形變程度后同時觀察左、右冠狀動脈開口是否存在被遮擋風險,最后綜合判定該病例模擬植入介入瓣膜形變程度在可接受范圍,冠狀動脈開口被遮擋風險較小,適合植入 Venus 26 mm 自膨脹式介入瓣膜。該病例在局部麻醉+鎮靜狀態下行 TAVR 手術,術中有創跨主動脈瓣壓差為 120 mm Hg,介入瓣膜釋放前行 18 mm 球囊預擴張,起始釋放深度為無冠狀動脈竇下 2 mm,快速起搏下順利完成釋放,介入瓣膜未回收重新定位釋放,未行球囊后擴張,術后即刻有創壓差 5 mm Hg,經胸超聲心動圖測量主動脈瓣前向峰值流速=2.0 m/s,跨主動脈瓣平均壓差=9 mm Hg。術后完善動態心電圖未提示新發房室傳導阻滯,術后 MDCT 顯示介入瓣膜支架最終植入深度及形態接近術前 Anythink 模擬植入結果(圖3),患者于術后 2 d 順利出院。

a~d. 分別為瓣環平面、瓣葉高度范圍 1/4 平面、瓣葉高度范圍 2/4 平面、瓣葉高度范圍 3/4 平面短軸視圖;e~h. 分別為為瓣環平面、瓣葉高度范圍 1/4 平面、瓣葉高度范圍 2/4 平面、瓣葉高度范圍 3/4 平面模擬植入瓣膜后支架形態;i. 模擬植入瓣膜后主動脈根部長軸切面,瓣膜支架分布多個可調整單元點

a~c. 分別為 TAVR 術前左冠切線位長軸視圖、右冠切線位長軸視圖和主動脈竇水平短軸視圖下模擬植入形態;d~f. 分別為 TAVR 術后左冠切線位長軸視圖、右冠切線位長軸視圖和主動脈竇水平短軸視圖下瓣膜植入后實際形態與術前模擬植入形態比較。TAVR:經導管主動脈瓣置換術;MDCT:多排螺旋計算機體層攝影
討論 TAVR 循證醫學證據現已覆蓋所有外科手術風險分層患者,將涉及更多合并二葉式畸形、不對稱鈣化或瓣葉嚴重鈣化等復雜解剖的潛在 TAVR 患者。相較于傳統思路將瓣環平面測量參數作為瓣膜型號選擇的主要參考,隨著 TAVR 臨床經驗的不斷增加,越來越多的 TAVR 術者逐漸認識到需要綜合考慮除瓣環平面參數以外的多種可能影響介入瓣膜型號選擇的解剖結構,特別是環上結構概念的提出,環上結構包括瓣葉的形態、鈣化融合的大小及位置等[2-4]。針對患者解剖特異性模擬植入預測,結合環上結構概念的綜合考量,環上結構策略可能對特定患者亞群具有更高的附加價值,例如前述提到的復雜解剖包括具有二葉式主動脈瓣和/或嚴重鈣化的三葉式主動脈瓣、主動脈竇偏小、橢圓瓣環乃至延伸至流出道的鈣化患者亞群。由于這類患者的解剖特殊性,環上結構限制平面更易引起介入瓣膜支架擴張不良而影響瓣膜耐久度,增加殘余瓣周漏、瓣環破裂等并發癥風險[5]。如何優化復雜解剖患者 TAVR 術前評估策略仍是國內外關注的熱點話題。
盡管一些手術并發癥可能源于患者、手術和/或操作者等相關因素,但一些特定的并發癥多由介入瓣膜-自身解剖相互作用產生。對于后者,例如主動脈根部鈣化導致的瓣周漏、心臟傳導系統功能障礙、冗長增厚/鈣化瓣葉推擠位移導致的冠狀動脈開口遮擋、主動脈根部破裂或升主動脈損傷甚至主動脈夾層以及瓣膜支架擴展不良等,都將直接影響 TAVR 術后短期或長期臨床結局。即便根據 MDCT 的瓣環測量參數能夠得到合適的人工瓣膜尺寸推薦[6-9],由于主動脈根部解剖結構的高度異質性,人工瓣膜與原生解剖最終的交互作用結果在臨床上僅憑 MDCT 影像分析和 TAVR 術者經驗也難以預測。
Anythink 是處于研發前沿的國產半自動術前 TAVR 測量分析軟件,操作使用更加快捷,界面更加友好,學習曲線更短,更容易掌握。其模擬植入模塊可將模擬瓣膜與自體解剖結構進行三維交互式評價,立體分析介入瓣膜植入后可能的結局,有希望引領國內 TAVR 術前自動化測量以及模擬植入領域的發展。Anythink 軟件中模擬植入模塊將虛擬介入瓣膜植入與三維交互式多平面評估結合,通過模塊中碰撞檢測邏輯自動適應原生解剖結構,預測介入瓣膜支架最終植入形態可能有助于定義介入瓣膜與自體原生結構的相互作用結果,對于患者和手術策略選擇以及瓣膜型號的選擇有重要的參考價值。
值得注意的是,模擬植入結合三維交互式多平面評估不僅僅在評估介入瓣膜尺寸中能夠起到重要的參考價值,同時在術者對患者的手術策略選擇上也存在潛在的輔助決策作用[10-11]。結合關鍵臨床信息、患者特異性解剖特點及可能影響 TAVR 手術臨床結局的因素,經綜合判定,若 TAVR 低風險的潛在患者接受植入后存在臨床獲益可能減少的風險,為貫徹爭取患者獲益最優的原則,對于這類患者則應更積極地推薦行傳統外科開胸換瓣手術,盡可能減少非理想臨床結局的發生。模擬植入結合三維交互式多平面評估不僅僅反映出術者在對 TAVR 潛在患者術前評估時采用更加全面和細致的方法,更是注重細節的評估和臨床決策的判定,這意味著特異性的模擬植入對于合并復雜解剖結構的患者具有重要的最終臨床參考價值。
綜上所述,TAVR 經過數十年的發展已經成為臨床上治療主動脈瓣狹窄患者的成熟手術方式,TAVR 術前評估作為 TAVR 手術整個過程中關鍵性步驟,其結論直接影響 TAVR 手術決策以及術后臨床結局,計算機輔助技術的飛速發展為 TAVR 術前評估提供了有力的幫助,能夠輔助評估者得出更精細化、精準化的術前評估內容,協助提升 TAVR 臨床效果,改善臨床結局。
利益沖突:王民漢、周宇為北京思創貫宇科技開發有限公司工程師;余作者無利益沖突披露。