引用本文: 朱中凯, 陈飞, 王民汉, 周宇, 冯沅, 陈茂. 三维交互式虚拟植入在经导管主动脉瓣置换术术前评估中的应用一例. 华西医学, 2023, 38(10): 1607-1610. doi: 10.7507/1002-0179.202309156 复制
病例介绍 患者,男,68 岁,体重 50 kg,身高 160 cm,因“晕厥 3 年,气促乏力 3 个月”于 2023 年 9 月 17 日入院。3 年前患者于活动时出现晕厥倒地,伴意识丧失,持续时间约 5 s,醒后无肢体活动障碍,无大小便失禁,未重视未处理;3 个月前患者出现反复气促、乏力,双下肢水肿,于外院就诊诊断为“主动脉瓣狭窄(重度)”。既往史:10 年前行“腰椎间盘突出射频消融术”,否认高血压、糖尿病病史,否认过敏史,无烟酒嗜好。入院时体格检查:心率 71 次/min,呼吸 20 次/min,血压 145/88 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa),主动脉瓣听诊区闻及收缩期 3/6 级杂音,其余基本正常。辅助检查:血常规、肝肾功能、电解质正常。心功能标志物:脑利尿钠肽前体 1007 ng/L,肌钙蛋白 13.8 ng/mL。心电图:窦性心律。超声心动图:左心室收缩末内径 44 mm,室间隔 15 mm,左心室射血分数 76%,主动脉瓣前向峰值流速 5.4 m/s,跨主动脉瓣平均压差 69 mm Hg,有效瓣口面积 0.8 cm2;主动脉瓣钙化、狭窄(重度),三尖瓣反流(轻度),双室收缩功能测值正常。诊断:① 主动脉瓣狭窄(重度);② 射血分数保留的心力衰竭,心功能Ⅱ~Ⅲ级;③ 高血压 1 级。拟行手术:经导管主动脉瓣置换术(transcatheter aortic valve replacement, TAVR)。手术策略选择及 TAVR 术前评估:基于术前多排螺旋计算机体层摄影(multi-detector spiral computer tomography, MDCT)影像,利用 Anythink 软件(结构性心脏病智能影像分析系统,北京思创贯宇科技开发有限公司)进行影像重建并测量分析。
TAVR 术前 MDCT 增强扫描方案选择心电门控螺旋扫描,在分析过程中应用收缩期末期数据集(由心电图上连续 R 波之间的周期百分比定义,R-R 间期的 40%~60%)进行三维重建。根据共识建议[1],重建三维模型后,确认该患者为 Type-1 型二叶式主动脉瓣,由操作者人工确定各冠状动脉窦最低点,软件自动将其连接并采用 Anythink 自动化勾画测量,自动获得瓣环平面各项参数。在纵轴平面显示图中,操作者识别确定左、右冠状动脉开口,自动计算左、右冠状动脉开口距瓣环平面的距离。依据瓣环平面和主动脉根部的中心轴,分别定义左心室流出道平面(瓣环下 4 mm)、主动脉窦平面、窦管交界平面、升主动脉平面、瓣环平面与水平面间的夹角,并测量相关参数,必要时进行人工校正(图1)。

a. 瓣环平面参数;b. 左心室流出道平面参数;c. 右冠状动脉开口高度;d. 左冠状动脉开口高度;e. 主动脉窦平面参数;f. 窦管结合部平面参数;g. 主动脉根部角度;h. 主动脉根部结构钙化体积及分布
环上结构测量平面定义为瓣环平面至瓣叶尖端平面高度范围(以下称“瓣叶高度范围”)内平行于瓣环平面的任意平面,将瓣叶高度范围四等分,分别测量 3 个平面作为环上结构参考。模拟植入时,首先参考瓣环尺寸选择介入瓣膜型号,默认起始释放深度为瓣环下 2 mm,结合环上结构如明显增厚/钙化的瓣叶,钙化融合脊以及二叶式畸形等可能限制介入瓣膜扩张的限制点,多平面有限手动调整模拟植入介入瓣膜金属支架形态,根据调整后介入瓣膜金属支架参数和形态判断模拟植入介入瓣膜型号是否合适(图2)。该病例参考瓣环尺寸推荐瓣膜为 Venus 26 mm 自膨胀式介入瓣膜,在瓣环下 2 mm 模拟植入后符合碰撞检测逻辑进行自适应主动脉根部自身解剖结构,分别在短轴和长轴视图下观察包括瓣环平面和 3 个环上结构平面(瓣叶高度范围 1/4、2/4、3/4 处)处介入瓣膜金属支架形变程度是否符合一般规则,有限调整形变程度后同时观察左、右冠状动脉开口是否存在被遮挡风险,最后综合判定该病例模拟植入介入瓣膜形变程度在可接受范围,冠状动脉开口被遮挡风险较小,适合植入 Venus 26 mm 自膨胀式介入瓣膜。该病例在局部麻醉+镇静状态下行 TAVR 手术,术中有创跨主动脉瓣压差为 120 mm Hg,介入瓣膜释放前行 18 mm 球囊预扩张,起始释放深度为无冠状动脉窦下 2 mm,快速起搏下顺利完成释放,介入瓣膜未回收重新定位释放,未行球囊后扩张,术后即刻有创压差 5 mm Hg,经胸超声心动图测量主动脉瓣前向峰值流速=2.0 m/s,跨主动脉瓣平均压差=9 mm Hg。术后完善动态心电图未提示新发房室传导阻滞,术后 MDCT 显示介入瓣膜支架最终植入深度及形态接近术前 Anythink 模拟植入结果(图3),患者于术后 2 d 顺利出院。

a~d. 分别为瓣环平面、瓣叶高度范围 1/4 平面、瓣叶高度范围 2/4 平面、瓣叶高度范围 3/4 平面短轴视图;e~h. 分别为为瓣环平面、瓣叶高度范围 1/4 平面、瓣叶高度范围 2/4 平面、瓣叶高度范围 3/4 平面模拟植入瓣膜后支架形态;i. 模拟植入瓣膜后主动脉根部长轴切面,瓣膜支架分布多个可调整单元点

a~c. 分别为 TAVR 术前左冠切线位长轴视图、右冠切线位长轴视图和主动脉窦水平短轴视图下模拟植入形态;d~f. 分别为 TAVR 术后左冠切线位长轴视图、右冠切线位长轴视图和主动脉窦水平短轴视图下瓣膜植入后实际形态与术前模拟植入形态比较。TAVR:经导管主动脉瓣置换术;MDCT:多排螺旋计算机体层摄影
讨论 TAVR 循证医学证据现已覆盖所有外科手术风险分层患者,将涉及更多合并二叶式畸形、不对称钙化或瓣叶严重钙化等复杂解剖的潜在 TAVR 患者。相较于传统思路将瓣环平面测量参数作为瓣膜型号选择的主要参考,随着 TAVR 临床经验的不断增加,越来越多的 TAVR 术者逐渐认识到需要综合考虑除瓣环平面参数以外的多种可能影响介入瓣膜型号选择的解剖结构,特别是环上结构概念的提出,环上结构包括瓣叶的形态、钙化融合的大小及位置等[2-4]。针对患者解剖特异性模拟植入预测,结合环上结构概念的综合考量,环上结构策略可能对特定患者亚群具有更高的附加价值,例如前述提到的复杂解剖包括具有二叶式主动脉瓣和/或严重钙化的三叶式主动脉瓣、主动脉窦偏小、椭圆瓣环乃至延伸至流出道的钙化患者亚群。由于这类患者的解剖特殊性,环上结构限制平面更易引起介入瓣膜支架扩张不良而影响瓣膜耐久度,增加残余瓣周漏、瓣环破裂等并发症风险[5]。如何优化复杂解剖患者 TAVR 术前评估策略仍是国内外关注的热点话题。
尽管一些手术并发症可能源于患者、手术和/或操作者等相关因素,但一些特定的并发症多由介入瓣膜-自身解剖相互作用产生。对于后者,例如主动脉根部钙化导致的瓣周漏、心脏传导系统功能障碍、冗长增厚/钙化瓣叶推挤位移导致的冠状动脉开口遮挡、主动脉根部破裂或升主动脉损伤甚至主动脉夹层以及瓣膜支架扩展不良等,都将直接影响 TAVR 术后短期或长期临床结局。即便根据 MDCT 的瓣环测量参数能够得到合适的人工瓣膜尺寸推荐[6-9],由于主动脉根部解剖结构的高度异质性,人工瓣膜与原生解剖最终的交互作用结果在临床上仅凭 MDCT 影像分析和 TAVR 术者经验也难以预测。
Anythink 是处于研发前沿的国产半自动术前 TAVR 测量分析软件,操作使用更加快捷,界面更加友好,学习曲线更短,更容易掌握。其模拟植入模块可将模拟瓣膜与自体解剖结构进行三维交互式评价,立体分析介入瓣膜植入后可能的结局,有希望引领国内 TAVR 术前自动化测量以及模拟植入领域的发展。Anythink 软件中模拟植入模块将虚拟介入瓣膜植入与三维交互式多平面评估结合,通过模块中碰撞检测逻辑自动适应原生解剖结构,预测介入瓣膜支架最终植入形态可能有助于定义介入瓣膜与自体原生结构的相互作用结果,对于患者和手术策略选择以及瓣膜型号的选择有重要的参考价值。
值得注意的是,模拟植入结合三维交互式多平面评估不仅仅在评估介入瓣膜尺寸中能够起到重要的参考价值,同时在术者对患者的手术策略选择上也存在潜在的辅助决策作用[10-11]。结合关键临床信息、患者特异性解剖特点及可能影响 TAVR 手术临床结局的因素,经综合判定,若 TAVR 低风险的潜在患者接受植入后存在临床获益可能减少的风险,为贯彻争取患者获益最优的原则,对于这类患者则应更积极地推荐行传统外科开胸换瓣手术,尽可能减少非理想临床结局的发生。模拟植入结合三维交互式多平面评估不仅仅反映出术者在对 TAVR 潜在患者术前评估时采用更加全面和细致的方法,更是注重细节的评估和临床决策的判定,这意味着特异性的模拟植入对于合并复杂解剖结构的患者具有重要的最终临床参考价值。
综上所述,TAVR 经过数十年的发展已经成为临床上治疗主动脉瓣狭窄患者的成熟手术方式,TAVR 术前评估作为 TAVR 手术整个过程中关键性步骤,其结论直接影响 TAVR 手术决策以及术后临床结局,计算机辅助技术的飞速发展为 TAVR 术前评估提供了有力的帮助,能够辅助评估者得出更精细化、精准化的术前评估内容,协助提升 TAVR 临床效果,改善临床结局。
利益冲突:王民汉、周宇为北京思创贯宇科技开发有限公司工程师;余作者无利益冲突披露。
病例介绍 患者,男,68 岁,体重 50 kg,身高 160 cm,因“晕厥 3 年,气促乏力 3 个月”于 2023 年 9 月 17 日入院。3 年前患者于活动时出现晕厥倒地,伴意识丧失,持续时间约 5 s,醒后无肢体活动障碍,无大小便失禁,未重视未处理;3 个月前患者出现反复气促、乏力,双下肢水肿,于外院就诊诊断为“主动脉瓣狭窄(重度)”。既往史:10 年前行“腰椎间盘突出射频消融术”,否认高血压、糖尿病病史,否认过敏史,无烟酒嗜好。入院时体格检查:心率 71 次/min,呼吸 20 次/min,血压 145/88 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa),主动脉瓣听诊区闻及收缩期 3/6 级杂音,其余基本正常。辅助检查:血常规、肝肾功能、电解质正常。心功能标志物:脑利尿钠肽前体 1007 ng/L,肌钙蛋白 13.8 ng/mL。心电图:窦性心律。超声心动图:左心室收缩末内径 44 mm,室间隔 15 mm,左心室射血分数 76%,主动脉瓣前向峰值流速 5.4 m/s,跨主动脉瓣平均压差 69 mm Hg,有效瓣口面积 0.8 cm2;主动脉瓣钙化、狭窄(重度),三尖瓣反流(轻度),双室收缩功能测值正常。诊断:① 主动脉瓣狭窄(重度);② 射血分数保留的心力衰竭,心功能Ⅱ~Ⅲ级;③ 高血压 1 级。拟行手术:经导管主动脉瓣置换术(transcatheter aortic valve replacement, TAVR)。手术策略选择及 TAVR 术前评估:基于术前多排螺旋计算机体层摄影(multi-detector spiral computer tomography, MDCT)影像,利用 Anythink 软件(结构性心脏病智能影像分析系统,北京思创贯宇科技开发有限公司)进行影像重建并测量分析。
TAVR 术前 MDCT 增强扫描方案选择心电门控螺旋扫描,在分析过程中应用收缩期末期数据集(由心电图上连续 R 波之间的周期百分比定义,R-R 间期的 40%~60%)进行三维重建。根据共识建议[1],重建三维模型后,确认该患者为 Type-1 型二叶式主动脉瓣,由操作者人工确定各冠状动脉窦最低点,软件自动将其连接并采用 Anythink 自动化勾画测量,自动获得瓣环平面各项参数。在纵轴平面显示图中,操作者识别确定左、右冠状动脉开口,自动计算左、右冠状动脉开口距瓣环平面的距离。依据瓣环平面和主动脉根部的中心轴,分别定义左心室流出道平面(瓣环下 4 mm)、主动脉窦平面、窦管交界平面、升主动脉平面、瓣环平面与水平面间的夹角,并测量相关参数,必要时进行人工校正(图1)。

a. 瓣环平面参数;b. 左心室流出道平面参数;c. 右冠状动脉开口高度;d. 左冠状动脉开口高度;e. 主动脉窦平面参数;f. 窦管结合部平面参数;g. 主动脉根部角度;h. 主动脉根部结构钙化体积及分布
环上结构测量平面定义为瓣环平面至瓣叶尖端平面高度范围(以下称“瓣叶高度范围”)内平行于瓣环平面的任意平面,将瓣叶高度范围四等分,分别测量 3 个平面作为环上结构参考。模拟植入时,首先参考瓣环尺寸选择介入瓣膜型号,默认起始释放深度为瓣环下 2 mm,结合环上结构如明显增厚/钙化的瓣叶,钙化融合脊以及二叶式畸形等可能限制介入瓣膜扩张的限制点,多平面有限手动调整模拟植入介入瓣膜金属支架形态,根据调整后介入瓣膜金属支架参数和形态判断模拟植入介入瓣膜型号是否合适(图2)。该病例参考瓣环尺寸推荐瓣膜为 Venus 26 mm 自膨胀式介入瓣膜,在瓣环下 2 mm 模拟植入后符合碰撞检测逻辑进行自适应主动脉根部自身解剖结构,分别在短轴和长轴视图下观察包括瓣环平面和 3 个环上结构平面(瓣叶高度范围 1/4、2/4、3/4 处)处介入瓣膜金属支架形变程度是否符合一般规则,有限调整形变程度后同时观察左、右冠状动脉开口是否存在被遮挡风险,最后综合判定该病例模拟植入介入瓣膜形变程度在可接受范围,冠状动脉开口被遮挡风险较小,适合植入 Venus 26 mm 自膨胀式介入瓣膜。该病例在局部麻醉+镇静状态下行 TAVR 手术,术中有创跨主动脉瓣压差为 120 mm Hg,介入瓣膜释放前行 18 mm 球囊预扩张,起始释放深度为无冠状动脉窦下 2 mm,快速起搏下顺利完成释放,介入瓣膜未回收重新定位释放,未行球囊后扩张,术后即刻有创压差 5 mm Hg,经胸超声心动图测量主动脉瓣前向峰值流速=2.0 m/s,跨主动脉瓣平均压差=9 mm Hg。术后完善动态心电图未提示新发房室传导阻滞,术后 MDCT 显示介入瓣膜支架最终植入深度及形态接近术前 Anythink 模拟植入结果(图3),患者于术后 2 d 顺利出院。

a~d. 分别为瓣环平面、瓣叶高度范围 1/4 平面、瓣叶高度范围 2/4 平面、瓣叶高度范围 3/4 平面短轴视图;e~h. 分别为为瓣环平面、瓣叶高度范围 1/4 平面、瓣叶高度范围 2/4 平面、瓣叶高度范围 3/4 平面模拟植入瓣膜后支架形态;i. 模拟植入瓣膜后主动脉根部长轴切面,瓣膜支架分布多个可调整单元点

a~c. 分别为 TAVR 术前左冠切线位长轴视图、右冠切线位长轴视图和主动脉窦水平短轴视图下模拟植入形态;d~f. 分别为 TAVR 术后左冠切线位长轴视图、右冠切线位长轴视图和主动脉窦水平短轴视图下瓣膜植入后实际形态与术前模拟植入形态比较。TAVR:经导管主动脉瓣置换术;MDCT:多排螺旋计算机体层摄影
讨论 TAVR 循证医学证据现已覆盖所有外科手术风险分层患者,将涉及更多合并二叶式畸形、不对称钙化或瓣叶严重钙化等复杂解剖的潜在 TAVR 患者。相较于传统思路将瓣环平面测量参数作为瓣膜型号选择的主要参考,随着 TAVR 临床经验的不断增加,越来越多的 TAVR 术者逐渐认识到需要综合考虑除瓣环平面参数以外的多种可能影响介入瓣膜型号选择的解剖结构,特别是环上结构概念的提出,环上结构包括瓣叶的形态、钙化融合的大小及位置等[2-4]。针对患者解剖特异性模拟植入预测,结合环上结构概念的综合考量,环上结构策略可能对特定患者亚群具有更高的附加价值,例如前述提到的复杂解剖包括具有二叶式主动脉瓣和/或严重钙化的三叶式主动脉瓣、主动脉窦偏小、椭圆瓣环乃至延伸至流出道的钙化患者亚群。由于这类患者的解剖特殊性,环上结构限制平面更易引起介入瓣膜支架扩张不良而影响瓣膜耐久度,增加残余瓣周漏、瓣环破裂等并发症风险[5]。如何优化复杂解剖患者 TAVR 术前评估策略仍是国内外关注的热点话题。
尽管一些手术并发症可能源于患者、手术和/或操作者等相关因素,但一些特定的并发症多由介入瓣膜-自身解剖相互作用产生。对于后者,例如主动脉根部钙化导致的瓣周漏、心脏传导系统功能障碍、冗长增厚/钙化瓣叶推挤位移导致的冠状动脉开口遮挡、主动脉根部破裂或升主动脉损伤甚至主动脉夹层以及瓣膜支架扩展不良等,都将直接影响 TAVR 术后短期或长期临床结局。即便根据 MDCT 的瓣环测量参数能够得到合适的人工瓣膜尺寸推荐[6-9],由于主动脉根部解剖结构的高度异质性,人工瓣膜与原生解剖最终的交互作用结果在临床上仅凭 MDCT 影像分析和 TAVR 术者经验也难以预测。
Anythink 是处于研发前沿的国产半自动术前 TAVR 测量分析软件,操作使用更加快捷,界面更加友好,学习曲线更短,更容易掌握。其模拟植入模块可将模拟瓣膜与自体解剖结构进行三维交互式评价,立体分析介入瓣膜植入后可能的结局,有希望引领国内 TAVR 术前自动化测量以及模拟植入领域的发展。Anythink 软件中模拟植入模块将虚拟介入瓣膜植入与三维交互式多平面评估结合,通过模块中碰撞检测逻辑自动适应原生解剖结构,预测介入瓣膜支架最终植入形态可能有助于定义介入瓣膜与自体原生结构的相互作用结果,对于患者和手术策略选择以及瓣膜型号的选择有重要的参考价值。
值得注意的是,模拟植入结合三维交互式多平面评估不仅仅在评估介入瓣膜尺寸中能够起到重要的参考价值,同时在术者对患者的手术策略选择上也存在潜在的辅助决策作用[10-11]。结合关键临床信息、患者特异性解剖特点及可能影响 TAVR 手术临床结局的因素,经综合判定,若 TAVR 低风险的潜在患者接受植入后存在临床获益可能减少的风险,为贯彻争取患者获益最优的原则,对于这类患者则应更积极地推荐行传统外科开胸换瓣手术,尽可能减少非理想临床结局的发生。模拟植入结合三维交互式多平面评估不仅仅反映出术者在对 TAVR 潜在患者术前评估时采用更加全面和细致的方法,更是注重细节的评估和临床决策的判定,这意味着特异性的模拟植入对于合并复杂解剖结构的患者具有重要的最终临床参考价值。
综上所述,TAVR 经过数十年的发展已经成为临床上治疗主动脉瓣狭窄患者的成熟手术方式,TAVR 术前评估作为 TAVR 手术整个过程中关键性步骤,其结论直接影响 TAVR 手术决策以及术后临床结局,计算机辅助技术的飞速发展为 TAVR 术前评估提供了有力的帮助,能够辅助评估者得出更精细化、精准化的术前评估内容,协助提升 TAVR 临床效果,改善临床结局。
利益冲突:王民汉、周宇为北京思创贯宇科技开发有限公司工程师;余作者无利益冲突披露。