主动脉根部在解剖结构上非常复杂，它包括主动脉瓣环、瓣叶、瓣叶交界、主动脉窦及窦管交界共同配合维持正常的生理功能[1]，并在维持左室流出道血液平流中起重要作用[2]。退行性病变、感染、风湿以及主动脉夹层和动脉瘤等均可以引起主动脉瓣叶病变导致狭窄或者关闭不全。传统外科手术以主动脉瓣置换为主，但主动脉瓣成形技术正使越来越多的主动脉瓣病变患者获益。两种技术相比需要综合考虑的因素包括置换术后的抗凝并发症，成形技术的耐久性，以及外科技术的可重复性和稳定性等[3-5]。因此，成形与置换的利弊从 20 世纪中期一直争论至今仍无定论。但成形技术对年轻患者特别是主动脉瓣二叶畸形的患者获益是明显的[6]。术前心脏超声对主动脉瓣叶及主动脉根部的形态学评估是目前作为手术方式选择依据的主流方法。但随着结构性心脏病介入技术的迅猛发展，心电门控的主动脉根部增强 CT 重建（主动脉根部 CTA）在介入瓣膜治疗中的作用越来越显出其独特的优势，在主动脉瓣环的大小及形态的评估上尤其如此。但是主动脉根部 CTA 评估在主动脉瓣成形技术中的应用价值报道很少。本文的研究目的是探索主动脉根部 CTA 在主动脉瓣成形手术术前形态学评估中的应用价值，比较术前经胸二维超声和主动脉根部 CTA 的评估数据与术中外科测量数据的相关程度。
1 资料与方法
1.1 纳入和排除标准
回顾性分析 2018 年 1 月至 2020 年 8 月期间，在我院行主动脉瓣成形术主动脉瓣病变患者的临床资料。术前均通过经胸二维超声明确主动脉瓣病变。纳入标准为主动脉瓣成形患者术前超声、CTA 数据及术中测量数据完整的病例。排除标准为主动脉瓣成形术前不能耐受主动脉 CTA 检查的患者以及术中测量数据不完整的病例。
1.2 术中主动脉瓣环的测量方法
主动脉瓣环（aortic valve annulus，AVA）定义为 3 个主动脉瓣窦的最低点形成的一个平面环，这是一个临床假想的基底环（virtual basal ring，VBR），不同于左室与主动脉交界的真实解剖结构（ventricular aortic junction，VAJ）[7]。术中主动脉瓣环测量，在心脏停搏状态下，于窦管交界部位横断升主动脉，采用标准 Hega 探条（Geister 21-8200，德国）进行测量。
1.3 仪器与检查方法
心脏超声数据采集方法采用经胸超声机器 GE Vivid E9，MSS 探头，1.5～4.5 Hz。同步接入心电图，常规左室长轴切面连续采取 5 个心动周期手动测量主动脉瓣环直径。CTA 数据采集方法采用 GE 公司提供的 revolution CT 扫描仪，患者取平卧位且头先进，电压 120 kV，电流 500～720 mAs，转速 0.28 s/r，轴扫，矩阵 512×512。扫描层厚 0.625 mm，重建层厚 0.625 mm，先采取常规平扫，扫描范围自气管隆突水平至膈肌水平，嘱患者一次性屏气下完成扫描；给予碘普罗胺注射液（优维显，拜耳医药保健有限公司广州分公司，规格：370 mgL/mL，国药准字 12010030L）80～100 mL，应用 18G 套管针进行静脉团注（团注速率≥4.5 mL/s），设置 250 Hu 为兴趣区域响应阈值，达到阈值后进行增强扫描。
1.4 图像处理与统计方法
将影像导入至 CVI 42 后处理软件（Circle Cardiovascular Imaging，加拿大），在分析界面取 3 个主动脉瓣窦的最低点，并通过多平面的比较确认最低点不包含瓣窦，其后软件通过模拟形成一个假想平面，通过多点选取生成平面（AVA）的直径和面积。数据资料采用统计学软件 SAS 9.4 以及 SPSS 19.0 进行分析。符合正态分布的计量资料采用均数±标准差（
±s）表示，计数资料采用例数表示。利用 Pearson 相关系数及均方误差（mean squared error，MSE）比较术前超声、CT 与术中测量数据的相关性和一致性；利用一般线性模型探索心脏超声数据的换算公式，并检验其有效性。Radj2 越接近 1，模型的拟合效果就越好，换算公式就越准确。检验水准取双侧 α=0.05。
1.5 伦理审查
本研究已通过上海市胸科医院医学伦理委员会批准（IS21014），并获得患者及监护人知情同意。
2 结果
2.1 一般资料
全组共收集患者 53 例，其中男 38 例、女 15 例，年龄为 10～77（42.9±18.3）岁，体表面积为 1.20～2.12（1.73±0.18）m2。主动脉瓣反流 40 例、主动脉瓣狭窄 5 例、主动脉瓣反流合并狭窄 7 例、主动脉夹层 1 例。所有患者均行主动脉瓣成形术，1 例夹层合并升主动脉置换术；见表 1。
表1
53 例患者基本资料［
/例（%）］
2.2 术前心脏超声及主动脉根部 CTA 测量主动脉瓣环（AVA）与术中测量数据的比较
术前心脏超声 AVA 测量值和术前 CT AVA 测量值与术中 AVA 测量值均呈正相关（P<0.001）。与术前心脏超声 AVA 测量值相比，术前 CT AVA 测量值保持了较高的准确性，以及与术中 AVA 测量值的一致性（ρ=0.95，P<0.001，MSE=2.72）；见表 2。同时，术前 CT AVA 与术中实测 AVA 的相关系数高于术前心脏超声 AVA 与术中实测 AVA 的相关系数，两相关系数差异有统计学意义（P<0.001）。
表2
术前 CT、心脏超声的 AVA 和术中 AVA 测量值的一致性与准确性的比较
2.3 窦管交界，窦部直径以及主动脉瓣环的换算公式探索
术前心脏超声数据测量的窦管交界（垂直于升主动脉的横截面直径）（STJ），窦部直径（Sinus）以及主动脉瓣环（3 个主动脉窦最低点形成的假想平面直径）之间可以通过公式互相换算。回归结果显示，拟合模型 3 的 R adj2>模型 1 的 R adj2>模型 2 的 R adj2，即模型 3：AVA=6.46+0.40×Sinus +0.16×STJ 拟合效果最好；见表 3。
表3
术前心脏超声数据换算公式探索
3 讨论
主动脉瓣成形技术在主动脉瓣病变外科手术治疗中占据越来越重要的地位[8]。以往的主动脉瓣病变传统外科手术方式以瓣膜置换为主，但很多研究表明无论是主动脉瓣机械瓣还是生物瓣置换远期效果并不如预期。生物瓣的衰败和机械瓣终生抗凝的出血/血栓栓塞是无法回避的问题[9]。主动脉瓣修复成形的优势不言而喻，这也是近几年成形技术迅速成熟的原因[10]。
主动脉根部及主动脉瓣的形态结构复杂是阻碍主动脉瓣成形技术推广的原因之一。主动脉瓣环，主动脉窦部及窦管交界 3 者之间的合适比例是决定成形技术远期疗效的重要因素。主动脉瓣瓣叶的游离缘长度，瓣叶几何高度和有效对合高度是维持瓣叶对合功能的 3 大组成部分[11-12]。主动脉根部与主动脉瓣瓣叶是一个功能复合体，只有术前深入定量评估主动脉根部和主动脉瓣的解剖形态，才能明确这个功能复合体的解剖异常和功能异常之间的确切关系，从而准确制定修复成形手术的技术方案。功能性主动脉瓣瓣环（functional aortic annulus）是一个三维立体的解剖结构，外科临床将 AVA 定义为 3 个主动脉瓣窦的最低点形成的一个平面环，位于功能性主动脉瓣瓣环的基底部位，因此是一个假想的平面环。这个临床假想的平面环不同于左室-主动脉交界这个真实解剖结构，然而却是一个方便实用的外科临床概念。
心脏超声检查目前是术前评估主动脉根部及瓣叶功能的常规检查。虽然三维食管超声已经可以在几何形态学上深入分析[13]，但经胸二维超声由于其操作简单，技术可复制性强仍是临床最常用的术前评估手段。通过经胸心脏超声可以快速了解主动脉瓣环、主动脉窦以及窦管交界的直径，瓣叶的功能形态等。AVA，Sinus 和 STJ 之间的关系国内相关报道较少。我们尝试收集了 53 例数据完整的病例，建立换算公式，并运用模型系数检验其有效性。尝试建立的 3 个模型中，虽然模型 1 和模型 2 的自变量有统计学意义，而模型 3 中的 STJ 系数无统计学意义，但模型的好坏不仅仅是系数的检验结果，更应该关注纳入的变量对模型拟合效果评价指标 Radj2 的提升，以及对重要变量的影响。单独换算的效果 Sinus 比 STJ 好，因此 Sinus 更重要。由于 STJ 的加入，使得 Sinus 的系数变化超过了 20%（0.54–0.4）/0.54=0.26。因此选择模型 3。模拟换算公式为：AVA=6.46+0.40×Sinus +0.16×STJ。当然，由于样本量的局限性，公式本身需要进一步的验证以及更多的数据进行继续调整，在外科临床应用的有效性和临床意义仍需进一步阐明。同时，对于经胸超声所得的数据与真实术中测量数据之间的相关性也需要进一步优化。
在临床实践中，我们发现经胸二维超声在左室长轴的单切面评估主动脉瓣瓣环大小与术中实际测量值存在一定的误差。因此，尝试应用主动脉根部 CTA 作为术前评估的方法。结果发现主动脉根部 CTA 影像经后期软件处理分析所的数据与术中真实测量数据的一致性比二维经胸心脏超声更高。其原因可能是主动脉瓣环解剖上是一个类似椭圆的形状，并不是一个正圆。在心动周期中，收缩期与舒张期的瓣环大小也有差异，所以应用超声的单一切面来评估会产生一定误差[14]。Plonek 等[15]指出无论心脏超声还是主动脉根部 CTA，单纯用一个切面的数值确定主动脉窦部的大小是不准确的。它的最大直径和最小直径差值>5 mm，二叶畸形的差值甚至可以达到 20 mm。
术前准确评估主动脉瓣瓣环的大小可以有效明确病变机制，并指导制定手术技术方案。虽然经胸超声单纯切面的 AVA 评估存在一定误差，但目前指南仍然推荐胸骨旁的长轴切面作为评估主动脉瓣环的常规方法。更多的临床研究数据或许有助于修正这个指南建议的不足。我们中心目前常规应用主动脉根部 CTA 作为主动脉瓣成形手术前的标准影像学评估手段，获得影像资料后运用 CVI 后处理软件在多个平面中取主动脉 3 个瓣窦的最低点平面形成主动脉瓣瓣环，通过背后的算法可以更准确地评估 AVA 的直径和面积，为主动脉瓣成形手术提供有力的依据。我们的数据统计结果表明，与经胸超声相比，通过主动脉根部 CTA 获得的主动脉瓣瓣环数值与术中实际测量的数值一致性更高。
目前在主动脉瓣介入技术领域，术前主动脉根部 CTA 检查已经成为标准方法[16]。随着技术的不断拓展和深入，主动脉根部 CTA 可以更细致地评估主动脉根部及主动脉瓣瓣叶的解剖形态。目前，全时相的主动脉根部 CTA 可以初步用于评估主动脉根部与主动脉瓣复合体的功能状态，心脏磁共振也渐渐开始应用到这一领域中。可以预见，在不久的将来，三维食管超声，全时相主动脉 CTA 以及心脏磁共振将互相取长补短[17]，为外科医生术前提供一个接近真实的解剖形态与功能状况的综合分析。
综上所述，和经胸二维超声相比，主动脉根部 CTA 的评估数据，与外科术中实际测量的数据具有更高的一致性和准确性。主动脉根部 CTA 应用于主动脉瓣成形的术前形态学评估，是一项更加准确可靠的方法。
利益冲突：无。
作者贡献：焦静、方亮负责数据分析和论文撰写；张步升负责论文设计、审阅；谢晓奕、赵乃时、王颍骅负责数据分析整理和论文审阅；吴卫华、孔烨负责对文章的知识性内容作批评性审阅。
主动脉根部在解剖结构上非常复杂，它包括主动脉瓣环、瓣叶、瓣叶交界、主动脉窦及窦管交界共同配合维持正常的生理功能[1]，并在维持左室流出道血液平流中起重要作用[2]。退行性病变、感染、风湿以及主动脉夹层和动脉瘤等均可以引起主动脉瓣叶病变导致狭窄或者关闭不全。传统外科手术以主动脉瓣置换为主，但主动脉瓣成形技术正使越来越多的主动脉瓣病变患者获益。两种技术相比需要综合考虑的因素包括置换术后的抗凝并发症，成形技术的耐久性，以及外科技术的可重复性和稳定性等[3-5]。因此，成形与置换的利弊从 20 世纪中期一直争论至今仍无定论。但成形技术对年轻患者特别是主动脉瓣二叶畸形的患者获益是明显的[6]。术前心脏超声对主动脉瓣叶及主动脉根部的形态学评估是目前作为手术方式选择依据的主流方法。但随着结构性心脏病介入技术的迅猛发展，心电门控的主动脉根部增强 CT 重建（主动脉根部 CTA）在介入瓣膜治疗中的作用越来越显出其独特的优势，在主动脉瓣环的大小及形态的评估上尤其如此。但是主动脉根部 CTA 评估在主动脉瓣成形技术中的应用价值报道很少。本文的研究目的是探索主动脉根部 CTA 在主动脉瓣成形手术术前形态学评估中的应用价值，比较术前经胸二维超声和主动脉根部 CTA 的评估数据与术中外科测量数据的相关程度。
1 资料与方法
1.1 纳入和排除标准
回顾性分析 2018 年 1 月至 2020 年 8 月期间，在我院行主动脉瓣成形术主动脉瓣病变患者的临床资料。术前均通过经胸二维超声明确主动脉瓣病变。纳入标准为主动脉瓣成形患者术前超声、CTA 数据及术中测量数据完整的病例。排除标准为主动脉瓣成形术前不能耐受主动脉 CTA 检查的患者以及术中测量数据不完整的病例。
1.2 术中主动脉瓣环的测量方法
主动脉瓣环（aortic valve annulus，AVA）定义为 3 个主动脉瓣窦的最低点形成的一个平面环，这是一个临床假想的基底环（virtual basal ring，VBR），不同于左室与主动脉交界的真实解剖结构（ventricular aortic junction，VAJ）[7]。术中主动脉瓣环测量，在心脏停搏状态下，于窦管交界部位横断升主动脉，采用标准 Hega 探条（Geister 21-8200，德国）进行测量。
1.3 仪器与检查方法
心脏超声数据采集方法采用经胸超声机器 GE Vivid E9，MSS 探头，1.5～4.5 Hz。同步接入心电图，常规左室长轴切面连续采取 5 个心动周期手动测量主动脉瓣环直径。CTA 数据采集方法采用 GE 公司提供的 revolution CT 扫描仪，患者取平卧位且头先进，电压 120 kV，电流 500～720 mAs，转速 0.28 s/r，轴扫，矩阵 512×512。扫描层厚 0.625 mm，重建层厚 0.625 mm，先采取常规平扫，扫描范围自气管隆突水平至膈肌水平，嘱患者一次性屏气下完成扫描；给予碘普罗胺注射液（优维显，拜耳医药保健有限公司广州分公司，规格：370 mgL/mL，国药准字 12010030L）80～100 mL，应用 18G 套管针进行静脉团注（团注速率≥4.5 mL/s），设置 250 Hu 为兴趣区域响应阈值，达到阈值后进行增强扫描。
1.4 图像处理与统计方法
将影像导入至 CVI 42 后处理软件（Circle Cardiovascular Imaging，加拿大），在分析界面取 3 个主动脉瓣窦的最低点，并通过多平面的比较确认最低点不包含瓣窦，其后软件通过模拟形成一个假想平面，通过多点选取生成平面（AVA）的直径和面积。数据资料采用统计学软件 SAS 9.4 以及 SPSS 19.0 进行分析。符合正态分布的计量资料采用均数±标准差（±s）表示，计数资料采用例数表示。利用 Pearson 相关系数及均方误差（mean squared error，MSE）比较术前超声、CT 与术中测量数据的相关性和一致性；利用一般线性模型探索心脏超声数据的换算公式，并检验其有效性。Radj2 越接近 1，模型的拟合效果就越好，换算公式就越准确。检验水准取双侧 α=0.05。
1.5 伦理审查
本研究已通过上海市胸科医院医学伦理委员会批准（IS21014），并获得患者及监护人知情同意。
2 结果
2.1 一般资料
全组共收集患者 53 例，其中男 38 例、女 15 例，年龄为 10～77（42.9±18.3）岁，体表面积为 1.20～2.12（1.73±0.18）m2。主动脉瓣反流 40 例、主动脉瓣狭窄 5 例、主动脉瓣反流合并狭窄 7 例、主动脉夹层 1 例。所有患者均行主动脉瓣成形术，1 例夹层合并升主动脉置换术；见表 1。
表1
53 例患者基本资料［/例（%）］
2.2 术前心脏超声及主动脉根部 CTA 测量主动脉瓣环（AVA）与术中测量数据的比较
术前心脏超声 AVA 测量值和术前 CT AVA 测量值与术中 AVA 测量值均呈正相关（P<0.001）。与术前心脏超声 AVA 测量值相比，术前 CT AVA 测量值保持了较高的准确性，以及与术中 AVA 测量值的一致性（ρ=0.95，P<0.001，MSE=2.72）；见表 2。同时，术前 CT AVA 与术中实测 AVA 的相关系数高于术前心脏超声 AVA 与术中实测 AVA 的相关系数，两相关系数差异有统计学意义（P<0.001）。
表2
术前 CT、心脏超声的 AVA 和术中 AVA 测量值的一致性与准确性的比较
2.3 窦管交界，窦部直径以及主动脉瓣环的换算公式探索
术前心脏超声数据测量的窦管交界（垂直于升主动脉的横截面直径）（STJ），窦部直径（Sinus）以及主动脉瓣环（3 个主动脉窦最低点形成的假想平面直径）之间可以通过公式互相换算。回归结果显示，拟合模型 3 的 R adj2>模型 1 的 R adj2>模型 2 的 R adj2，即模型 3：AVA=6.46+0.40×Sinus +0.16×STJ 拟合效果最好；见表 3。
表3
术前心脏超声数据换算公式探索
3 讨论
主动脉瓣成形技术在主动脉瓣病变外科手术治疗中占据越来越重要的地位[8]。以往的主动脉瓣病变传统外科手术方式以瓣膜置换为主，但很多研究表明无论是主动脉瓣机械瓣还是生物瓣置换远期效果并不如预期。生物瓣的衰败和机械瓣终生抗凝的出血/血栓栓塞是无法回避的问题[9]。主动脉瓣修复成形的优势不言而喻，这也是近几年成形技术迅速成熟的原因[10]。
主动脉根部及主动脉瓣的形态结构复杂是阻碍主动脉瓣成形技术推广的原因之一。主动脉瓣环，主动脉窦部及窦管交界 3 者之间的合适比例是决定成形技术远期疗效的重要因素。主动脉瓣瓣叶的游离缘长度，瓣叶几何高度和有效对合高度是维持瓣叶对合功能的 3 大组成部分[11-12]。主动脉根部与主动脉瓣瓣叶是一个功能复合体，只有术前深入定量评估主动脉根部和主动脉瓣的解剖形态，才能明确这个功能复合体的解剖异常和功能异常之间的确切关系，从而准确制定修复成形手术的技术方案。功能性主动脉瓣瓣环（functional aortic annulus）是一个三维立体的解剖结构，外科临床将 AVA 定义为 3 个主动脉瓣窦的最低点形成的一个平面环，位于功能性主动脉瓣瓣环的基底部位，因此是一个假想的平面环。这个临床假想的平面环不同于左室-主动脉交界这个真实解剖结构，然而却是一个方便实用的外科临床概念。
心脏超声检查目前是术前评估主动脉根部及瓣叶功能的常规检查。虽然三维食管超声已经可以在几何形态学上深入分析[13]，但经胸二维超声由于其操作简单，技术可复制性强仍是临床最常用的术前评估手段。通过经胸心脏超声可以快速了解主动脉瓣环、主动脉窦以及窦管交界的直径，瓣叶的功能形态等。AVA，Sinus 和 STJ 之间的关系国内相关报道较少。我们尝试收集了 53 例数据完整的病例，建立换算公式，并运用模型系数检验其有效性。尝试建立的 3 个模型中，虽然模型 1 和模型 2 的自变量有统计学意义，而模型 3 中的 STJ 系数无统计学意义，但模型的好坏不仅仅是系数的检验结果，更应该关注纳入的变量对模型拟合效果评价指标 Radj2 的提升，以及对重要变量的影响。单独换算的效果 Sinus 比 STJ 好，因此 Sinus 更重要。由于 STJ 的加入，使得 Sinus 的系数变化超过了 20%（0.54–0.4）/0.54=0.26。因此选择模型 3。模拟换算公式为：AVA=6.46+0.40×Sinus +0.16×STJ。当然，由于样本量的局限性，公式本身需要进一步的验证以及更多的数据进行继续调整，在外科临床应用的有效性和临床意义仍需进一步阐明。同时，对于经胸超声所得的数据与真实术中测量数据之间的相关性也需要进一步优化。
在临床实践中，我们发现经胸二维超声在左室长轴的单切面评估主动脉瓣瓣环大小与术中实际测量值存在一定的误差。因此，尝试应用主动脉根部 CTA 作为术前评估的方法。结果发现主动脉根部 CTA 影像经后期软件处理分析所的数据与术中真实测量数据的一致性比二维经胸心脏超声更高。其原因可能是主动脉瓣环解剖上是一个类似椭圆的形状，并不是一个正圆。在心动周期中，收缩期与舒张期的瓣环大小也有差异，所以应用超声的单一切面来评估会产生一定误差[14]。Plonek 等[15]指出无论心脏超声还是主动脉根部 CTA，单纯用一个切面的数值确定主动脉窦部的大小是不准确的。它的最大直径和最小直径差值>5 mm，二叶畸形的差值甚至可以达到 20 mm。
术前准确评估主动脉瓣瓣环的大小可以有效明确病变机制，并指导制定手术技术方案。虽然经胸超声单纯切面的 AVA 评估存在一定误差，但目前指南仍然推荐胸骨旁的长轴切面作为评估主动脉瓣环的常规方法。更多的临床研究数据或许有助于修正这个指南建议的不足。我们中心目前常规应用主动脉根部 CTA 作为主动脉瓣成形手术前的标准影像学评估手段，获得影像资料后运用 CVI 后处理软件在多个平面中取主动脉 3 个瓣窦的最低点平面形成主动脉瓣瓣环，通过背后的算法可以更准确地评估 AVA 的直径和面积，为主动脉瓣成形手术提供有力的依据。我们的数据统计结果表明，与经胸超声相比，通过主动脉根部 CTA 获得的主动脉瓣瓣环数值与术中实际测量的数值一致性更高。
目前在主动脉瓣介入技术领域，术前主动脉根部 CTA 检查已经成为标准方法[16]。随着技术的不断拓展和深入，主动脉根部 CTA 可以更细致地评估主动脉根部及主动脉瓣瓣叶的解剖形态。目前，全时相的主动脉根部 CTA 可以初步用于评估主动脉根部与主动脉瓣复合体的功能状态，心脏磁共振也渐渐开始应用到这一领域中。可以预见，在不久的将来，三维食管超声，全时相主动脉 CTA 以及心脏磁共振将互相取长补短[17]，为外科医生术前提供一个接近真实的解剖形态与功能状况的综合分析。
综上所述，和经胸二维超声相比，主动脉根部 CTA 的评估数据，与外科术中实际测量的数据具有更高的一致性和准确性。主动脉根部 CTA 应用于主动脉瓣成形的术前形态学评估，是一项更加准确可靠的方法。
利益冲突：无。
作者贡献：焦静、方亮负责数据分析和论文撰写；张步升负责论文设计、审阅；谢晓奕、赵乃时、王颍骅负责数据分析整理和论文审阅；吴卫华、孔烨负责对文章的知识性内容作批评性审阅。
