正常人和二尖瓣脱垂者二尖瓣环三维形态的定性和定量
作者：卜丽萍 沈学东 戎卫海 王敏生 朱 伟 施月芳 潘翠珍 陈灏珠
单位：200032 上海医科大学中山医院，上海市心血管病研究所
关键词：三维重建超声显像；二尖瓣环
中国超声医学杂志990507 摘 要 目的：应用多平面经食管体元模型动态三维超声重建及三维提取技术评价正常人和二尖瓣脱垂者二尖瓣环的立体形态，为二尖瓣环成形术的合理设计提供依据。方法：研究对象包括19例正常人和21例经手术证实的二尖瓣脱垂伴关闭不全患者。结果与结论：无论正常人和二尖瓣脱垂者，其瓣环在收缩期均为一非平面的“马鞍”形，前后侧较高，左右交界侧较低。正常组二尖瓣环前、后叶间夹角(a)为145.89±13.18度，脱垂组145.12±15.79度；正常组后叶侧置于零度位时前叶顶部与底边的高度(b)为1.27±0.41cm，脱垂组为1.30±0.26cm；正常组前后叶侧顶点连线至内外交界连线的距离(c)为1.08±0.24cm，脱垂组为1.10±0.19cm。正常组和二尖瓣脱垂组a、b、c差别无显著意义(P>0.05。
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Qualitative and Quantitative Analysis on Mitral Annulus of Normal
and Mitral Prolapse by Three-dimensional Echocardiographic Reconstruction
Bu Liping,Shen Xuedong,Rong Weihai,et al
Shanghai Institute of Cardiovascular Diseases,Zhongshan Hospital,Shanghai Medical University,Shanghai 200032
ABSTRACT Objective:To evaluate morphology of mitral annulus,the multiplane transesophageal dynamic three-dimensional echocardiographic reconstruction and extract technique were used for the rational design of prosthetic mitral annulus as well as improving effects of mitral annuloplasty.Methods：We studied 19 normal cases and 21 patients with mitral prolapse identified by surgery.Results and Conclusion:The "saddle"shape of mitral annulus was demonstrated both in the normal subjects and patients with mitral prolapse.The anterior and posterior attachments of mitral annulus were higher than medial and lateral attachments.The angle(α)between anterior and posterior attachments in normal group was 145.89±13.18°,and 145.12±15.79° in prolapse group.The height(b)between anterior attachment of mitral annulus and basic line with posterior leaflet at 0° position in normal group was 1.27±0.41cm,and 1.30±0.26 cm in prolapse group.The distance(c)from the line of two top points between anterior and posterior attachment to the line of two junctions between medial and lateral attachment was 1.08±0.24cm in normal group,and 1.10±0.19cm in prolapse group.There were no significant differences between two groups(P>0.05).
, 百拇医药
KEY WORDS Three-dimensional echocariographic reconstruction Mitral annulus
二尖瓣环的非平面特性对二尖瓣脱垂的超声诊断和二尖瓣环成形术的合理设计具有重要意义。这方面的研究在国内外已有多年的历史〔1，2〕，当时受技术条件的限制只能对正常人二尖瓣环的形态进行研究，缺乏病理和生理状态下二尖瓣环形态的定量资料。本研究旨在运用近年来发展起来的体元模型三维重建技术再现正常人和二尖瓣脱垂患者生理状态下二尖瓣环的立体形态，并对其进行定量分析，以期给临床诊断二尖瓣脱垂和合理施行二尖瓣环成形术提供形态学依据。
资料与方法
研究对象 (1)正常组。19例，经二维超声检查正常。其中男12例，女7例，平均年龄34.9±7.5岁(20～52岁)；(2)二尖瓣脱垂组：21例，均因伴有中度以上返流而手术，后经手术证实。其中男16例，女5例，平均年龄32.8±10.3岁(26～55岁)。
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仪器和设备 图像采集选用美国Hewlett Packard Sonos 2500多功能超声诊断仪和5MHz多平面经食管超声探头。三维重建采用德国TomTec公司生产的计算机工作站。
三维重建方法 本组40例患者，除4例在手术室完成外，余均在超声诊断室完成。采用我们以往介绍的方法三维重建〔3〕。设置探头旋转角度在2～2.5度左右。用三维提取技术可以独立显示二尖瓣环的立体形态。认为满意的图像可以示范形式(Demo)、三维形式(3D)或幼灯形式(Slide)储存在该系统的硬盘或激光盘上。
二尖瓣环的定量分析 三维重建后先定性分析二尖瓣环的形态，然后测量如下指标：(1)前、后叶侧二尖瓣环间夹角(a)；(2)后叶侧置于零度位时前叶侧顶部与底边的高度(b)；和(3)前后叶侧顶点连线至内外交界边线间的距离(c)。本研究所用的三维重建计算机工作站可以对图像进行自动测量。
结 果
, 百拇医药
1、二尖瓣环立体形态的定性分析
19例二尖瓣正常者和21例二尖瓣脱垂者均能耐受经食管三维超声检查，获得满意的三维图像。用提取法对收缩期二尖瓣环进行三维重建，可得到一静态、立体的二尖瓣环形态。其前叶侧和后叶侧瓣环最高，左右交界侧瓣环最低，整个二尖瓣环呈一立体“马鞍”形，并突向心尖，正常组和脱垂组二尖瓣环形态相似(图1～4)。
图1从左上方观察二尖瓣环
为一非平面结构。
图2从后上方观察二尖瓣环为一“马鞍”形，其前后位置较高，左右位置较低。
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图3从前后位观察二尖瓣环
为一凹面向下的形态。
图4从侧面观察二尖瓣环
为一凹面向上的形态
图1～4 从不同角度观察二尖瓣环时的背景
2、二尖瓣环立体形态的定量分析
二尖瓣环立体形态的定量分析结果见表1。如表所示，正常组前、后叶侧二尖瓣环间夹角(a)为145.89±13.18°(132.71～159.07°)，后叶侧置于零度位时前叶侧顶部与底边的高度(b)为1.27±0.41(0.86～1.68cm)，前后叶侧顶点连线至内外交界连线间的距离(c)为1.08±0.24(0.84～1.32cm)(图5)
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表1 二尖瓣正常者和二尖瓣脱垂者的a、b、c的对照 组别
a(度)
b(cm)
c(cm)
正常组(19人)
脱垂组(21人)
P值
145.89±13.18
145.12±15.79
>0.05
1.27±0.41
1.30±0.26
, 百拇医药
>0.05
1.08±0.24
1.10±0.19
>0.05
a 代表二尖瓣环前叶侧和后叶侧间夹角
b 代表二尖瓣环后叶侧置于零度位时前叶侧与底边的高度
c 代表二尖瓣环前后叶侧顶点连线至内外交界侧间距
图5 二尖瓣环测量示意图
二尖瓣脱垂组前、后叶侧二尖瓣环间夹角(a)为145.12±15.79°(129.33～160.91°)，后叶侧置于零度位时前叶侧顶部与底边的高度(b)为1.30±0.26(1.04～1.56cm)，前后叶侧顶点连线至内外交界连线间的距离(c)为1.10±0.19(0.91～1.29cm)。
, 百拇医药
正常组和异常组a、b、c三个指标的差值均无显著意义(P>0.05)，见表1。
讨 论
体元模型三维重建 目前的三维超声显像已能从计算机图形学应用转向三维物体的计算机立体模型重建。这种模型重建方法是基于以下三种方法实现的〔4〕：立体几何构成法(CGS模型)，表面提取法(B-rep)和体元模型法(Voxel模型)。其中体元模型法是最为理想的重建方法。它可对心脏所有的组织灰阶信息进行三维重建，而不是简单的心内膜轮廓。德国TomTec公司最先使这项研究商品化，并能临床应用。目前已能对各种先天性和后天性心脏病进行动态三维超声重建，为临床心血管病提供重要的定性和定量诊断依据和线索。我们以往的研究均已证实体元模型三维重建超声显像定量心脏结构的准确性。
二尖瓣环非平面特性 自Leonardo等第一次详细描述二尖瓣环的解剖结构以来，人们一直认为二尖瓣环是位于欧几里德平面内的平面环。Tskiris等1971年在狗的二尖瓣环上缝置7～9粒铅珠，术后侧面X线高速摄影发现二尖瓣环的立体形态为“马鞍”形，但未引起学术界的关注。Levine等1987年用轮廓法首先进行了正常人二尖瓣环的三维重建，证实人体二尖瓣环具有马鞍形非平面特征，但未对其进行定量分析。国内外其他学者用三维重建方法定量分析二尖瓣环的报道尚不多见。我们〔5〕通过对尸体心脏的解剖研究也证实二尖瓣环的非平面特征，并对正常人离体心脏标本的二尖瓣环进行定量分析，但由于心脏在人体中是不断搏动的，随着血液的流动心脏内各形态结构也在不停的改变，离体心脏标本的情况很难准确反映生理状态下的二尖瓣环情况，特别是病理情况下。
, 百拇医药
本研究通过多平面经食管体元模型动态三维重建超声显像发现，正常人二尖瓣前叶侧和后叶侧瓣环最高，左右交界侧瓣环最低，整个二尖瓣环呈一立体“马鞍”形，并突向心尖，并首次发现脱垂组二尖瓣环形态和正常组相似。定量研究发现，正常组前、后叶侧二尖瓣环间存在夹角(a)为145.89±13.18°，后叶侧置于零度位时前叶侧顶部与底边的高度(b)为1.27±0.41。前后叶侧顶点连线至内外交界连线间的距离(c)为1.08±0.24。病例组a、b、c三个指标和正常组间的差别均无显著意义(P>0.05)。说明二尖瓣脱垂者其二尖瓣环形态与正常二尖瓣环相同。提示患者虽然瓣膜结构受损，但二尖瓣环结构改变不明显。本研究为二尖瓣环的三维形态提供定量依据，有利于确立二尖瓣脱垂的新诊断标准时提供形态学基础，也有利于人工二尖瓣环的合理设计〔6〕。
参考文献
[1]Levine RA,Robert A,Marco O,et al.The relationship of mitral annular shape to the diagnosis of the mitral valve prolapse.Circulation,1987,75:756
, 百拇医药
[2]沈学东，陈海泉，王敏生，等。二尖瓣环非平面特性的超声心动图研究及其在二尖瓣提出诊断中的意义。中国超声医学杂志，1994，10：(1)2～5
[3]沈学东，周国宝，施月芳，等.心血管病的多平面经食管动态三维超声显像。中国超声医学杂志，1995，11(12)：911～915
[4]Nanda NC,Pinheiro L,Sanyal R,et al.multiplane transesophageal echocardiographic imaging and three-dimesional reconstruction.Echocardiography 1992,9:667～676
[5]陈海泉，沈学东，王敏生，等。心脏二尖瓣环立体形态的研究.解剖学杂志，1994，17(3)：203～205
[6]洪 涛，沈学东，王敏生，等。多平面经食管Voxel模型动态三维超声重建在二尖瓣修复术中的应用.中国超声医学杂志，1996，12(11)：11～15
(1998-10-16收稿，1998-12-21修回), 百拇医药
单位：200032 上海医科大学中山医院，上海市心血管病研究所
关键词：三维重建超声显像；二尖瓣环
中国超声医学杂志990507 摘 要 目的：应用多平面经食管体元模型动态三维超声重建及三维提取技术评价正常人和二尖瓣脱垂者二尖瓣环的立体形态，为二尖瓣环成形术的合理设计提供依据。方法：研究对象包括19例正常人和21例经手术证实的二尖瓣脱垂伴关闭不全患者。结果与结论：无论正常人和二尖瓣脱垂者，其瓣环在收缩期均为一非平面的“马鞍”形，前后侧较高，左右交界侧较低。正常组二尖瓣环前、后叶间夹角(a)为145.89±13.18度，脱垂组145.12±15.79度；正常组后叶侧置于零度位时前叶顶部与底边的高度(b)为1.27±0.41cm，脱垂组为1.30±0.26cm；正常组前后叶侧顶点连线至内外交界连线的距离(c)为1.08±0.24cm，脱垂组为1.10±0.19cm。正常组和二尖瓣脱垂组a、b、c差别无显著意义(P>0.05。
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Qualitative and Quantitative Analysis on Mitral Annulus of Normal
and Mitral Prolapse by Three-dimensional Echocardiographic Reconstruction
Bu Liping,Shen Xuedong,Rong Weihai,et al
Shanghai Institute of Cardiovascular Diseases,Zhongshan Hospital,Shanghai Medical University,Shanghai 200032
ABSTRACT Objective:To evaluate morphology of mitral annulus,the multiplane transesophageal dynamic three-dimensional echocardiographic reconstruction and extract technique were used for the rational design of prosthetic mitral annulus as well as improving effects of mitral annuloplasty.Methods：We studied 19 normal cases and 21 patients with mitral prolapse identified by surgery.Results and Conclusion:The "saddle"shape of mitral annulus was demonstrated both in the normal subjects and patients with mitral prolapse.The anterior and posterior attachments of mitral annulus were higher than medial and lateral attachments.The angle(α)between anterior and posterior attachments in normal group was 145.89±13.18°,and 145.12±15.79° in prolapse group.The height(b)between anterior attachment of mitral annulus and basic line with posterior leaflet at 0° position in normal group was 1.27±0.41cm,and 1.30±0.26 cm in prolapse group.The distance(c)from the line of two top points between anterior and posterior attachment to the line of two junctions between medial and lateral attachment was 1.08±0.24cm in normal group,and 1.10±0.19cm in prolapse group.There were no significant differences between two groups(P>0.05).
, 百拇医药
KEY WORDS Three-dimensional echocariographic reconstruction Mitral annulus
二尖瓣环的非平面特性对二尖瓣脱垂的超声诊断和二尖瓣环成形术的合理设计具有重要意义。这方面的研究在国内外已有多年的历史〔1，2〕，当时受技术条件的限制只能对正常人二尖瓣环的形态进行研究，缺乏病理和生理状态下二尖瓣环形态的定量资料。本研究旨在运用近年来发展起来的体元模型三维重建技术再现正常人和二尖瓣脱垂患者生理状态下二尖瓣环的立体形态，并对其进行定量分析，以期给临床诊断二尖瓣脱垂和合理施行二尖瓣环成形术提供形态学依据。
资料与方法
研究对象 (1)正常组。19例，经二维超声检查正常。其中男12例，女7例，平均年龄34.9±7.5岁(20～52岁)；(2)二尖瓣脱垂组：21例，均因伴有中度以上返流而手术，后经手术证实。其中男16例，女5例，平均年龄32.8±10.3岁(26～55岁)。
, http://www.100md.com
仪器和设备 图像采集选用美国Hewlett Packard Sonos 2500多功能超声诊断仪和5MHz多平面经食管超声探头。三维重建采用德国TomTec公司生产的计算机工作站。
三维重建方法 本组40例患者，除4例在手术室完成外，余均在超声诊断室完成。采用我们以往介绍的方法三维重建〔3〕。设置探头旋转角度在2～2.5度左右。用三维提取技术可以独立显示二尖瓣环的立体形态。认为满意的图像可以示范形式(Demo)、三维形式(3D)或幼灯形式(Slide)储存在该系统的硬盘或激光盘上。
二尖瓣环的定量分析 三维重建后先定性分析二尖瓣环的形态，然后测量如下指标：(1)前、后叶侧二尖瓣环间夹角(a)；(2)后叶侧置于零度位时前叶侧顶部与底边的高度(b)；和(3)前后叶侧顶点连线至内外交界边线间的距离(c)。本研究所用的三维重建计算机工作站可以对图像进行自动测量。
结 果
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1、二尖瓣环立体形态的定性分析
19例二尖瓣正常者和21例二尖瓣脱垂者均能耐受经食管三维超声检查，获得满意的三维图像。用提取法对收缩期二尖瓣环进行三维重建，可得到一静态、立体的二尖瓣环形态。其前叶侧和后叶侧瓣环最高，左右交界侧瓣环最低，整个二尖瓣环呈一立体“马鞍”形，并突向心尖，正常组和脱垂组二尖瓣环形态相似(图1～4)。
图1从左上方观察二尖瓣环
为一非平面结构。
图2从后上方观察二尖瓣环为一“马鞍”形，其前后位置较高，左右位置较低。
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图3从前后位观察二尖瓣环
为一凹面向下的形态。
图4从侧面观察二尖瓣环
为一凹面向上的形态
图1～4 从不同角度观察二尖瓣环时的背景
2、二尖瓣环立体形态的定量分析
二尖瓣环立体形态的定量分析结果见表1。如表所示，正常组前、后叶侧二尖瓣环间夹角(a)为145.89±13.18°(132.71～159.07°)，后叶侧置于零度位时前叶侧顶部与底边的高度(b)为1.27±0.41(0.86～1.68cm)，前后叶侧顶点连线至内外交界连线间的距离(c)为1.08±0.24(0.84～1.32cm)(图5)
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表1 二尖瓣正常者和二尖瓣脱垂者的a、b、c的对照 组别
a(度)
b(cm)
c(cm)
正常组(19人)
脱垂组(21人)
P值
145.89±13.18
145.12±15.79
>0.05
1.27±0.41
1.30±0.26
, 百拇医药
>0.05
1.08±0.24
1.10±0.19
>0.05
a 代表二尖瓣环前叶侧和后叶侧间夹角
b 代表二尖瓣环后叶侧置于零度位时前叶侧与底边的高度
c 代表二尖瓣环前后叶侧顶点连线至内外交界侧间距
图5 二尖瓣环测量示意图
二尖瓣脱垂组前、后叶侧二尖瓣环间夹角(a)为145.12±15.79°(129.33～160.91°)，后叶侧置于零度位时前叶侧顶部与底边的高度(b)为1.30±0.26(1.04～1.56cm)，前后叶侧顶点连线至内外交界连线间的距离(c)为1.10±0.19(0.91～1.29cm)。
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正常组和异常组a、b、c三个指标的差值均无显著意义(P>0.05)，见表1。
讨 论
体元模型三维重建 目前的三维超声显像已能从计算机图形学应用转向三维物体的计算机立体模型重建。这种模型重建方法是基于以下三种方法实现的〔4〕：立体几何构成法(CGS模型)，表面提取法(B-rep)和体元模型法(Voxel模型)。其中体元模型法是最为理想的重建方法。它可对心脏所有的组织灰阶信息进行三维重建，而不是简单的心内膜轮廓。德国TomTec公司最先使这项研究商品化，并能临床应用。目前已能对各种先天性和后天性心脏病进行动态三维超声重建，为临床心血管病提供重要的定性和定量诊断依据和线索。我们以往的研究均已证实体元模型三维重建超声显像定量心脏结构的准确性。
二尖瓣环非平面特性 自Leonardo等第一次详细描述二尖瓣环的解剖结构以来，人们一直认为二尖瓣环是位于欧几里德平面内的平面环。Tskiris等1971年在狗的二尖瓣环上缝置7～9粒铅珠，术后侧面X线高速摄影发现二尖瓣环的立体形态为“马鞍”形，但未引起学术界的关注。Levine等1987年用轮廓法首先进行了正常人二尖瓣环的三维重建，证实人体二尖瓣环具有马鞍形非平面特征，但未对其进行定量分析。国内外其他学者用三维重建方法定量分析二尖瓣环的报道尚不多见。我们〔5〕通过对尸体心脏的解剖研究也证实二尖瓣环的非平面特征，并对正常人离体心脏标本的二尖瓣环进行定量分析，但由于心脏在人体中是不断搏动的，随着血液的流动心脏内各形态结构也在不停的改变，离体心脏标本的情况很难准确反映生理状态下的二尖瓣环情况，特别是病理情况下。
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本研究通过多平面经食管体元模型动态三维重建超声显像发现，正常人二尖瓣前叶侧和后叶侧瓣环最高，左右交界侧瓣环最低，整个二尖瓣环呈一立体“马鞍”形，并突向心尖，并首次发现脱垂组二尖瓣环形态和正常组相似。定量研究发现，正常组前、后叶侧二尖瓣环间存在夹角(a)为145.89±13.18°，后叶侧置于零度位时前叶侧顶部与底边的高度(b)为1.27±0.41。前后叶侧顶点连线至内外交界连线间的距离(c)为1.08±0.24。病例组a、b、c三个指标和正常组间的差别均无显著意义(P>0.05)。说明二尖瓣脱垂者其二尖瓣环形态与正常二尖瓣环相同。提示患者虽然瓣膜结构受损，但二尖瓣环结构改变不明显。本研究为二尖瓣环的三维形态提供定量依据，有利于确立二尖瓣脱垂的新诊断标准时提供形态学基础，也有利于人工二尖瓣环的合理设计〔6〕。
参考文献
[1]Levine RA,Robert A,Marco O,et al.The relationship of mitral annular shape to the diagnosis of the mitral valve prolapse.Circulation,1987,75:756
, 百拇医药
[2]沈学东，陈海泉，王敏生，等。二尖瓣环非平面特性的超声心动图研究及其在二尖瓣提出诊断中的意义。中国超声医学杂志，1994，10：(1)2～5
[3]沈学东，周国宝，施月芳，等.心血管病的多平面经食管动态三维超声显像。中国超声医学杂志，1995，11(12)：911～915
[4]Nanda NC,Pinheiro L,Sanyal R,et al.multiplane transesophageal echocardiographic imaging and three-dimesional reconstruction.Echocardiography 1992,9:667～676
[5]陈海泉，沈学东，王敏生，等。心脏二尖瓣环立体形态的研究.解剖学杂志，1994，17(3)：203～205
[6]洪 涛，沈学东，王敏生，等。多平面经食管Voxel模型动态三维超声重建在二尖瓣修复术中的应用.中国超声医学杂志，1996，12(11)：11～15
(1998-10-16收稿，1998-12-21修回), 百拇医药