动态三维超声重建在二尖瓣脱垂诊断和治疗中的意义
作者：洪涛 沈学东 王敏生 施月芳 潘翠珍
单位：200032 上海医科大学中山医院心外科(洪涛、王敏生)，心超室(沈学东、施月芳、潘翠珍)
关键词：动态三维超声重建；二尖瓣脱垂
中华超声影像学杂志980507 摘 要 为评价动态三维超声重建在二尖瓣脱垂诊断和治疗中的作用， 我们对24例二尖瓣脱垂患者进行研究， 结果表明， 该技术能够清晰地显示二尖瓣脱垂的部位和范围， 使得二尖瓣脱垂的诊断不必受到二尖瓣环非平面特性的限制， 三维重建所展示的二尖瓣脱垂和瓣下结构的形态特征与术中所见相似， 为术前估计手术方式开辟了新的道路。
Significance of Dynamic Three-Dimensional Voxel Imaging in the Diagnosis and Treatment of Mitral Prolapse Hong Tao, Shen Xuedong, Wang Minsheng, et al. Shanghai Institute of Cardiovascular Diseases, Zhongshan Hospital, Shanghai Medical University 200032
, http://www.100md.com
Abstract In order to evaluate the significance of dynamic three-dimensional Voxel imaging (3-D) in the diagnosis and treatment of mitral prolapse, twenty-four patients with mitral prolapse were studied. The extension and location of mitral valve prolapse could be evaluated qualitatively and quantitatively by 3-D. This technique makes the diagnosis of mitral prolapse easily, and without the limitation of the non-planarity of the mitral annulus. The pathology feature of valvular and sub-valvular structure could be clearly displayed by 3-D, which was similar to that of operation finding. With this technique, surgeon can easily understand the pathology of mitral prolapse.
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Key words dynamic three-dimensional echocardiographic reconstruction mitral prolapse
二尖瓣脱垂是指二尖瓣在收缩期向左心房脱垂， 伴有或不伴有二尖瓣关闭不全。 近来的研究表明， 二尖瓣环为一非平面的“马鞍”形， 而且在心动周期中始终保持着这种非平面结构， 使得目前的诊断标准存在争议[1～3]。 本文旨在采用经食管多平面Voxel模型动态三维超声重建， 探讨二尖瓣脱垂的形态特征及评价该技术在二尖瓣修复术中的意义。
材 料 和 方 法
一、 研究对象
1995年3月到1996年7月， 因二尖瓣脱垂在本院行二尖瓣修复术或瓣膜替换术患者共24例， 男性14例， 女性10例， 年龄16～45岁(平均33.2±11.7岁)。 其中18例为单纯性二尖瓣脱垂， 6例为二尖瓣脱垂合并主动脉瓣脱垂。 6例伴轻、 中度二尖瓣返流， 10例为中度、 8例为重度二尖瓣返流。 12例行二尖瓣修复术， 12例行瓣膜替换术。
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二、 研究方法
1. 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5.0 MHz多平面经食管探头。 三维重建选用德国TomTec公司生产的计算机工作站。
2. 图像采集： 本组均在超声诊断室中进行。 多平面食管探头按常规方法置入。 在完成感兴趣区圈划和中心线校正后， 调节心电触发和呼吸门控范围， 使R-R间期在100 ms左右， 每个心动周期采集的帧数从1～25帧连续可调。 先行二维超声检查， 然后进行三维图像采集， 设置探头旋转角度为2°共90幅图像。 图像采集过程约需3分钟， 通过计算机模数转化， 将原始数据储存在系统硬盘或光盘中。
3. 原始资料的处理： 将原始资料进行后处理， 即计算机根据二维图像各自所处的空间位置进行重组， 每个切面用十进位计数法降噪、 边缘增强和空间伪像消除(ROSA滤波器)等方法把心脏结构和心腔及其背景以灰阶的方式区别开来。 根据所要显示心内结构的部位和方向在整个图像中的位置， 在参考切面中确定一个参考点和过点参考线， 通过调节α、β、γ和平行方向上的位置， 可对心脏图像进行任意切割， 提供显示瓣膜形态的最佳视角。
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4. 对二尖瓣结构可从以下几个方向观察： ①心尖向心底方向； ②心底向心尖方向； ③去除左房室的侧壁从外向内观察； ④任何方向的斜视。
结 果
一、 二维超声显像
本组24例二尖瓣脱垂患者均根据胸骨旁左室长轴切面获得诊断，在二维切面上可见二尖瓣叶在收缩期超过瓣环连线，移位进入左房，但该技术无法显示受累瓣膜的部位和范围。
二、 动态三维显像
本组24例患者均成功地进行了动态三维重建。 模拟外科手术方式由左房往左室方向是观察二尖瓣脱垂的最佳途径， 可明确显示二尖瓣的左房面， 脱垂的瓣膜呈弧形局部隆起突向左房， 与周围正常瓣膜有明显的分界(图1)。 24例二尖瓣脱垂患者中， 13例累及前叶， 7例累及后叶， 4例前后瓣叶均受累， 瓣膜受累部位与二维超声显像的胸骨旁左室长轴切面相符合。 动态三维显像尚可进一步分类， 17例前瓣受累者， 脱垂位于前叶中段者10例， 后内交界者4例， 前外交界者3例。 11例后瓣受累者， 脱垂位于后瓣中段者8例， 后内交界者3例。 采用三维方法测量二尖瓣脱垂的长径平均为1.45 cm、 短径平均为0.51 cm。 脱垂部位及范围与手术中所见相近(术中测量的脱垂长径平均为1.7 cm， 短径平均为0.6 cm)。
, 百拇医药
从心尖往心底方向观察，可显示脱垂的瓣膜局部隆起，呈浅碟形改变。移去左房侧壁，从左室长轴方向也可清晰地展示二尖瓣脱垂的部位(图2)，采用平行移动方法，可精确地测量瓣膜脱垂的范围，同时可了解瓣下结构的改变。
本组5个二维超声显示连枷形二尖瓣的患者， 三维超声显像从心尖向心底方向及左室长轴方向观察可清晰显示断裂的腱索， 游离的腱索可随心动周期在二尖瓣口上下来回漂动(图3)。 其中1例位于前叶后内交界， 4例位于后叶中段。 其中1例二维超声心动图检查拟为后叶赘生物者， 动态三维重建诊断为后叶腱索断裂， 术中发现后瓣中段有2根一级腱索断裂， 导致后瓣连枷样摆动。 12例二尖瓣脱垂病变较轻者行二尖瓣修复术， 其中9例病变范围位于后叶， 3例前后叶均受累， 而切除部分前瓣和后瓣组织， 并置入人工二尖瓣环。 其余12例病变范围较重者行二尖瓣替换术。
讨 论
研究发现，所谓的二尖瓣脱垂多发生在心尖四腔心切面，而胸骨旁左心室长轴切面往往正常[3]。因此近年来提出二尖瓣环的非平面假设，即二尖瓣环为一非平面的“马鞍”形，其最高点应位于主动脉根部和左室后壁处，最低点位于瓣环的内外交界。从胸骨旁长轴切面看，瓣叶与瓣环的附着处位于瓣环的最高点，瓣叶应位于瓣环连线的心室侧，而在心尖四腔心切面上，瓣环处于“马鞍”形结构的最低点，瓣叶有可能超过瓣环连线进入心房侧。这样就能合理解释这种瓣膜、瓣环关系上的不一致性[4～6]。
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本研究采用体元模型法对二尖瓣脱垂的病人进行系统研究， 结果发现， 采用动态三维技术可更加清晰地显示瓣膜的形态特征， 模拟手术途径， 从左房往左室方向观察， 在心脏收缩期脱垂的瓣膜组织突向左房， 局部隆起， 可直接测量瓣膜脱垂的部位和范围。 左室长轴可显示脱垂的瓣膜突向左房， 通过平行移动切面， 可明确瓣膜脱垂的范围。 伴有腱索断裂或瓣膜赘生物者， 可发现断裂的腱索或赘生物随心脏的舒缩活动飘动； 从左室往左房观察， 脱垂的瓣膜突向左房， 瓣膜局部呈浅碟形改变。 采用动态三维超声重建技术诊断二尖瓣脱垂， 不必受到二尖瓣环非平面特性的限制， 使二尖瓣脱垂的诊断问题得到解决。
术前三维重建的优越性在于： ①使胸外科医生和超声医生的沟通更加容易； ②提高术前对腱索断裂、 瓣膜穿孔等细小病变的检出率； ③可以使更多的患者不需进行瓣膜替换术,而代之以二尖瓣修复术或直视分离术，避免了人工瓣膜相关并发症的发生。
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图1 二尖瓣脱垂的动态三维显像， 从左房往左室方向观察，可见清晰的病变部位和范围；
2 从左室长轴方向， 也可显示脱垂的部位；3 为二尖瓣腱索断裂的三维显像
参 考 文 献
1 Morganroth J, Mardelli TJ, Naito M, et al. Apical cross-sectional echocardiography: standard for the diagnosis of idiopathic mitral valve prolapse syndrome.Chest,1981,79∶23.
2 Warth DC, King ME, Cohen JM, et al. Provalence of mitral valve prolapse in normal children. J Am Coll Cardiol, 1985，5∶1173.
, 百拇医药
3 Levine RA, Stathogiannis E, Newell JB, Harrigan P, Weyman AE. Reconsideration of echocardiographic standards for mitral valve prolapse: Lack of association between leaflet displacement isolated to the apical four chamber view and independent echocardiographic evidence of abnormality, J Am Coll Cardiol, 1988,11∶1010.
4 Levine RA, Weymen AE, Handschumacher MD. Three-dimensional echocardography: techniques and applications. Am J Cardiol, 1992,69∶121.
, 百拇医药
5 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脱垂诊断中的意义. 中国超声医学杂志， 1994，10∶2.
6 Levine RA, Handschumacher MD, Sanflippoa J, et al. Three-dimensional echocardiographic reconstruction of the mitral valve, with implication for the diagnosis of mitral valve prolapse. Circulation, 1989,80∶589.
本课题受国家卫生部资助
(收稿 1996-09-15 修回 1997-06-11)
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单位：200032 上海医科大学中山医院心外科(洪涛、王敏生)，心超室(沈学东、施月芳、潘翠珍)
关键词：动态三维超声重建；二尖瓣脱垂
中华超声影像学杂志980507 摘 要 为评价动态三维超声重建在二尖瓣脱垂诊断和治疗中的作用， 我们对24例二尖瓣脱垂患者进行研究， 结果表明， 该技术能够清晰地显示二尖瓣脱垂的部位和范围， 使得二尖瓣脱垂的诊断不必受到二尖瓣环非平面特性的限制， 三维重建所展示的二尖瓣脱垂和瓣下结构的形态特征与术中所见相似， 为术前估计手术方式开辟了新的道路。
Significance of Dynamic Three-Dimensional Voxel Imaging in the Diagnosis and Treatment of Mitral Prolapse Hong Tao, Shen Xuedong, Wang Minsheng, et al. Shanghai Institute of Cardiovascular Diseases, Zhongshan Hospital, Shanghai Medical University 200032
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Abstract In order to evaluate the significance of dynamic three-dimensional Voxel imaging (3-D) in the diagnosis and treatment of mitral prolapse, twenty-four patients with mitral prolapse were studied. The extension and location of mitral valve prolapse could be evaluated qualitatively and quantitatively by 3-D. This technique makes the diagnosis of mitral prolapse easily, and without the limitation of the non-planarity of the mitral annulus. The pathology feature of valvular and sub-valvular structure could be clearly displayed by 3-D, which was similar to that of operation finding. With this technique, surgeon can easily understand the pathology of mitral prolapse.
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Key words dynamic three-dimensional echocardiographic reconstruction mitral prolapse
二尖瓣脱垂是指二尖瓣在收缩期向左心房脱垂， 伴有或不伴有二尖瓣关闭不全。 近来的研究表明， 二尖瓣环为一非平面的“马鞍”形， 而且在心动周期中始终保持着这种非平面结构， 使得目前的诊断标准存在争议[1～3]。 本文旨在采用经食管多平面Voxel模型动态三维超声重建， 探讨二尖瓣脱垂的形态特征及评价该技术在二尖瓣修复术中的意义。
材 料 和 方 法
一、 研究对象
1995年3月到1996年7月， 因二尖瓣脱垂在本院行二尖瓣修复术或瓣膜替换术患者共24例， 男性14例， 女性10例， 年龄16～45岁(平均33.2±11.7岁)。 其中18例为单纯性二尖瓣脱垂， 6例为二尖瓣脱垂合并主动脉瓣脱垂。 6例伴轻、 中度二尖瓣返流， 10例为中度、 8例为重度二尖瓣返流。 12例行二尖瓣修复术， 12例行瓣膜替换术。
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二、 研究方法
1. 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5.0 MHz多平面经食管探头。 三维重建选用德国TomTec公司生产的计算机工作站。
2. 图像采集： 本组均在超声诊断室中进行。 多平面食管探头按常规方法置入。 在完成感兴趣区圈划和中心线校正后， 调节心电触发和呼吸门控范围， 使R-R间期在100 ms左右， 每个心动周期采集的帧数从1～25帧连续可调。 先行二维超声检查， 然后进行三维图像采集， 设置探头旋转角度为2°共90幅图像。 图像采集过程约需3分钟， 通过计算机模数转化， 将原始数据储存在系统硬盘或光盘中。
3. 原始资料的处理： 将原始资料进行后处理， 即计算机根据二维图像各自所处的空间位置进行重组， 每个切面用十进位计数法降噪、 边缘增强和空间伪像消除(ROSA滤波器)等方法把心脏结构和心腔及其背景以灰阶的方式区别开来。 根据所要显示心内结构的部位和方向在整个图像中的位置， 在参考切面中确定一个参考点和过点参考线， 通过调节α、β、γ和平行方向上的位置， 可对心脏图像进行任意切割， 提供显示瓣膜形态的最佳视角。
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4. 对二尖瓣结构可从以下几个方向观察： ①心尖向心底方向； ②心底向心尖方向； ③去除左房室的侧壁从外向内观察； ④任何方向的斜视。
结 果
一、 二维超声显像
本组24例二尖瓣脱垂患者均根据胸骨旁左室长轴切面获得诊断，在二维切面上可见二尖瓣叶在收缩期超过瓣环连线，移位进入左房，但该技术无法显示受累瓣膜的部位和范围。
二、 动态三维显像
本组24例患者均成功地进行了动态三维重建。 模拟外科手术方式由左房往左室方向是观察二尖瓣脱垂的最佳途径， 可明确显示二尖瓣的左房面， 脱垂的瓣膜呈弧形局部隆起突向左房， 与周围正常瓣膜有明显的分界(图1)。 24例二尖瓣脱垂患者中， 13例累及前叶， 7例累及后叶， 4例前后瓣叶均受累， 瓣膜受累部位与二维超声显像的胸骨旁左室长轴切面相符合。 动态三维显像尚可进一步分类， 17例前瓣受累者， 脱垂位于前叶中段者10例， 后内交界者4例， 前外交界者3例。 11例后瓣受累者， 脱垂位于后瓣中段者8例， 后内交界者3例。 采用三维方法测量二尖瓣脱垂的长径平均为1.45 cm、 短径平均为0.51 cm。 脱垂部位及范围与手术中所见相近(术中测量的脱垂长径平均为1.7 cm， 短径平均为0.6 cm)。
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从心尖往心底方向观察，可显示脱垂的瓣膜局部隆起，呈浅碟形改变。移去左房侧壁，从左室长轴方向也可清晰地展示二尖瓣脱垂的部位(图2)，采用平行移动方法，可精确地测量瓣膜脱垂的范围，同时可了解瓣下结构的改变。
本组5个二维超声显示连枷形二尖瓣的患者， 三维超声显像从心尖向心底方向及左室长轴方向观察可清晰显示断裂的腱索， 游离的腱索可随心动周期在二尖瓣口上下来回漂动(图3)。 其中1例位于前叶后内交界， 4例位于后叶中段。 其中1例二维超声心动图检查拟为后叶赘生物者， 动态三维重建诊断为后叶腱索断裂， 术中发现后瓣中段有2根一级腱索断裂， 导致后瓣连枷样摆动。 12例二尖瓣脱垂病变较轻者行二尖瓣修复术， 其中9例病变范围位于后叶， 3例前后叶均受累， 而切除部分前瓣和后瓣组织， 并置入人工二尖瓣环。 其余12例病变范围较重者行二尖瓣替换术。
讨 论
研究发现，所谓的二尖瓣脱垂多发生在心尖四腔心切面，而胸骨旁左心室长轴切面往往正常[3]。因此近年来提出二尖瓣环的非平面假设，即二尖瓣环为一非平面的“马鞍”形，其最高点应位于主动脉根部和左室后壁处，最低点位于瓣环的内外交界。从胸骨旁长轴切面看，瓣叶与瓣环的附着处位于瓣环的最高点，瓣叶应位于瓣环连线的心室侧，而在心尖四腔心切面上，瓣环处于“马鞍”形结构的最低点，瓣叶有可能超过瓣环连线进入心房侧。这样就能合理解释这种瓣膜、瓣环关系上的不一致性[4～6]。
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本研究采用体元模型法对二尖瓣脱垂的病人进行系统研究， 结果发现， 采用动态三维技术可更加清晰地显示瓣膜的形态特征， 模拟手术途径， 从左房往左室方向观察， 在心脏收缩期脱垂的瓣膜组织突向左房， 局部隆起， 可直接测量瓣膜脱垂的部位和范围。 左室长轴可显示脱垂的瓣膜突向左房， 通过平行移动切面， 可明确瓣膜脱垂的范围。 伴有腱索断裂或瓣膜赘生物者， 可发现断裂的腱索或赘生物随心脏的舒缩活动飘动； 从左室往左房观察， 脱垂的瓣膜突向左房， 瓣膜局部呈浅碟形改变。 采用动态三维超声重建技术诊断二尖瓣脱垂， 不必受到二尖瓣环非平面特性的限制， 使二尖瓣脱垂的诊断问题得到解决。
术前三维重建的优越性在于： ①使胸外科医生和超声医生的沟通更加容易； ②提高术前对腱索断裂、 瓣膜穿孔等细小病变的检出率； ③可以使更多的患者不需进行瓣膜替换术,而代之以二尖瓣修复术或直视分离术，避免了人工瓣膜相关并发症的发生。
, http://www.100md.com
图1 二尖瓣脱垂的动态三维显像， 从左房往左室方向观察，可见清晰的病变部位和范围；
2 从左室长轴方向， 也可显示脱垂的部位；3 为二尖瓣腱索断裂的三维显像
参 考 文 献
1 Morganroth J, Mardelli TJ, Naito M, et al. Apical cross-sectional echocardiography: standard for the diagnosis of idiopathic mitral valve prolapse syndrome.Chest,1981,79∶23.
2 Warth DC, King ME, Cohen JM, et al. Provalence of mitral valve prolapse in normal children. J Am Coll Cardiol, 1985，5∶1173.
, 百拇医药
3 Levine RA, Stathogiannis E, Newell JB, Harrigan P, Weyman AE. Reconsideration of echocardiographic standards for mitral valve prolapse: Lack of association between leaflet displacement isolated to the apical four chamber view and independent echocardiographic evidence of abnormality, J Am Coll Cardiol, 1988,11∶1010.
4 Levine RA, Weymen AE, Handschumacher MD. Three-dimensional echocardography: techniques and applications. Am J Cardiol, 1992,69∶121.
, 百拇医药
5 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脱垂诊断中的意义. 中国超声医学杂志， 1994，10∶2.
6 Levine RA, Handschumacher MD, Sanflippoa J, et al. Three-dimensional echocardiographic reconstruction of the mitral valve, with implication for the diagnosis of mitral valve prolapse. Circulation, 1989,80∶589.
本课题受国家卫生部资助
(收稿 1996-09-15 修回 1997-06-11)
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