Высокоточная компьютерная сегментация аортального клапана и корня аорты

Актуальность. Клапаносберегающее протезирование корня аорты с реимплантацией аортального клапана — активно развивающийся метод лечения аневризмы восходящей аорты. Улучшение результатов этого метода неразрывно связано с пониманием связей исходных функциональных и планиметрических характеристик клапанно-аортального комплекса, технических аспектов процедуры реимплантации и полученных результатов.

Цель. Поиск и анализ ранее малоизученных факторов — планиметрических характеристик аортального клапана и корня аорты.

Материалы и методы. Высокоточная оценка планиметрии аортальных створок требует прецизионных методов визуализации и последующих построений виртуальных трехмерных реконструкций. Создание высокоточных реконструкций стало возможно благодаря внедрению в клиническую практику специализированных сред автоматизированного проектирования. В связи с технической сложностью ни один из известных методов ранее не использовался для точного измерения всех структур корня аорты у большой группы пациентов. Нерешенными задачами остаются упрощение, ускорение построения реконструкции, а также масштабирование этой методики.

Результаты. Основным итогом данной работы стало создание алгоритма сегментации корня аорты и построения высокоточной трехмерной реконструкции аортального клапана, а также практическая реализация алгоритма определения основных его планиметрических параметров с возможностью масштабирования на большую группу пациентов.

Заключение. Метод позволяет построить высокоточную трехмерную реконструкцию внутренних структур корня аорты в течение нескольких часов и представляет ценность как для определения тактики и технических особенностей оперативного лечения пациента, так и для изучения влияния анатомии корня аорты на развитие рецидива аортальной недостаточности после клапаносберегающей операции.

1. Bickerstaff LK, Pairolero PC, Hollier LH, et al. Thoracic aortic aneurysms: a population-based study. Surgery. 1982;92(6):1103–8.

2. Clouse WD, Hallett JWJr, Schaff HV, et al. Acute aortic dissection: population-based incidence compared with degenerative aortic aneurysm rupture. Mayo Clin Proc. 2004; 79(2):176–180. DOI: 10.4065/79.2.176.

3. Clift PF, Cervi E. A review of thoracic aortic aneurysm disease. Echo Res Pract. 2019; 7(1):R1–R10. DOI: 10.1530/ERP-19-0049.

4. Erbel R, Aboyans V, Boileau C, et al. 2014 ESC Guidelines on the diagnosis and treatment of aortic diseases: Document covering acute and chronic aortic diseases of the thoracic and abdominal aorta of the adult. The Task Force for the Diagnosis and Treatment of Aortic Diseases of the European Society of Cardiology (ESC). Eur Heart J. 2014; 35(41):2873–2926. DOI: 10.1093/eurheartj/ehu281.

5. Vahanian A, Beyersdorf F, Praz F, et al. 2021 ESC/EACTS Guidelines for the management of valvular heart disease. Eur Heart J. 2022; 43(7):561–632. DOI: 10.1093/eurheartj/ehab395.

6. Joo HC, Chang BC, Youn YN, et al. Clinical experience with the Bentall procedure: 28 years. Yonsei Med J. 2012; 53(5):915–923. DOI: 10.3349/ymj.2012.53.5.915.

7. Bentall H, De Bono A. A technique for complete replacement of the ascending aorta. Thorax. 1968; 23(4):338–9. DOI: 10.1136/thx.23.4.338.

8. Katselis C, Samanidis G, Papasotiriou A, et al. Long-Term Results after Modified Bentall Operation in 200 Patients. J Heart Valve Dis. 2017; 26(6):639–645.

9. Бокерия Л.А., Малашенков А.И., Фунг З.Х. и др. Протезирование восходящей аорты по классической методике Бенталла-Де Боно ксеноперикардиальным кондуитом: отдаленные результаты. Анналы хирургии. 2012;1:34–41.

10. Mannacio VA, Mannacio L, Antignano A, et al. Impact of different values of prosthesis-patient mismatch on outcome in male patients with aortic valve replacement. J Cardiovasc Med (Hagerstown). 2017; 18(5):366–373. DOI: 10.2459/JCM.0000000000000508.

11. Bach DS, Kon ND. Long-term clinical outcomes 15 years after aortic valve replacement with the Freestyle stentless aortic bioprosthesis. Ann Thorac Surg. 2014; 97(2):544–551. DOI: 10.1016/j.athoracsur.2013.08.047.

12. Bang JH, Im YM, Kim JB, et al. Long term outcomes of aortic root replacement: 18 years’ experience. The Korean journal of thoracic and cardiovascular surgery. 2013;46(2):104–110. DOI: 10.5090/kjtcs.2013.46.2.104

13. Белов Ю.В., Комаров Р.Н., Россейкин Е.В. и др. Осложнения операции Бенталла-Де Боно и пути совершенствования техники операции. Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия. 2013;6(3):51–54.

14. Schneider AW, Putter H, Klautz RJM, et al. Long-Term Follow-Up After the Ross Procedure: A Single Center 22-Year Experience. Ann Thorac Surg. 2017; 103(6):1976–1983. DOI: 10.1016/j.athoracsur.2016.11.064.

15. Lansac E, Di Centa I, Raoux F, et al. A lesional classification to standardize surgical management of aortic insufficiency towards valve repair. Eur J Cardiothorac Surg. 2008; 33(5):872–878; discussion 878-80. DOI: 10.1016/j.ejcts.2007.12.033.

16. Lancellotti P, Tribouilloy C, Hagendorff A, et al. European Association of Echocardiography recommendations for the assessment of valvular regurgitation. Part 1: aortic and pulmonary regurgitation (native valve disease). Eur J Echocardiogr. 2010; 11(3):223–244. DOI: 10.1093/ejechocard/jeq030.

17. David TE, Feindel CM. An aortic valve-sparing operation for patients with aortic incompetence and aneurysm of the ascending aorta. J Thorac Cardiovasc Surg. 1992; 103(4):617–621; discussion 622.

18. Price J, De Kerchove L, Glineur D, et al. Risk of valve-related events after aortic valve repair. Ann Thorac Surg. 2013; 95(2):606–612; discussion 613. DOI: 10.1016/j.athoracsur.2012.07.016.

19. Arabkhani B, Mookhoek A, Di Centa I, et al. Reported Outcome After Valve-Sparing Aortic Root Replacement for Aortic Root Aneurysm: A Systematic Review and Meta-Analysis. Ann Thorac Surg. 2015; 100(3):1126–1131. DOI: 10.1016/j.athoracsur.2015.05.093.

20. Чернявский А.М., Альсов С.А., Сирота Д.А. и др. Отдаленные результаты операции реимплантации аортального клапана у пациентов с аневризмой восходящего отдела аорты и сопутствующей аортальной недостаточностью. Ангиология и сосудистая хирургия. 2015;1:141–147.

21. David TE, Feindel CM, David CM, et al. A quarter of a century of experience with aortic valve-sparing operations. J Thorac Cardiovasc Surg. 2014; 148(3):872–879; discussion 879–80. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2014.04.048.

22. Гордеев М.Л., Успенский В.Е., Ибрагимов А.Н. и др. Хирургическое лечение аневризм восходящего отдела аорты. Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия. 2016;9(3):42–50. DOI: 10.17116/kardio20169342-50

23. Oka T, Okita Y, Matsumori M, et al. Aortic regurgitation after valve-sparing aortic root replacement: modes of failure. Ann Thorac Surg. 2011; 92(5):1639–1644. DOI: 10.1016/j.athoracsur.2011.06.080.

24. David TE, David CM, Feindel CM, et al. Reimplantation of the aortic valve at 20 years. J Thorac Cardiovasc Surg. 2017; 153(2):232–238. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2016.10.081.

25. Дземешкевич С.Л., Стивенсон Л.У., Алекси-Месхишвили В.В. Болезни аортального клапана (функция, диагностика, лечение). М.: ГЭОТАР-МЕД, 2004. C. 325.

26. Anderson RH. Clinical anatomy of the aortic root. Heart. 2000; 84(6):670–673. DOI: 10.1136/heart.84.6.670.

27. Morganti S, Valentini A, Favalli V, et al. Aortic root 3D parametric morphological model from 2D-echo images. Comput Biol Med. 2013; 43(12):2196–2204. DOI: 10.1016/j.compbiomed.2013.09.015.

28. Berdajs D, Mosbahi S, Eckstein F, et al. Impact of aortic root annuloplasty on 3D aortic root geometry. J Surg Res. 2018; 225:45–53. DOI: 10.1016/j.jss.2017.12.021.

29. Paulsen MJ, Kasinpila P, Imbrie-Moore AM, et al. Modeling conduit choice for valve-sparing aortic root replacement on biomechanics with a 3-dimensionalprinted heart simulator. J Thorac Cardiovasc Surg. 2019; 158(2):392–403. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2018.10.145.

30. Queirós S, Morais P, Fehske W, et al. Assessment of aortic valve tract dynamics using automatic tracking of 3D transesophageal echocardiographic images. Int J Cardiovasc Imaging. 2019; 35(5):881–895. DOI: 10.1007/s10554-019-01532-w.

31. Lansac E, de Kerchove L. Aortic valve repair techniques: state of the art. Eur J Cardiothorac Surg. 2018; 53(6):1101–1107. DOI: 10.1093/ejcts/ezy176.

32. Marom G, Haj-Ali R, Rosenfeld M, et al. Aortic root numeric model: annulus diameter prediction of effective height and coaptation in post-aortic valve repair. J Thorac Cardiovasc Surg. 2013; 145(2):406–411.e1. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2012.01.080.

33. Marom G, Einav S. New Insights into Valve Hemodynamics. Rambam Maimonides Med J. 2020; 11(2):e0014. DOI: 10.5041/RMMJ.10400.

34. Schäfers HJ, Schmied W, Marom G, et al. Cusp height in aortic valves. J Thorac Cardiovasc Surg. 2013; 146(2):269–274. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2012.06.053.

35. Schäfers HJ, Bierbach B, Aicher D. A new approach to the assessment of aortic cusp geometry. J Thorac Cardiovasc Surg. 2006; 132(2):436–438. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2006.04.032.

36. Miyahara S, Omura A, Sakamoto T, et al. Impact of postoperative cusp configuration on midterm durability after aortic root reimplantation. J Heart Valve Dis. 2013; 22(4):509–516.

37. Matsushima S, Karliova I, Gauer S, et al. Geometry of cusp and root determines aortic valve function. Indian J Thorac Cardiovasc Surg. 2020; 36(Suppl 1):64–70. DOI: 10.1007/s12055-019-00813-2.

38. Kari FA, Siepe M, Rylski B, et al. Aortic valve reimplantation for large root aneurysm and high-grade aortic regurgitation: incidence and implications of additional cusp and commissure repair. Interact Cardiovasc Thorac Surg. 2015; 20(5):611–615. DOI: 10.1093/icvts/ivv020.

39. Ismail M, Philbin J. Fast processing of digital imaging and communications in medicine (DICOM) metadata using multiseries DICOM format. J Med Imaging (Bellingham). 2015; 2(2):026501. DOI: 10.1117/1.JMI.2.2.026501.

40. Kim DH, Handschumacher MD, Levine RA, et al. Aortic valve adaptation to aortic root dilatation: insights into the mechanism of functional aortic regurgitation from 3-dimensional cardiac computed tomography. Circ Cardiovasc Imaging. 2014; 7(5):828–835. DOI: 10.1161/CIRCIMAGING.113.001976.

41. Boodhwani M, de Kerchove L, Watremez C, et al. Assessment and repair of aortic valve cusp prolapse: implications for valve-sparing procedures. J Thorac Cardiovasc Surg. 2011; 141(4):917–925. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2010.12.006.

42. Yacoub MH, Aguib H, Gamrah MA, et al. Aortic root dynamism, geometry, and function after the remodeling operation: Clinical relevance. J Thorac Cardiovasc Surg. 2018; 156(3):951–962.e2. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2018.03.157.

43. Ruan Y, Liu X, Meng X, et al. Prognostic factors associated with postoperative adverse outcomes in patients with aortic valve prolapse. Medicine (Baltimore). 2020; 99(17):e19827. DOI: 10.1097/MD.0000000000019827.

44. Izzat MB, Hamzeh K, Almohammad F. Precise moulded autologous pericardial configurations for aortic cusp reconstruction. Interact Cardiovasc Thorac Surg. 2017; 24(6):819–822. DOI: 10.1093/icvts/ivx023.

45. Bax JJ, Delgado V. Advanced imaging in valvular heart disease. Nat Rev Cardiol. 2017; 14(4):209–223. DOI: 10.1038/nrcardio.2017.1.

46. Amorim P, Moraes T, Silva J, et al. Invesalius: an inter-active rendering framework for health care support. In: International symposium on visual computing [Internet]. Springer. https://www.researchgate.net/publication/292154967_InVesalius_An_Interactive_Rendering_Framework_for_Health_Care_Support. (December 2015)

47. Klyshnikov KU, Ovcharenko EA, Ganyukov VI, et al. Algorithm for reconstructing a 3D model of the aortic root using uniform crushing of CT images. Modern Technologies in Medicine. 2018;10(4):7–14. DOI:10.17691/STM2018.10.4.01

48. Kunzelman KS, Grande KJ, David TE, et al. Aortic root and valve relationships. Impact on surgical repair. J Thorac Cardiovasc Surg. 1994 Jan;107(1):162–70.