Введение

Аневризма восходящего отдела аорты — распространенное заболевание сердечно-сосудистой системы, встречающееся у 5,9—10,4 человека на 100 тыс. населения в год. Относительный риск ее возникновения увеличивается с возрастом, кроме того, он в 2,3 раза выше у мужчин, чем у женщин. Аневризма восходящего отдела аорты встречается в 40—60% случаев аневризм грудного отдела аорты [1—3]. Пациенты с аневризмой восходящей аорты имеют повышенный риск таких осложнений, как аортальная недостаточность, расслоение или разрыв аорты, что часто приводит к смерти пациента. Наименьшая летальность и наибольшая выживаемость в отдаленном периоде при лечении этого заболевания достигаются путем своевременной диагностики и хирургической коррекции аневризмы аорты [4—8].

Несмотря на имеющиеся данные многочисленных исследований, единое представление о механизме развития аневризмы корня аорты и недостаточности аортального клапана в настоящее время отсутствует. Среди основных причин формирования аневризм восходящей аорты выделяют влияние протеолитических ферментов [9], тяжелую артериальную гипертензию [10], а также различные наследственные нарушения развития соединительной ткани, такие как синдромы Марфана [11], Лоэйса—Дитца [12], Элерса—Данло [13], двустворчатый аортальный клапан (ДАК) [14].

Наиболее уязвимым сегментом аорты при формировании аневризм является ее проксимальная часть — корень аорты (включающий в себя аортальный клапан) и ее восходящий отдел. Корень аорты — это сложный анатомо-функциональный комплекс, одной из главных задач которого является адекватное функционирование аортального клапана [15]. В норме все элементы корня аорты имеют постоянные геометрические пропорции, изменение которых в 37—54% случаев приводит к возникновению аортальной недостаточности (АоН) [16—18].

Существуют различные классификации АоН, позволяющие упростить выбор тактики лечения [19—23]. Однако количество факторов, влияющих на развитие АоН, достаточно велико, что затрудняет прогнозируемость результата клапаносохраняющих операций в отдаленном периоде.

На сегодняшний день основными методами оценки анатомии и функции аортального клапана являются эхокардиография (ЭхоКГ) и мультиспиральная компьютерная ангиография аорты [24]. ЭхоКГ является незаменимым инструментом в диагностике патологии аортального клапана и аневризм корня аорты, однако при диагностике структурной патологии клапанно-аортального комплекса КТ имеет преимущество, заключающееся в более точной детализации анатомических структур, меньшей зависимости от оператора и возможности построения трехмерных реконструкций зоны исследования. Это помогает не только поставить диагноз, но и определить оптимальный тип операции для каждого пациента [25, 26].

Наибольшее значение параметры корня аорты имеют при планировании клапаносохраняющих операций. Стратегия протезирования корня аорты с сохранением нативного аортального клапана имеет множество преимуществ перед клапанным протезированием и является предпочтительной, но предполагает отсутствие грубых изменений структур аортального клапана. Исследование корня аорты с помощью КТ-ангиографии и ЭхоКГ не всегда позволяет хирургу быть полностью уверенным в успехе такой операции и тем более в ее отдаленных результатах.

Цель исследования — разработка метода построения высокоточной трехмерной реконструкции корня аорты и измерение его основных геометрических параметров, знание которых позволит оптимизировать выбор тактики оперативного лечения и прогнозировать его непосредственные и отдаленные результаты.

В качестве основных геометрических параметров корня аорты были выбраны следующие показатели:

— высота комиссур аортального клапана;

— максимальная длина свободного края створок аортального клапана;

— максимальная и минимальная площади створок аортального клапана, а также их соотношение;

— максимальное расстояние от центра дуги синуса Вальсальвы до геометрического центра аорты;

— параметры фиброзного кольца аортального клапана.

Создание высокоточной 3D-реконструкции

Для создания 3D-реконструкции аортального клапана и восходящей аорты использовали данные КТ в формате DICOM. Всем пациентам до операции выполняли КТ-ангиографию грудной аорты (томограф Somatom Definition, Siemens — 128 slices). Все срезы КТ имели разрешение 512×512 пикселей, средний размер пикселя составил 0,8±0,01 мм. Толщина среза составила 0,82±0,01 мм.

Данные КТ были импортированы в программу InVesalius 3.1.1 для построения 3D-реконструкции. Сначала, используя функцию reslice, двухмерную реконструкцию в коронарной проекции позиционировали так, чтобы нижние точки основания всех трех полулунных створок находились в одной плоскости на аксиальном срезе. Следующим шагом была проведена первичная сегментация аортального клапана. Для этого, регулируя значения рентгеновской плотности, выраженной в единицах Хаунсфилда инструмента threshold, создавали 3D-маску (рис. 1 на цв. вклейке) интересующей области снимка.

Рис. 1. 3D-маска (выделена зеленым цветом).

В данной работе этими областями являлись синусы корня аорты и полулунные створки клапана. Данным областям соответствовали значения единиц Хаунсфилда 0—200 HU. Затем полученные 3D-маски вручную обрабатывали для удаления артефактов, а также для удаления структур, не представляющих интереса для исследования (коронарные артерии дистальнее устьев, соседние отделы сердца). После этого программа автоматически по полученной 3D-маске создавала 3D-реконструкцию (рис. 2 на цв. вклейке), которую в дальнейшем обрабатывали инструментом smooth для удаления шероховатостей, появление которых обусловлено как разрешением снимков, так и способом обработки 3D-масок алгоритмами программы.

Рис. 2. 3D-реконструкция аортального клапана.

Методика измерения

Все измерения выполняли в среде программы InVesalius 3.1.1.

Параметры фиброзного кольца включали в себя измерение максимального и минимального диаметров виртуального фиброзного кольца, анатомического фиброзного кольца и синотубулярного соединения. Диаметр виртуального фиброзного кольца измеряли на уровне оснований створок аортального клапана. Диаметр анатомического фиброзного кольца измеряли на уровне прикрепления миокарда выходного отдела левого желудочка к фиброзным структурам аорты. Диаметр синотубулярного соединения измеряли на уровне высших точек комиссур. Минимальный диаметр соответствовал диаметру вписанной окружности, максимальный — диаметру описанной окружности (рис. 3 на цв. вклейке).

Рис. 3. Минимальный (слева) и максимальный (справа) диаметр фиброзного кольца.

Периметр фиброзного кольца определяли суммой длин фиксированных краев полулунных створок (рис. 4 на цв. вклейке).

Рис. 4. Периметр фиброзного кольца (определяется как сумма длин фиксированных краев створок аортального клапана (в мм)).

Площади створок аортального клапана определяли автоматически с помощью программы, при этом точность определения площади напрямую зависела от точности сегментации створок клапана.

Для определения длин свободных краев створок клапана между двумя точками прикрепления створок к стенке аорты строили кривую линию по верхней границе соответствующей створки при помощи инструмента spline (рис. 5 на цв. вклейке). Далее ее длину определяли автоматически и принимали за длину свободного края створки.

Рис. 5. Определение длины свободного края створки аортального клапана (в мм).

Высоту комиссур аортального клапана определяли наименьшим расстоянием от точек прикрепления полулунных створок до плоскости виртуального фиброзного кольца (рис. 6 на цв. вклейке).

Рис. 6. Определение высот комиссур аортального клапана (в мм).

За максимальное расстояние от геометрического центра аорты до синуса Вальсальвы принимали радиус сферы, описывающей синус в границах синотубулярного соединения с центром, совпадающим с геометрическим центром зоны коаптации (рис. 7 на цв. вклейке).

Рис. 7. Определение максимального расстояния от геометрического центра аортального клапана до синуса Вальсальвы (в мм).

Результаты

Основным результатом данной работы является разработка метода сегментации корня аорты и построения 3D-реконструкции аортального клапана, а также разработка метода измерения его основных геометрических параметров. Часть результатов измерений представлена в табл. 1, 2.

Таблица 1. Результаты измерения площадей створок аортального клапана

Таблица 2. Результаты измерения длин свободного края створок аортального клапана

Обсуждение

Описанный метод 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 операции. Метод позволяет построить высокоточную трехмерную реконструкцию внутренних структур корня аорты в течение нескольких часов. При этом 3D-реконструкция дает возможность детально визуализировать область интереса, что позволяет хирургу получить полную картину корня аорты и аортального клапана перед операцией.

При исследовании влияния геометрических параметров аортального клапана на развитие болезни в послеоперационном периоде с помощью компьютерной томографии точность измерений размеров аорты в значительной степени зависит от квалификации специалиста и правильной ориентации поперечных срезов аорты перпендикулярно ее оси. 3D-реконструкция позволяет измерять расстояния между интересующими объектами с точностью до 0,2 мм. При этом используется метод аппаратного построения тангенциальной центральной оси аорты — и измерения размеров сосуда производятся перпендикулярно этой оси. Исключается погрешность, обусловленная ориентацией срезов.

Еще одним преимуществом метода перед стандартной интерпретацией данных КТ-ангиографии является возможность измерять такие параметры корня аорты, как площади участков сложной формы (створки аортального клапана и синусы аорты), длины объектов сложной формы (периметр фиброзного кольца аортального клапана), минимальные и максимальные расстояния между объектами, что, в свою очередь, предоставляет большее количество данных. При этом точность измерений достигает 0,2 мм.

Наличие высокоточной 3D-реконструкции открывает дополнительные возможности в области оперативного лечения патологии корня аорты и аортального клапана. Построенные трехмерные реконструкции позволяют в полной мере оценить индивидуальные структурные особенности элементов корня аорты каждого конкретного пациента и произвести их точное измерение. Такой подход дает ряд преимуществ как в выборе индивидуальной пациент-ориентированной тактики оперативного лечения, так и в выборе параметров имплантируемого операционного материала. Возможность измерить диаметр фиброзного кольца на разных уровнях позволяет точно подобрать тип и размер протеза корня аорты при операции Дэвида. При протезировании створок аортального клапана измерение параметров нативных створок позволяет создать прецизионные выкройки имплантируемых неостворок.

Ограничения метода

Так как метод в своей основе использует данные КТ-ангиографии, точность метода напрямую зависит от разрешающей способности томографа и качества исследования.

Вывод

В данном исследовании рассмотрены возможности метода построения высокоточных трехмерных реконструкций аортального клапана и восходящей аорты, показана его эффективность при измерении геометрических параметров корня аорты. Использование 3D-реконструкций при исследовании корня аорты расширяет возможности КТ-ангиографии, позволяет получить детальную информацию о строении аортального клапана и изучить влияние конфигурации каждого его элемента на отдаленные последствия оперативного лечения. Планируется использование метода при дооперационном обследовании пациентов с аневризмой корня аорты, а также для оценки отдаленных результатов клапаносохраняющего протезирования корня и восходящего отдела аорты.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.