心脏超声课件：人工心瓣膜

1、人工瓣膜的历史与发展人工瓣膜的类型人工瓣膜的超声检测方法人工瓣膜功能异常的诊断人工瓣膜功能的超声心动图评价人工瓣膜的历史与发展人工瓣膜功能的超声心动图评价1960年笼球瓣问世，标志着人工心脏瓣膜进入临床实用阶段； 1968年问世的异种生物瓣，采用戊二醛处理生物组织，为解决生物瓣早期衰坏的问题跨出了一大步，开拓了生物瓣研究的新途径； 1969年侧倾碟瓣研究成功，并选用热解炭为制瓣材料，实现了人工瓣膜设计上的一大飞跃；1977年双叶瓣的出现，在人工瓣膜血流动力学改进方面又前进了一大步。人工瓣膜的历史与发展 1960年笼球瓣问世，标志着人工心脏瓣膜进入临床人工瓣膜的历随着生物医学工程的进步，人工瓣的

2、研制和临床应用不断取得进展，但是至今尚未找到一种完全符合自体瓣膜理想的人工瓣膜。尽管如此，人工瓣膜置换术在心脏瓣膜病的治疗中已经发挥了非常重要的作用，挽救了数百万病人的生命。随着生物医学工程的进步，人工瓣的研制和临床应用不断取得进展，在人工瓣膜40多年的发展过程中，先后有50多种人工瓣膜用于临床，目前临床常用的约有20余种。现在全世界每年需要植入人工瓣膜超过15万只。在我国约有20多万心脏瓣膜病人需要进行瓣膜置换，现在每年植入人工瓣膜已达一万多只，其中二尖瓣置换约占2/3，机械瓣约占3/4。因此，对人工瓣功能的评估已成为临床治疗工作中的一项重要内容，也是一个重要的临床研究课题。在人工瓣膜40多

3、年的发展过程中，先后有50多种人工瓣膜用于临以其制作材料不同，分为机械瓣和生物瓣两大类。 人工瓣膜的类型 以其制作材料不同，分为机械瓣和生物瓣两大类。 人工瓣膜的类型一、机械瓣（Mechanical prostheses）机械瓣是用非生物性材料制成的人工瓣膜，基本结构包括瓣架、阀体及缝合环三部分。目前临床上应用的机械瓣，按其结构和形状分为笼球瓣、侧倾碟瓣和双叶瓣三种类型。一、机械瓣（Mechanical prostheses）（一）笼球瓣（Caged ball valves） 1960年笼球瓣问世，标志着人工心脏瓣膜进入临床实用阶段。不锈钢铸成的笼架内镶嵌一硅橡胶制成的球体，球体在笼架内上升和

4、下降产生瓣的关闭和开放。瓣口血流呈周围型，跨瓣压差高，血流动力学性能差。由于笼架高，植入小心室可引起左室流出道梗阻及心律失常，也不适于主动脉根部较小的病人。（一）笼球瓣（Caged ball valves） 1960（二）侧倾碟瓣（Tilting disk valves） 1969年侧倾碟瓣研究成功，实现了人工瓣膜设计上的一大飞跃。瓣架由合金或热解炭制成，碟片为热解炭材料，用金属链把碟片悬夹于圆形瓣架内，碟片在开放时向一侧倾斜。瓣口血流呈半中心型，跨瓣压差不大。（二）侧倾碟瓣（Tilting disk valves） 1（三）双叶瓣（Bileaflet valves） 1977年双叶瓣的出现，

5、在人工瓣血流动力学改进方面又前进了一大步。瓣架由热解炭制成，两个由热解炭材料制成的半圆形片状瓣叶镶嵌在瓣架内，其开关产生瓣的开放和关闭。瓣口血流呈中心型，跨瓣压差小。（三）双叶瓣（Bileaflet valves） 1977机械瓣类型瓣架瓣叶开放角度缝合环应用情况笼球瓣Starr-Edwards不锈钢硅橡胶聚四氯乙烯1960年, 用20多万只，现少用侧倾碟瓣Bjork-Shiley标准瓣不锈钢Delrin热解炭60 1969年, 用30多万只, 86年停产Bjork-Shiley单柱瓣钴镍合金热解炭70 1982年广泛应用Medtronic Hall钛合金热解炭700MV750AV 1977年

6、广泛应用Omnicarbon热解炭热解炭80 1984年 广泛应用Sorin铬钴合金热解炭60 1978年，常用St. Vincents钛合金Delrin热解炭700MV740AV 1988年，常用机械瓣类型Starr-Edwards不锈钢硅橡胶双叶瓣St Jude Medical热解炭热解炭85涤纶1977年广泛应用已用60多万只 DuroMedics热解炭热解炭730MV770AV涤纶1983年，广泛应用CarboMedics热解炭热解炭78 涤纶1986年，广泛应用机械瓣类型瓣架瓣叶开放角度缝合环应用情况双叶瓣St Jude Medical热解炭热解炭8理想机械瓣的标准：机械特性：具有优

7、良的耐久性，所用材料的理化性能长期稳定，不存在疲劳性损伤、老化、变形或钙化等变化，寿命在30年以上。阀体活动产生的声音较微，不影响病人的生活。血流动力学特性：有效瓣口面积接近自然瓣的面积，跨瓣压差接近零，瓣叶关闭时返流量轻微，瓣叶活动消耗能量小，不影响心室的收缩功能。血液相容性：所用材料具有良好的血液相容性，不致使血栓形成。对血液成分无破坏作用，不致溶血。临床随访：至少五年的随访证明与瓣膜有关的并发症发生率低。 理想机械瓣的标准：二、生物瓣（Biological prostheses）1968年问世，是用生物组织经过特殊处理而制成的人工瓣膜，其基本结构是以金属合金为支架，支架外包涤纶纺织物，把

8、生物组织制成的瓣镶在支架上。包括自体生物瓣、同种异体生物瓣和异种生物瓣三大类，其中以猪瓣和牛心包瓣最为常用。瓣口血流为中心型，血流动力学性能良好。 二、生物瓣（Biological prostheses）19生物瓣类型瓣膜类型处理方法 瓣架应用自体生物瓣AutologousAutograft阔筋膜瓣心包瓣肺动脉瓣1962年1977年同种异体生物瓣 Homograft主动脉瓣新鲜40C营养固定液保存3-5天液氮冷冻和细胞培养技术保存12月 无 无1970年1975年生物瓣类型无生物瓣类型瓣膜类型处理方法 瓣架应用自体生物瓣新鲜4生物瓣类型瓣膜类型处理方法瓣架应用 异种生物瓣瓣 Xenograft

9、猪主动脉瓣Porcine valvesCarpertier-Edwards HancockIntactBioimplantSt Jude TorontoEdwards PrimaRoss Stentless戊二醛 钢丝钢架乙烯聚合物聚甲醛树酯无无无1968年1970年1983年1978年牛心包瓣Bovine pericardial valvesCarpertier-EdwardsHancock Mitroflow 钢丝聚丙烯聚甲醛树酯1980年1981年1984年Carpertier-Edwards Hancock 生物瓣的原发性衰竭瓣叶组织变性和钙化瓣叶僵硬、破损或撕裂 生物瓣的原发性衰竭瓣

10、叶组织变性和钙化瓣叶僵硬、破损或撕裂人工瓣血流形式人工瓣血流形式三、机械瓣与生物瓣的比较机械瓣的优点是耐疲劳性能好，血流动力学性能优良，但易发生血栓，需要终生抗凝，由此带来的并发症及社会问题比较突出。生物瓣的优点是不需要终生抗凝，血栓发生率低，缺点是耐久性受到限制，瓣叶组织变形、钙化和撕裂是异种生物瓣衰坏的主要原因。两类瓣膜各具特点，尚不能相互替代。 三、机械瓣与生物瓣的比较超声心动图技术越来越广泛地用于对人工心脏瓣膜功能状态的评估，积累了丰富的诊断经验。包括经胸（TTE）和经食道（TEE）两个途径的全面的超声心动图检查，能够容易地发现人工瓣的狭窄、返流、血栓形成和心内膜炎等病变，是目前评价人

11、工瓣膜功能状态和诊断人工瓣膜病变的最佳方法。人工瓣膜的超声检测方法超声心动图技术越来越广泛地用于对人工心脏瓣膜功能状态的评估，人工瓣膜超声检查的特殊性：大多数的正常人工瓣都存在轻度瓣口狭窄和生理性返流，在功能正常和异常之间没有一个绝对判定界限。临床应用的多种人工瓣膜的类型和型号大小不尽相同，从而决定了它们具有不同的超声和血流动力学特征。人工瓣金属部件的声影和混响伪像干扰二维超声和彩色血流显像的图像质量。人工瓣膜超声检查的特殊性：Reverberation from a mechanical aortic valveReverberation from a mechanicaShielding

12、from a mechanical aortic valveShielding from a mechanical ao一、二维超声 人工瓣位置和类型 机械瓣叶活动 （瓣叶开放角度、启闭同步性等） 生物瓣叶形态结构、厚度、活动及瓣叶上有无异常光团等 瓣架固定状态 缝合环周有无裂隙 一、二维超声Echocardiographic images of artificial mitral valvesEchocardiographic images of arA normal St. Jude bileaflet valve in mitral positionA normal St. Jude b

13、ileaflet va A normal mitral bioprosthesis A normal mitral bioprosthesis心脏超声课件：人工心瓣膜二、频谱多普勒 测定人工瓣口前向血流 （一）二尖瓣位人工瓣 VMAX , PPG, MPG, PHT和 EOA （二）主动脉瓣位人工瓣 VMAX , PPG, MPG, TVILVOT/TVIAV和 EOA（三）三尖瓣位人工瓣 VMAX , PPG, MPG, PHT二、频谱多普勒Normal mitral forward flow spectrum in a bileaflet valveNormal mitral forwar

14、d flow spe心脏超声课件：人工心瓣膜Overall Correlation Between the Doppler-derived and the Catheter-derived Maximum and Mean Pressure Gradients in Various Prosthetic valvesOverall Correlation Between th注意事项：与心导管相比， CW可以高估某些类型人工瓣（如双 叶机械瓣）的跨瓣压差应用简化的长柏奴力方程计算人工瓣膜跨瓣压差 P = 4(V22-V12) PHT法不适用于人工二尖瓣有效瓣口面积的计算应用连续方程计算人工瓣有

15、效瓣口面积 人工二尖瓣 MVA = CSA LVOT (TVI LVOT / TVI MV) 人工主动脉瓣 AVA = CSA LVOT (TVI LVOT / TVI AV)注意事项：人工瓣类型例数VMAX(m/s)MPG (mmHg)TVILVOT /TVIAV EOA(cm2)同种异体瓣301.9(0.4)7.7(2.7)0.56(0.10)2.2(0.7)异种生物瓣2142.4(0.5)13.3(6.1)0.44(0.21)1.2(0.2)Starr-Edwards1603.2(0.6)23.0(8.8)0.32(0.09)1.1(0.3)Bjork-Shiley1412.5(0.6)

16、13.9(7.0)0.40(0.10)1.4(0.3)St Jude Medical442.5(0.6)14.4(7.7)0.41(0.12)1.8(0.4)功能正常的主动脉瓣位人工瓣前向血流多普勒测值范围人工瓣类型例数VMAXMPG (mmHg)TVILVOTEOVMAX：生物瓣24m/s笼球瓣34m/s侧倾蝶瓣3m/s左右双叶瓣2m/s左右，但是19号或21号双叶瓣可达4m/sVLVOT/VAV正常自然瓣0.750.90，人工瓣0.350.50VMAX：人工瓣类型例数VMAX (m/s)MPG(mmHg)PHT(ms)EOA(cm2)异种生物瓣1501.6(0.3)4.1(1.5)100(

17、2602.3(0.7)Starr-Edwards 1611.8(0.3)4.9(1.8)118(42)2.4(0.7)Bjork-Shiley 791.7(0.3)4.1(1.6)84(25)2.6(0.6)St. Jude Medical661.6(0.4)4.0(1.8)83(11)3.0(0.8)功能正常的二尖瓣位人工瓣前向血流多普勒测值范围人工瓣类型例数VMAX (m/s)MPGPHTEOA异种生物人工瓣类型例数VMAX(m/s)MPG (mmHg)PHT(ms)异种生物瓣431.3(0.2)3.2(1.1)145(37)Starr-Edwards351.3(0.2)3.2(0.8)1

18、45(37)Bjork-Shiley11.32.2144St. Jude Medical71.2(0.3)2.7(1.1)108(32)功能正常的三尖瓣位人工瓣前向血流多普勒测值范围人工瓣类型例数VMAX(m/s)MPG (mmHg)PHT(心脏超声课件：人工心瓣膜三、彩色多普勒（一）人工瓣前向血流 周围型、半中心型或中心型狭窄射流束（二）人工瓣返流及其程度 生理性（正常）返流 病理性返流：跨瓣返流、 瓣周漏三、彩色多普勒Color Map of Artificial Mitral ValvesColor Map of Artificial MitralA normal mitral Bjor

19、k-Shiley valveA normal mitral Bjork-Shiley vA normal mitral St. Jude bileaflets valveA normal mitral St. Jude bilea 人工瓣膜功能异常的诊断一、人工瓣狭窄生物瓣狭窄的病因主要是原发性瓣膜退变和钙化机械瓣狭窄的病因主要是血栓形成感染性心内膜炎时赘生物形成也可导致瓣叶开放障碍（一）二维超声 生物瓣叶增厚(大于3mm)、粘连和钙化，开放受限。 机械瓣叶开放活动受限，双瓣叶开放不同步。 人工瓣膜功能异常的诊断（二）频谱多普勒1二尖瓣位：Vmax2.5m/s同时伴有PHT200ms.2主动脉

20、瓣位：EOA1.0cm2（21号以上瓣） EOA术后基础值减少30%VLVOT/VAO比值0.23三尖瓣位： Vmax1.5m/s同时伴有PHT200ms（二）频谱多普勒（三）彩色多普勒人工瓣口见狭窄射流束（四）TEETEE尤其是对二尖瓣位和三尖瓣位的人工机械瓣，能够比较清晰地显示人工瓣叶的形态结构和活动状态以及血栓或赘生物形成等病变。（三）彩色多普勒Abnormal mechanical valve motion causing obstructionAbnormal mechanical valve motiAn obstructed mitral disk prosthesissysto

21、lediastoleAn obstructed mitral disk prosPulmonary hypertension in a failing xenograftPulmonary hypertension in a fa二、人工瓣返流（一）生理性返流 生物瓣 正常的异种生物瓣可有轻微的生理性返流， 在TEE检查中，大部分的二尖瓣位生物瓣和40%的主动脉瓣位生物瓣存在轻度瓣口返流。在瓣膜组织发生原发性退行性变以前，正常的同种异体瓣罕有返流。正常的自体（肺动脉）瓣几乎都存在轻度的返流。生物瓣的正常返流为中央型返流。二、人工瓣返流机械瓣机械瓣都存在一定量的瓣口返流，返流量很小，一般在35m

22、l，这种返流是人工瓣设计的产物，属于正常返流或生理性返流。它由关闭性返流 和内在性返流两种成份构成。关闭性返流发生在早期，有助于人工瓣的关闭，内在性返流是瓣叶关闭后持续存在的返流，其作用在于防止人工瓣不可逆性关闭。TEE在几乎所有的机械瓣都能发现关闭性返流和内在性返流。TTE在双叶瓣检出率几乎所有的和一半的碟瓣或球瓣能够比较好地显示主动脉瓣位的生理性返流，包括关闭性返流和内在性返流；但对二尖瓣位生理性返流的显示非常困难，检出率大约在5%左右，往往仅能发现早期的关闭性返流。人工瓣生理性返流束通常短而窄，色彩均匀而单一。返流束长度在笼球瓣小于2.5cm，在Bjork-Shiley碟瓣或双叶瓣约在3

23、4cm，在Medtronic-Hall碟瓣则可长达5cm。返流束宽度多在1cm左右。 机械瓣生理性返流束的数目和位置取决于人工瓣的类型。Starr-Edwards 球瓣：形式多变，1条中央型小返流束，或是多条围绕在球体周围的小返流束。Bjork-Shiley 碟瓣：2条分别起自碟片两侧的边缘型小返流束Medtronic-Hall 碟瓣：1条较大的中央型返流束和2条小的边缘 型返流束。CarboMedics 双叶瓣:4条边缘型小返流束，分别起自两个 碟片的四个枢轴点。St. Jude 双叶瓣：1条中央型小返流束起自两碟片之间的缝隙，2条起自枢轴的边缘型小返流束。生理性返流束的数目和位置取决于人工

24、瓣的类型。Physiological regurgitation in mechanical valvePhysiological regurgitation inNormal transprosthetic regurgitation in an aortic bileaflet valveNormal transprosthetic regurgiNormal physiological regurgitation in Bjork-Shiley prosthesisNormal physiological regurgitaThe normal 3 jets of mitral regu

25、rgitation with a St. Jude mechanical prosthesisThe normal 3 jets of mitral re（二）病理性返流 包括跨瓣返流和瓣周漏1. 跨瓣返流病理性跨瓣返流最常见于生物瓣。主要病因是生物瓣原发性衰竭引起的瓣叶增厚和钙化、撕裂和连枷及脱垂。生物瓣原发性衰竭的累积发生率在人工瓣植入5年以后，并且35岁以下的病人的发生率早于35岁以上，二尖瓣位生物瓣早于主动脉位生物瓣。生物瓣心内膜炎导致瓣叶破损和赘生物形成也是跨瓣返流的常见原因。在机械瓣多见于血栓、赘生物或肉芽组织增生造成的瓣叶不能完全闭合，也可见于瓣叶脱位或移位等机械性障碍。对主动脉

26、瓣位的生物瓣和机械瓣以及二尖瓣位的生物瓣的病理性跨瓣返流，TTE通常能够准确地做出诊断，但对偏心性返流有时可误诊为瓣周漏。（二）病理性返流 包括跨瓣返流和瓣周漏Thickened mitral bioprosthesis leaflets prolapse associating with significant MRThickened mitral bioprosthesisThickened and prolapsed degenerative bioprosthesis allowing severe MRThickened and prolapsed degene Intermitte

27、nt failure to close one of disks resulting in severe MR Intermittent failure to closProsthetic valve dysfunction causing intermittent acute ARProsthetic valve dysfunction c2. 瓣周漏瓣周漏或瓣周返流是因为缝合开裂所引起的缝合环和周围自然瓣组织之间的病理性返流。瓣周漏最常见于机械瓣。病因包括心内膜炎侵蚀缝线造成的缝线断裂、缝合不妥、瓣周组织剔除过多或瓣周组织薄弱造成的缝线松脱等。瓣膜置换术后的轻度瓣周漏并不少见，发生率至少为

28、10%，但不一定都有血流动力学和临床意义。在CDFI, 瓣周漏表现为起源自人工瓣瓣环外、宽而长的多彩湍流，通常持续时间长。返流程度在中度以上的瓣周漏在缝合环上方可以见到血流汇聚区以及由血流汇聚区延展到下方心腔内的返流束。2. 瓣周漏主动脉瓣位瓣周返流的起源和空间分布可以从胸骨旁心底短轴和左室长轴切面来判定。二尖瓣位瓣周返流的起源和空间分布可以从心尖四腔心和心尖左室长轴等切面来判定。在心尖四腔心切面，返流束沿房间隔走行时瓣周漏位于内侧象限；返流束沿左房游离壁走行时瓣周漏位于外侧象限。在心尖左室长轴切面，返流束沿主动脉根部走行时瓣周漏位于前象限；返流束沿左房后壁走行时瓣周漏位于后象限。主动脉瓣位瓣

29、周返流的起源和空间分布可以从胸骨旁心底短轴和左室缝合开裂的程度可以根据在胸骨旁短轴切面返流束范围占缝合环周长的多少来定量，小于10%为轻度， 大于25%为重度。大约有一半的二尖瓣位人工瓣缝合开裂发生在二尖瓣主动脉瓣环纤维交织处，TTE通常能够发现该处的返流束，尤其是在返流显著时，胸骨旁短周切面可以显示左室内几乎都存在血流汇聚区。主动脉瓣位人工瓣的摇动几乎都是缝合开裂引起的，开裂程度至少为40%；但在保留二尖瓣后叶时，二尖瓣位人工瓣的摇动可以是正常的。缝合开裂的程度可以根据在胸骨旁短轴切面返流束范围占缝合环周长(三）生理性返流和病理性返流的鉴别返流束大小二尖瓣位生理性返流束面积小于2cm2，长度

30、小于2.5cm；主动脉瓣位生理性返流束面积小于1cm2，长度小于1.5cm。返流束速度分布 生理性返流束色彩均匀而单一, 病理性返流为多彩的湍流。返流束位置瓣周漏的返流束起自人工瓣瓣环外。人工瓣形态结构(三）生理性返流和病理性返流的鉴别(四）返流程度的评估与自然瓣返流程度的估测方法相同，需要几种方法综合评估。重度人工主动脉瓣返流的特征：1. 返流束的PHT 250ms2. 二尖瓣血流频谱呈限制性充盈（见于急性主动脉瓣返流）3. 降主动脉内见全舒张期的血流逆转4. 返流分数55%重度人工二尖瓣返流的特征：1. 二尖瓣前向血流最大速度2.5m/s, 同时伴有 PHT150ms2.二尖瓣返流的连续波

31、多普勒频谱灰度深3.返流分数55%(四）返流程度的评估（五）TEETEE是评估二尖瓣位和三尖瓣位人工瓣返流的最好方法, TEE可以清晰地显示返流束的起源和分布范围，以及人工瓣叶和瓣周的病变。毫无疑问，TEE诊断感染性心内膜炎（赘生物、瓣周脓肿和漏管）和显示人工瓣正常返流的能力是TTE远不能及的，但是认真、全面和有经验的TTE检查对瓣周漏的诊断不一定比TEE差。TEE能很好地显示发生在人工主动脉瓣后方的病变和返流，但对人工主动脉瓣前方的病变和返流的显示不如TTE理想，尤其是在存在人工二尖瓣的情况下。在临床工作中， TEE和TTE两种途径是互为补充的。在人工瓣存在显著返流时，TTE很少漏诊。在怀疑

32、存在感染性心内膜炎或病人出现呼吸困难，而TTE检查阴性的情况下，应该进行TEE检查，然而不应该把TEE作为一种常规的检查手段。（五）TEEParaprosthetic aotic regurgitationParaprosthetic aotic regurgitaParaprosthetic mitral regurgitationParaprosthetic mitral regurgit2 normal jets of MR with a third color jet of a perivalvular leak 2 normal jets of MR with a thiNearly

33、 complete dehiscence of a Bjork-Shiley mitral prosthesis resulting in severe MRNearly complete dehiscence of 三、人工瓣血栓形成 人工瓣术后血栓形成是人工瓣的严重并发症。血栓一方面引起人工瓣阻塞和瓣叶开放障碍，另一方面引起栓塞事件。栓塞发生率在接受抗凝治疗的主动脉位人工机械瓣大约是每年3%，在二尖瓣位人工机械瓣是每年5%。植入生物瓣后也可以有血栓形成，尤其是在存在心房纤颤的情况下。主动脉位和二尖瓣位生物瓣的栓塞发生率分别大约是每年2%和3% 。如果人工瓣置换后病人发生TIA、中风或周围血管栓塞，首先要怀疑血栓形成，病人应该接受TEE检查。TEE对人工瓣血栓的检出率达50%，能够明确血栓的位置、数目和大小，相比之下， TTE检出率较低，仅为5% 。三、人工瓣血栓形成 An obstructed BS prosthesis because of a clot along the sewing ring. An obstructed BS prosthesis Thrombi at the aortic BS prosthetic ring Thrombi at the aortic BS prost四、人工瓣心内膜炎人工瓣心内膜炎占所有