Einleitung Es bestehen Hinweise darauf, dass der Aortenklappenersatz zu einer veränderten Hämodynamik führt und es in Folge dessen zu Umbauerscheinungen der Aorta ascendens kommt. Die in der Routine verwendete Echokardiographie weist den Nachteil auf, dass eine eingeschränkte Darstellung der Aorta ascendens mit resultierender Tendenz zur Unterschätzung der Prävalenz von Aortendilatationen möglich ist und das Flussverhalten nur durch die maximalen und mittleren Druckgradienten sowie die Geschwindigkeit charakterisiert wird. Die geschwindigkeitskodierte dreidimensionale und zeitlich aufgelöste Phasenkontrastmessung (4D-Fluss MRT) stellt eine relativ neue Möglichkeit dar, Flussmuster sowie Flussparameter wie Wandscherkräfte und Geschwindigkeiten zu bestimmen. Fragestellung Ziel dieser Arbeit ist es, die Machbarkeit der 4D- Fluss MRT für die verschiedenen Formen des Aortenklappenersatzes zu zeigen und eine erste hämodynamische Charakterisierung der unterschiedlichen Formen des Aortenklappenersatzes vorzunehmen. Methoden 38 Patienten mit einem Aortenklappenersatz (14 gerüsthaltige, 8 gerüstlose, 9 mechanische und 7 Autografts) sowie 9 Kontrollprobanden wurden mittels 4D-Fluss-MRT in einem 1,5 Tesla-MRT ohne Kontrastmittelapplikation untersucht. Zur Bestimmung der Klappenöffnungsfläche sowie linksventrikulären Funktion und Weite der Aorta ascendens wurden SSFP-Sequenzen verwendet. Drei Analyseschichten auf Höhe des sinotubulären Übergangs, der Mitte der Aorta ascendens sowie vor Abgang des Truncus brachiocephalicus wurden platziert. Die Blutflussmusterdarstellung erfolgte durch Stream- und Pathlines und wurde in Helices und Vortices anhand einer in der Literatur beschriebenen semiquantitativen Klassifikation eingeteilt. Die Blutflussparameteranalyse erfolgte schichtweise und segmentweise für 12 Segmente entlang der Zirkumferenz der Analyseschicht. Maximale und mittlere Geschwindigkeiten, Gesamtwandscherkräfte sowie axiale, inplane und zirkumferentielle Wandscherkräfte, oszillierende Wandscherindices und Blutflussexzentrizitäten wurden bestimmt. Ergebnisse Gerüsthaltige Bioprothesen zeigten vermehrt Vortices und Helices als die Kontrollen, Autografts und gerüstlosen Prothesen. Bei gerüsthaltigen Prothesen wurde eine höhere maximale Flussgeschwindigkeiten als bei mechanischen Prothesen, Autografts und Kontrollen vorgefunden. Nur eine segmentweise Analyse der Wandscherkräfte ergab signifikante Unterschiede. Axiale und Gesamtwandscherkräfte wiesen höhere Werte an der rechts-äußeren Kurvatur bei gerüsthaltigen und gerüstlosen biologischen Prothesen in Schicht zwei auf. Kontrollen und Autografts zeigten eine gleichmäßige Verteilung der Wandscherkräfte. Bei Analyse der Differenzen der Wandscherkräfte und der visuellen Beurteilung zeigte sich, dass alle mechanischen, gerüstlosen und gerüsthaltigen Prothesen einen exzentrischen Fluss aufwiesen. Der exzentrische Fluss war bis auf drei mechanische Prothesen auf die rechts-äußere Kurvatur gerichtet. Autografts waren die einzige Form, bei der auch ein zentraler Fluss beobachtet werden konnte. Diskussion Alle Formen des Aortenklappenersatzes unterschieden sich sowohl untereinander als auch von den Kontrollen in Bezug auf Flussmuster und –parameter. Die 4D-Fluss-MRT ist bei verschiedenen Formen des Aortenklappenersatzes anwendbar und gewährt neue Erkenntnisse hinsichtlich hämodynamischer Veränderungen nach einer Aortenklappenintervention.
Background Aortic valve replacement is a standard procedure in heart surgery. There is evidence that the intervention alters the hemodynamics which ultimately leads to a remodeling of the ascending aorta. Echocardiography used in routine has the disadvantage to only display certain parts of the ascending aorta. As a consequence, the prevalence of dilatations is underestimated. Moreover, the hemodynamics are only characterized by the maximum and average pressure gradient and the velocity. 3D cine phase contrast cardiovascular magnetic resonance (4D Flow) is a new technique to investigate flow patterns and parameters. It was the object to demonstrate the feasibility of the 4D Flow technique in the context of different types of aortic valve prosthesis and to conduct a first hemodynamic characterization of the aortic valve replacement. Methods 38 patients with various forms of aortic valve replacement (14 stented, eight stentless, nine mechanical, seven autografts) and nine healthy controls underwent an MRI examination without the use of contrast media. SSFP-sequences were used to determine the valve orifice area, left ventricular function as well as the diameter of the ascending aorta. Three analysis planes were positioned at the level of the sinotubular junction, the midway of the ascending aorta and proximal to the brachiocephalic trunk. The analysis of the different blood flow patterns was done by using streamlines and pathlines. They were graduated into helices and vortices using a semiquantitative approach published in the literature. Blood flow patterns were analysed slicewise and segmentwise for twelve segments along the circumference. The maximum and average velocities, total, axial, inplane, circumferential and oscillatoric wall shear stresses as well as blood flow excenticities were determined. Results Patients with a stented bioprosthesis had an increased incidence of vortices and helices as compared to patients with autografts, stentless prostheses and control subjects. There was also a higher maximum velocity in contrast to patients with mechanical prostheses, autografts and control subjects. Only a segmentwise analysis of the wall shear stresses was able to show a significant difference in stented and stentless prostheses. Axial and total wall shear stresses had increased magnitudes at the right outer curvature in slice two. Controls and autografts had an equal distribution of wall shear stresses. When analyzing the differences of the wall shear stresses and visualizing the distribution it turned out that all patients with mechanical, stentless and stented prostheses had an eccentric flow. It was directed to the right outer curvature except for three mechanical prostheses. Autografts were the only form of aortic valve replacement that yielded a central flow. Conclusions All forms of aortic valve replacement differed among each other as well as in comparison to native aortic valves concerning the blood flow patterns and flow parameters. 4D Flow is a feasible technique to examine different types of aortic valve replacement and promises to allow gaining new insights into the remodeling process of the great vessels after an aortic valve intervention.
