There is growing interest in using large-scale observational data collected through national disease registries to develop clinical prediction models (CPMs) that use the experiences of past patients to make predictions about risks of outcome in future patients. CPMs are often developed in isolation across different populations, with repetitive de novo development a common modelling strategy. However, this fails to utilise all available information and does not respond to changes in health processes through time/space. Using the UK transcatheter aortic valve implantation (TAVI) registry as motivation, this thesis aimed to develop methods that improve the development of CPMs within local populations. Three research questions (RQs) were considered: (1) what are the challenges of mortality risk prediction in TAVI due to changes in procedure knowledge and the patient population? (2) Can we use a combination of baseline patient characteristics to predict the risk of mortality post TAVI? (3) How can we exploit multi-dimensional information about patients to inform clinical decision-making at a local-level? Chapter 2 demonstrates potential to simplify the procedure by removing pre-dilation of the aortic valve, thereby altering the underlying treatment pathway, and Chapter 3 shows that mortality rates from registries should be reported in the context of the underlying patient population. Despite Chapter 2 and 3 presenting potential challenges to TAVI risk prediction (RQ 1), CPMs are fundamental to support benchmarking/audit analyses. To this end, Chapter 4 found that the performance of existing TAVI CPMs was inadequate for use in UK patients. Through the discovery of new risk factors (e.g. frailty) in Chapter 5, the thesis derived a UK-TAVI CPM for audit analyses within the UK cohort (Chapter 6). While Chapters 4-6 present the classic framework of CPM development (RQ 2), this cannot overcome the challenges of mortality prediction in the TAVI setting (RQ 1) and is not suited to support local healthcare decision-making (RQ 3). Thus, Chapter 7 found that local model development could be supported through aggregating existing models rather than re-development. Existing methods of model aggregation were extended in Chapter 8 to allow prior research and new data to be utilised within the modelling strategy; application of the herein derived method to the UK TAVI registry indicated that it could facilitate the choice between model aggregation and de novo CPM derivation. Generally, this thesis has the potential to improve the implementation of CPMs within local populations by moving away from the iterative process of re-development. Practically, the thesis derived a UK-TAVI CPM for audit analyses, using classic and novel methodology.

The overall aim of this thesis is to explore experiences and self-reported outcomes from Transcatheter Aortic Valve Implantation, TAVI, among people with severe aortic stenosis. The thesis includes four studies. Study I-II are based on interviews performed the day before TAVI and Qualitative Concept Analysis was used for analysis. Study III is based on interviews at six months’ follow-up and Grounded Theory was used for analysis. Study IV is quantitative and based on questionnaires at baseline and at six months’ follow-up. Nonparametric, descriptive statistics were used for the analysis. Study I described the vulnerable situation for patients with severe aortic stenosis before TAVI. They were facing death and at the same time struggling to cope with their symptoms and to maintain independent. TAVI offered hope but also caused uncertainty about the new method. Study II focused on the patients’ decision-making process. Three patterns were identified; ambivalent, obedient, and reconciled. The ambivalent patient is unsure of the value of treatment and aware of the risks; the obedient patient is unsure of the value of one's own decision and wants to leave the decision to others; the reconciled patient has reached a point where there is no choice anymore and is always sure that the decision to undergo TAVI is right. Study III offered a deeper understanding of the TAVI trajectory. A journey of balancing between hope and life-struggle was the core category of the analysis. Before TAVI patients felt threatened, but also experienced hope. The rehabilitation phase was described as demanding and depressing or surprisingly simple. At the six months’ followup patients described being pleased to return to life, however, many were still struggling with limitations. Study IV focused on quantifying the symptom burden, function and health related quality of life before and after TAVI. The results were reflected against that of patients treated with open surgery. Self-rated function and health related quality of life increased and symptoms were reduced at follow-up, but breathlessness and fatigue were still common. Conclusively, TAVI patients are struggling with limitations, both because of their comorbidities and because of their valve disease which also poses a threat to their lives. TAVI gives an opportunity to survive, to stay independent and to increase quality of life. To feel and preserve hope is essential for patients’ wellbeing, both before and during the recovery process.

Symptomatic aortic stenosis (AS) is an increasing phenomenon as more adults live longer. The gold standard for treating AS is surgical aortic valve replacement (SAVR). Frequently, as older individuals with AS often have multiple comorbidities, a SAVR is determined to be too high risk. Therefore, a less invasive treatment option is available, namely a transcatheter aortic valve implantation (TAVI) or transcatheter aortic valve replacement (TAVR). Such biomedical procedures have encouraged life extension and the decision to intervene commonplace with the aging population. Without an intervention, significant debilitating symptoms affect a person's quality of life (QoL). Multiple quantitative studies evaluating QoL before and after a TAVI have been performed. However QoL has multiple attributes and is not a single construct. By limiting practice to these defined QoL measures, we exclude the human experience and what values individuals describe as important to them. The dilemma in the present medical model is influenced by two paradigms, evidence based medicine and patient centered medicine. Some people opt not to have a TAVI. This study aims to understand what it is like living with aortic stenosis as perceived by the participant and to gain a more meaningful understanding of why some individuals with AS choose not to have this procedure performed. Using a convenience sample of patients who declined a TAVI, a telephone interview with the person focused on their perceived QoL and the implications determining not to pursue a TAVI. In this qualitative phenomenological design, open-ended questions included: 1) What is it like to live with Aortic Stenosis. 2) Why did you choose not to have the TAVI? Interviews will explore emerging themes. Advanced practice nurses are in ideal positions for performing research to gain greater insight on the complexity of people's health choices. As the incidence of AS occurs more frequently in the increasing aged population, TAVI offers a treatment option for those patients who are symptomatic with AS and are not surgical candidates. However, health care providers should focus on the illness, not the disease, and explore the patients' biopsychosocial values with their medical needs. The information gathered in this study will help guide heath care providers with offering holistic health care incorporating both paradigms of evidence based practice and patient centered medicine options on treatment for people with symptomatic AS.

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Objectives: As surgical experience with infective endocarditis following transcatheter aortic valve replacement is scarce, this study compared the perioperative and short-term outcomes of patients suffering from endocarditis following surgical aortic valve replacement and transcatheter aortic valve replacement. Methods: Between January 2013 and December 2020, 468 consecutive patients were admitted to our center for surgery for IE. Among them, 98 were operated on for endocarditis following surgical aortic valve replacement and 22 for endocarditis following transcatheter aortic valve replacement. Results: The median EuroSCORE II (52.1 (40.6–62.0) v/s 45.4 (32.6–58.1), p = 0.207) and STS-PROM (1.8 (1.6–2.1) v/s 1.9 (1.4–2.2), p = 0.622) were comparable. Endocarditis following transcatheter aortic valve replacement accounted for 13.7% of the aortic prosthetic valve endocarditis between 2013 and 2015; this increased to 26.9% in the years 2019 and 2020.Concomitant procedures were performed in 35 patients (29.2%). The operative mortality was 26.5% in the endocarditis following surgical aortic valve replacement group and 9.1% in the endocarditis following transcatheter aortic valve replacement group (p = 0.098). Upon follow-up, survival at 6 months was found to be 98% in the group with endocarditis following surgical aortic valve replacement and 89% in the group with endocarditis following transcatheter aortic valve replacement (p = 0.081). Conclusions: Patients suffering from endocarditis following surgical aortic valve replacement and transcatheter aortic valve replacement present with comparable risk profiles and can be surgically treated with comparable results. Surgery as a curative option should not be rejected even in this intermediate-risk cohort

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第23767号 / 医博第4813号 / 新制||医||1056(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 大鶴 繁, 教授 小西 靖彦, 教授 森田 智視 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Introduction: Transcatheter aortic valve implantation (TAVI) is an established procedure to treat severe aortic stenosis (AS). This study investigates the impact of ischemic heart disease (IHD) on survival in patients undergoing TAVI. Aim: Five-year all-cause mortality stratified according to the presence or absence of IHD. Methods: Retrospective register study including all patients that underwent a TAVI-procedure 2009 to 2018. Patients were stratified according to the presence or absence of IHD. Our primary end-point was five-year all-cause mortality. Survival was analyzed using Kaplan-Meier curve. Data were acquired through the SWENTRY registry and patient files. Results: A total of 264 patients were included in the study, with 139 (52.7 %) patients in the IHD group vs 125 (47.3 %) patients in the non-IHD group. Mean follow-up time was 40 ±30 months. At baseline, there was a higher proportion of males, patients with hypertension, peripheral arterial disease, left ventricular ejection fraction <50 % and, a higher EuroSCORE I in the IHD-group. Transfemoral approach was most common in both groups. No differences were noted in respect to peri- and postoperative complications. Five-year all-cause mortality was 17/38 (44.7 %) vs 18/30 (60.0 %), p = 0,232, in the IHD and non-IHD group respectively. Non-adjusted cumulative five-year survival was not significantly different between the groups (Log-Rank, p = 0,056). Conclusions: In patients with severe AS undergoing TAVI, the five-year all-cause mortality was not statistically different between patients with or without IHD.

Eine Verengung der Aortenklappe, die während der Systole zu einem Druckunterschied zwischen dem linkem Auswurftrakt und der Aorta führt, wird als Aortenstenose bezeichnet. Sie stellt nach der KHK die häufigste Indikation für eine herzchirurgische Intervention dar. Die Entstehung der Aortenstenose ist bisher nicht völlig aufgeklärt. Die Verengung ist meist durch Verkalkung der Klappensegel bedingt. Der derzeitige Stand der Forschung gibt Grund zur Annahme, dass dieser Entstehungsprozess der Ätiologie der Arteriosklerose sehr ähnlich ist. Die Aortenstenose kann anhand der Aortenklappen-Öffnungsfläche in leicht-, mittel- und hochgradig eingeteilt werden. Zurzeit ist die Echokardiographie die wichtigste Methode zur Evaluation der Aortenstenose, weil damit die Öffnungsfläche und die Druckgradienten bestimmt werden können. Für die Entscheidung zur Operation ist insbesondere auch das Einsetzen der Symptomatik mitbestimmend. Der konventionelle Aortenklappenersatz mit einer biologischen oder mechanischen Aortenklappenprothese ist der Goldstandard in der heutigen Therapie der Aortenstenose. Patienten höheren Alters erhalten heutzutage eine biologische Aortenklappenprothese, da keine dauerhafte Antikoagulation notwendig ist. Bei älteren Patienten (über 70 Jahre) steigt die postoperative Mortalität auf 5-15% an. In Deutschland waren 2010 über 50% der herzchirurgischen Patienten älter als 70 Jahre und 12,4% sogar über 80 Jahre. Laut einer Studie werden 33% der über 75-Jährigen nicht zur Operation zugelassen, da diese als zu risikoreich eingestuft wird. Um dieses Patientenkollektiv besser zu versorgen, wurde ein Verfahren zur kathetergestützten Implantation einer Aortenklappenprothese entwickelt. Die neue Prothese wird auf einen Ballonkatheter gepresst und anschließend in Aortenposition dilatiert. Die Implantation kann durch die Herzspitze antegrad, also transapikal, oder über die femoralen Gefäße retrograd, also transfemoral, erfolgen. Eine Sternotomie oder die Verwendung einer Herz-Lungenmaschine mit künstlichem Herzstillstand sind dazu nicht notwendig. Die in dieser Arbeit verwendete Sapien-Prothese besteht aus vorbehandeltem Rinderperikard und ist in einem Kobalt-Chrom-Stent aufgehängt. Bereits 2010 wurden in Deutschland schon fast ein Viertel aller isolierten Aortenklappenersätze mittels der kathetertechnischen Aortenklappenprothesen durchgeführt, 2011 ist der Anteil auf über 30% gestiegen. Der Einsatz ist im Moment auf Hochrisikopatienten über 75 Jahre beschränkt, da es noch keine Ergebnisse über die Langzeithaltbarkeit der Katheter-Herzklappen gibt. Außerdem scheint die Häufigkeit von periinterventionellen Komplikationen bei diesem Verfahren noch sehr hoch. Ganz im Gegensatz zur schonenden Behandlung der Prothese beim konventionellen Eingriff wird die Sapien-Herzklappenprothese durch einen Crimper auf den Ballonkatheter gepresst. Der Durchmesser wird dabei von 23 bzw. 26mm auf unter 8,7mm verringert. Nur so kann die Prothese über das zum Studienzeitpunkt 26 French große Applikationssystem in Position gebracht werden. Mittlerweile beträgt der Diameter für den transfemoralen Zugang nur noch 18 French. Bisher gibt es keine Studien darüber, ob die Krafteinwirkung des Crimping einen Einfluss auf die Langzeithaltbarkeit der Transkatheter-Herzklappen hat. Dabei ist gerade eine lange Haltbarkeit enorm wichtig, um das neue minimalinvasive System einem größeren Patientenkollektiv zugänglich zu machen. Ziel der hier vorgelegten Studie war es deshalb, den Einfluss von Crimping auf die Haltbarkeit und Gewebeintegrität der Edwards Sapien-Prothese in Abhängigkeit von der Crimping-Dauer zu untersuchen. Dazu kam ein subkutanes Rattenmodell zur Anwendung, das zum Vergleich verschiedener Herzklappenprothesen häufig herangezogen wird. Hierbei wird vor allem das Verkalkungspotential der Prothesen untersucht, da die Verkalkung der Klappen die Funktionalität derselben limitiert. Hierfür wurden in dieser Arbeit 21 Tage alten Sprague-Dawley-Ratten (n=15) jeweils fünf Gewebeproben in separate subkutane Taschen implantiert. Nach einem Implantationszeitraum von zwölf Wochen gingen wir von der maximal möglichen Verkalkung aus. Im Menschen entspricht das einem Zeitraum von etwa zehn Jahren. Drei Gruppen á fünf Sapien-Prothesen wurden unterschiedlich lange gecrimpt: für einen Monat, einen Tag und eine Stunde. Eine vierte Gruppe wurde nicht gecrimpt. Die fünfte Gruppe bestand aus der operativ häufig verwendeten Standardklappe Perimount Magna und wurde als Kontrolle eingesetzt. Die Klappensegel wurden nach Crimping und Dilatation exzidiert (je Gruppe n=15) und unter inhalativer Anästhesie wurde jeder Ratte ein Präparat aller fünf Gruppen in subkutane separate Taschen faltenfrei implantiert. Die Taschen wurden dorsal paravertebral durch stumpfe Präparation angelegt. Die Implantation erfolgte bei allen 15 Tieren komplikationslos. Nach zwölf Wochen erfolgte die Explantation. Ein Präparat der für einen Tag gecrimpten Prothesen und eines der Kontrollgruppe Magna konnten nicht aufgefunden werden. Ansonsten ergaben sich bei der Explantation keine Schwierigkeiten. Zur Bestimmung des Kalziumlevels im Serum wurde den Ratten eine Blutprobe abgenommen. Die explantierten Präparate wurden dann zur Analyse in drei Teile geschnitten. Ein Teil wurde der Kalziumbestimmung durch optische Emissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) zugeführt. Das Ergebnis wird in mg/g Trockengewicht angegeben. Der zweite Teil wurde für die histologische Untersuchung in Paraffin eingebettet. Es wurden Standardschnitte angefertigt und drei Färbungen pro Präparat durchgeführt. Dies waren die Hämatoxylin-Eosin-Färbung (Orientierung), die Van Kossa-Färbung (Verkalkung) und die mod. Pikrosiriusrot-Färbung (kollagene Fasern). Der Kalziumgehalt der Präparate wurde zusätzlich zur chemischen Bestimmung histologisch durch ein interaktives Bildanalyseverfahren in mm2 gemessen. Die Fragmentierung und Irregularität der Kollagenfasern wurde histologisch in vier Grade eingestuft: ohne pathologischen Befund, gering-, mittel- oder hochgradig fragmentiert bzw. irregulär. Ein weiterer Teil der Präparate wurde für die exemplarische Darstellung im Elektronenmikroskop in Epon 100 eingebettet und mit Uranylacetat und Tannin kontrastiert. Die Kalziummessungen ergaben, dass die ungecrimpten Klappen Sapien und Perimount Magna tendenziell stärker verkalkten als die anderen Gruppen. Die Unterschiede zwischen den Gruppen waren jedoch nicht signifikant, sowohl bei der histologischen als auch bei der chemischen Quantifizierung. Die Streuung der Messwerte war sowohl intra- als auch interindividuell sehr hoch. Die Bedeutung für die Langzeithaltbarkeit bezüglich der Kalzifizierung ist unklar. Jedoch kann festgestellt werden, dass es in dieser Studie keinen signifikant messbaren Unterschied in der Verkalkung zwischen gecrimpten und ungecrimpten Prothesen gab. In der histologischen Strukturanalyse waren die Kollagenfasern der gecrimpten Klappen signifikant stärker fragmentiert bzw. die Struktur irregulärer als die der ungecrimpten Klappen. Erstaunlich war hier auch die Tatsache, dass selbst die ungecrimpte Sapien-Prothese signifikant stärker fragmentiert war als die Perimount Magna. Dieses Ergebnis überrascht, da die Sapien-Klappe der Perimount Magna im Produktionsprozess sehr ähnlich ist. Beide bestehen aus Rinderperikard und sind mit dem Antimineralisationsverfahren ThermaFix vorbehandelt. Sie unterscheiden sich lediglich im Stent. Dieser muss für das kathetergestützte Verfahren komprimierbar und wieder dilatierbar sein. Der Produktionsprozess sollte auf Grund dieses Ergebnisses reevaluiert werden. Wie bereits erwähnt, waren die gecrimpten Klappen signifikant stärker fragmentiert. Mit zunehmender Crimping-Dauer nahm dieser Effekt tendenziell sogar zu. Dass Crimping einen schädlichen Einfluss auf die strukturelle Integrität des Klappengewebes hat, war bis dato nicht bewiesen. Diese Tatsache allein lässt allerdings noch keine genaue Aussage über die Auswirkung von Crimping auf die Haltbarkeit im Blutstrom zu. Es ist jedoch hervorzuheben, dass die Fragmentierung der Kollagenfasern, also der Haltefasern der Aortenklappenprothese, die Erwartung einer guten Langzeitfunktionalität drastisch mindert. Dazu gibt es Hinweise aus aktuellen multizentrischen Studien wie dem Partner-Trial, in dem bereits nach 30 Tagen 1,3% und nach einem Jahr 4,2% der Patienten eine mittel- bis schwergradige transvalvuläre Aorteninsuffizienz aufwiesen. Diese Tatsache verbunden mit dem Wissen, dass Crimping die Kollagenfasern frakturiert, stellt die Langzeithaltbarkeit der Prothese in Frage. Zu beachten ist, dass der Diameter des Systems in diesem Versuchsaufbau keine Rolle spielte. Seit Beginn der Studie hat sich der Diameter des Applikationssystems aber von 26 auf 22 French (transfemoral sogar nur 18 French) verringert. Es ist anzunehmen, dass die Krafteinwirkung beim Crimping auf 22 bzw. 18 French noch deutlich größer und damit die Fragmentierung der Fasern noch ausgeprägter wäre. Als Limitationen des hier angewandten subkutanen Rattenmodells sind der fehlende Kontakt mit dem Blut sowie die fehlende Wirkung hämodynamischer Kräfte zu nennen. Es handelt sich hierbei um einen Tierversuch, der nicht direkt auf den Menschen übertragbar ist. Für histologische und chemische Analyse mussten jeweils unterschiedliche Teile der Präparate verwendet werden. Die histologische Beurteilung ist untersucherabhängig. In diesem Versuchsaufbau wurde lediglich ein Prothesen-Typ untersucht, so dass nicht klar ist, ob die beschriebenen Phänomene auch bei anderen kathetertechnischen Herzklappenprothesen auftreten. Die Ergebnisse liefern neue Gesichtspunkte im Hinblick auf die Haltbarkeit der Sapien-Klappenprothese. Daraus lassen sich einige Empfehlungen ableiten. Crimping verursacht einen irreparablen Schaden an den Kollagenfasern der Herzklappenprothesen, der tendenziell mit der Dauer des Crimpings zunimmt. Der Vorgang des Crimping sollte daher so kurz wie möglich gehalten werden. Die kathetergestützte Aortenklappenprothese sollte erst kurz vor der Implantation auf den Ballonkatheter gecrimpt werden. Crimping auf sehr kleine Diameter sollte vorerst vermieden werden. Künftig sollte außerdem eine genauere Analyse der Auswirkungen der strukturellen Schäden auf die Haltbarkeit der Transkatheter-Herzklappen durchgeführt werden. Vor der Ausweitung der Behandlung auf ein Patientenkollektiv mit höherer Lebenserwartung müssen noch viele Fragen hinsichtlich der Langzeithaltbarkeit dieser Herzklappen-Prothesen in weiteren Studien geklärt werden.

Background: Aortic stenosis (AS) is the most common heart valve disease in Europe and North America. Age-related calcification of the valve is the commonest cause of acquired AS, especially in patients older than 70 years.Conventional surgical aortic valve replacement (SAVR) and the novel, minimally invasive transcatheter aortic valve implantation (TAVI), effectively preserve left ventricular (LV) function, relieve symptoms and improve survival in patients with severe symptomatic AS. However, patients with impaired LV function may carry significant operative risk, and long recovery time. In addition, such patients might have other comorbidities, and hence adding another challenge. Thus evaluation of ventricular function before and after AVR, as well as critical evaluation of TAVI patients should contribute to better clinical outcome. Methods: We studied LV function by conventional echocardiography before and after SAVR in the following groups; (I) 86 patients (aged 71±10 years) with severe AS and LV dysfunction; (II) 112 consecutive elderly AS patients (aged 77±2 years) and compared them with 72 younger patients (aged 60±1 years); (III)66 patients (age 70±2 years, 53 male) who underwent AVR for severe AS with concurrent LV dysfunction; (IV) 89 consecutive patients with symptomatic severeAS who underwent successful TAVI, 45 of whom received trans-apical TAVI (TA)(age 80.8±4.9 year, 26 male) and 44 trans-femoral TAVI (TF) (age 82.9±5.8 year,22 male).The conventional echocardiographic measurements were made according to the guidelines. Severe AS was identified by aortic valve mean pressure gradient >40mmHg or valve area <1.0 cm2. LV systolic dysfunction was identified as ejection fraction (EF) <50%. LV long-axis function was presented by mitral annular plane systolic excursion ( MAPSE ) at lateral wall and septal wall, which were measured from apical four-chamber view. Also from the same view, LV septal and lateral wall deformation using STE as well as global longitudinal systolic strain. The LV systolic twist as the net difference between apical rotation and basal rotation was measured from the parasternal apical and basal short-axis views in the TAVI patients. Results: Study I: In the low flow and high gradient group, operative (30-day) mortality was 10%, and peri-operative mortality was associated with lower mean LVEF, higher mitral E:A ratio, peak systolic pulmonary artery pressure (PSPAP), and higher serum creatinine (all p<0.001), NYHA class III–IV, concomitant coronary artery bypass graft (CABG), urgent surgery, and longer bypass-time (all p< 0.05). Mortality at 4 years was 17%. Univariate predictors of 4-year mortality were: lower EF (p<0.001), presence of restrictive LV filling (p<0.001), raised PSPAP (p<0.001) and CABG (p=0.037). However, only EF<40 % (p=0.03), the presence of restrictive LV filling (p=0.033) and raised PSPAP (p<0.01)independently predicted mortality in this group.Study II: Elderly patients had higher NYHA class, more frequent atrial fibrillation (AF), coronary artery disease (CAD), emergency operation and use of bioprosthetic valves. They also had shorter E-wave deceleration time (DT) and larger left atria (LA) (p<0.05 for all). 30-day mortality was 12% vs 4 % (Log Rank x2=3.02, p=0.08) and long term mortality was 18% vs 7% (Log Rank x2=4.38,p=0.04) in the two groups, respectively. Age was not related to mortality after adjustment for other variables. Among all variables, anemia (OR 4.20, CI:1.02–6.86, p=0.04), cardiopulmonary bypass (CPB) time (OR 1.02, CI 1.01–1.04,p<0.01), significant patient prosthesis mismatch (PPM) (OR 5.43, CI 1.04–18.40,p<0.05) were associated with 30-day mortality in elderly patients. Their long-term mortality was related to CBP time (OR 1.02, CI 1.00–1.05, p=0.04),PPM (OR 4.64, CI 1.33–16.11, p=0.02) and raised LA pressure: DT (OR 0.94, CI0.84–0.99, p=0.03) and pulmonary artery systolic pressure (PASP) (OR 1.12, CI1.03–1.19, p<0.001).STUDY III: Following SAVR peak aortic pressure gradient (AOPG) decreased and indexed valve area increased (64±3 to 19±1 mmHg and 0.30±0.01 to 0.89±0.03 cm2/m2, p<0.001 for both). LVEF increased (from 45±1 to 54±2%;p<0.001), LV end diastolic and end-systolic dimensions fell (LVEDD index: from 33±1 to 30±1 mm/m2; and LVESD index: from 27±1 to 20±1 mm/m2; (p<0.01 forboth). LV diastolic dysfunction improved as evidenced by the fall in E/A ratio (from 2.6±0.2 to 1.9±0.4) and prolongation of total filling time; (from 29.2±0.6 to31.4±0.5 s/min, p=0.01 for both). Among all echocardiographic variables, LV dimensions (LVEDD index, OR 0.70, CI 0.52–0.97, p<0.05; LVESD index, OR 0.57, CI 0.40–0.85, p=0.005) were the two independent predictors of post-operative LV functional recovery on multivariate analysis. A cut-off value ofpre-operative LVESD index<=27.5 mm/m2 was 85% sensitive and 72% specific inpredicting intermediate-term recovery of LV function after AVR (AUC, 0.72, p=0.002). STUDY IV: Before TAVI, there was no difference between the two patient groups in gender, age, body surface area (BSA) and baseline LV function. However, left ventricular mass index (LVMi), left atrial volume index (LAVi) and tricuspid regurgitation pressure drop (TRPdrop) were increased in the TA group (p<0.05).One week after TAVI, aortic pressure gradient (AOPG) markedly dropped in thetwo groups (both p<0.001), LVEDD index and LVESD index fell but EF andmyocardial strain remained unchanged. Overall cavity twist reduced (p<0.048).Significant LVESD index reduction was only seen in TF group (p=0.02) with a slight increase in LVEF (p=0.04). Lateral MAPSE increased only in the TF group(p=0.02). LV longitudinal systolic strain remained unchanged in TA patients while apical lateral strain increased in TF group. LV apical rotation fell in the two groups but basal rotation increased only in the TA patients (p=0.02). LAVi reduced in bothgroups and to a greater extent in TF TAVI (p=0.006), as did TRPdrop (p<0.001). Conclusion: SAVR and TAVI are two effective treatments for severe AS patients.The severity of pre-operative systolic and diastolic LV dysfunction is the major predictor of mortality following SAVR for low-flow and high gradient AS.Peri-operative AVR survival is encouraging in the elderly. Long term mortality in the elderly is related to PPM, LV diastolic dysfunction and secondary pulmonary hypertension. LV functional recovery was evident in most patients with LV dysfunction after SAVR. A lower prevalence of LV functional recovery in patients with large pre-operative LVESD index might signify the loss of contractile reserveand thus predict post-operative functional recovery. TAVI results in significant early improvement of segmental and overall ventricular function, particularly in patients receiving the trans-femoral approach. The delayed recovery of the trans-apical TAVI group, we studied, might reflect worse pre-procedural diastolic cavity function.

Development of image-guided interventional systems is growing up rapidly in the recent years. These new systems become an essential part of the modern minimally invasive surgical procedures, especially for the cardiac surgery. Transcatheter aortic valve implantation (TAVI) is a recently developed surgical technique to treat severe aortic valve stenosis in elderly and high-risk patients. The placement of stented aortic valve prosthesis is crucial and typically performed under live 2D fluoroscopy guidance. To assist the placement of the prosthesis during the surgical procedure, a new fluoroscopy-based TAVI assistance system has been developed. The developed assistance system integrates a 3D geometrical aortic mesh model and anatomical valve landmarks with live 2D fluoroscopic images. The 3D aortic mesh model and landmarks are reconstructed from interventional angiographic and fluoroscopic C-arm CT system, and a target area of valve implantation is automatically estimated using these aortic mesh models. Based on template-based tracking approach, the overlay of visualized 3D aortic mesh model, landmarks and target area of implantation onto fluoroscopic images is updated by approximating the aortic root motion from a pigtail catheter motion without contrast agent. A rigid intensity-based registration method is also used to track continuously the aortic root motion in the presence of contrast agent. Moreover, the aortic valve prosthesis is tracked in fluoroscopic images to guide the surgeon to perform the appropriate placement of prosthesis into the estimated target area of implantation. An interactive graphical user interface for the surgeon is developed to initialize the system algorithms, control the visualization view of the guidance results, and correct manually overlay errors if needed. Retrospective experiments were carried out on several patient datasets from the clinical routine of the TAVI in a hybrid operating room. The maximum displacement errors were small for both the dynamic overlay of aortic mesh models and tracking the prosthesis, and within the clinically accepted ranges. High success rates of the developed assistance system were obtained for all tested patient datasets. The results show that the developed surgical assistance system provides a helpful tool for the surgeon by automatically defining the desired placement position of the prosthesis during the surgical procedure of the TAVI. / Die Entwicklung bildgeführter interventioneller Systeme wächst rasant in den letzten Jahren. Diese neuen Systeme werden zunehmend ein wesentlicher Bestandteil der technischen Ausstattung bei modernen minimal-invasiven chirurgischen Eingriffen. Diese Entwicklung gilt besonders für die Herzchirurgie. Transkatheter Aortenklappen-Implantation (TAKI) ist eine neue entwickelte Operationstechnik zur Behandlung der schweren Aortenklappen-Stenose bei alten und Hochrisiko-Patienten. Die Platzierung der Aortenklappenprothese ist entscheidend und wird in der Regel unter live-2D-fluoroskopischen Bildgebung durchgeführt. Zur Unterstützung der Platzierung der Prothese während des chirurgischen Eingriffs wurde in dieser Arbeit ein neues Fluoroskopie-basiertes TAKI Assistenzsystem entwickelt. Das entwickelte Assistenzsystem überlagert eine 3D-Geometrie des Aorten-Netzmodells und anatomischen Landmarken auf live-2D-fluoroskopische Bilder. Das 3D-Aorten-Netzmodell und die Landmarken werden auf Basis der interventionellen Angiographie und Fluoroskopie mittels eines C-Arm-CT-Systems rekonstruiert. Unter Verwendung dieser Aorten-Netzmodelle wird das Zielgebiet der Klappen-Implantation automatisch geschätzt. Mit Hilfe eines auf Template Matching basierenden Tracking-Ansatzes wird die Überlagerung des visualisierten 3D-Aorten-Netzmodells, der berechneten Landmarken und der Zielbereich der Implantation auf fluoroskopischen Bildern korrekt überlagert. Eine kompensation der Aortenwurzelbewegung erfolgt durch Bewegungsverfolgung eines Pigtail-Katheters in Bildsequenzen ohne Kontrastmittel. Eine starrere Intensitätsbasierte Registrierungsmethode wurde verwendet, um kontinuierlich die Aortenwurzelbewegung in Bildsequenzen mit Kontrastmittelgabe zu detektieren. Die Aortenklappenprothese wird in die fluoroskopischen Bilder eingeblendet und dient dem Chirurg als Leitfaden für die richtige Platzierung der realen Prothese. Eine interaktive Benutzerschnittstelle für den Chirurg wurde zur Initialisierung der Systemsalgorithmen, zur Steuerung der Visualisierung und für manuelle Korrektur eventueller Überlagerungsfehler entwickelt. Retrospektive Experimente wurden an mehreren Patienten-Datensätze aus der klinischen Routine der TAKI in einem Hybrid-OP durchgeführt. Hohe Erfolgsraten des entwickelten Assistenzsystems wurden für alle getesteten Patienten-Datensätze erzielt. Die Ergebnisse zeigen, dass das entwickelte chirurgische Assistenzsystem ein hilfreiches Werkzeug für den Chirurg bei der Platzierung Position der Prothese während des chirurgischen Eingriffs der TAKI bietet.