Guidelines and standards

Digital subtraction angiography of the aorta and its branches, pre-

viously the gold standard, only provides information relating to

luminal changes (ranging from smooth tapering stenosis to frank

occlusion), which are a late feature. MRI, CT, and echocardiography

can demonstrate homogeneous circumferential thickening of the

aortic wall with a uniform smooth internal surface, which is different

from the appearance of atherosclerosis

403,404

but may be

misdiagnosed as IMH. CT and MRI provide a more generalized

survey

of

the

aorta

and

its

proximal

branches

than

echocardiography, including the abdominal aorta and distal

pulmonary arteries, which are sometimes affected.

405

MRI may

show arterial wall edema, a marker of active disease.

406

In chronic

TA, the aortic wall may become calcified, which is best appreciated

by CT. Positron emission tomography is a promising technique that

may reveal the level of vascular inflammatory activity.

407

GCA is a systemic panarteritis that characteristically affects

middle-aged and elderly patients (age > 50 years).

408,409

Figure 58

MR images from a 54-year-old woman with elevated sedimentation rate and dilation of the descending aorta. Wall thick-

ening is well depicted in dark blood images (left, yellow arrow). Short tau inversion recovery (STIR) images (right) demonstrate bright

signals in the aortic wall (yellow arrow), a result consistent with edema. Surgical repair was performed in this patient, and histology

was consistent with GCA.

168 Goldstein et al

Journal of the American Society of Echocardiography

February 2015

Although classically the temporal and/or other cranial arteries are

involved, the aorta and its major branches are affected in

approximately 10% to 18% of patients.

410,411

Dilatation of the

aortic root and ascending aorta are common and can lead to

aortic dissection or rupture, usually several years after the initial

diagnosis. If a diagnosis of extracranial GCA is suspected,

echocardiography, CT, or MRI is recommended. The finding of a

thickened aortic wall on CT or MRI indicates inflammation of the

aortic wall (

Figure 58

) and thus active disease.

412

Studies with posi-

tron emission tomography have suggested that subclinical aortic

inflammation is often present in patients with GCA.

413

IX. POSTSURGICAL IMAGING OF THE AORTIC ROOT AND

AORTA

Advances in diagnostic imaging techniques have allowed earlier diag-

nosis of and more prompt surgical intervention for thoracic aortic dis-

ease, which in turn has likely improved outcomes for both emergency

and elective surgery of the aorta. As a consequence increasing

numbers of patients are presenting for follow-up care.

For both aortic dissections and aneurysms involving the ascending

aorta, the surgeon usually replaces the ascending aorta with an inter-

position Dacron graft but leaves the native aortic root, arch, and de-

scending aorta behind. Thus, survivors of the initial repair may

remain at considerable risk for future aneurysmal dilatation and even-

tual rupture. Consequently, appropriate follow-up requires long-term

clinical monitoring and follow-up imaging to detect such complica-

tions and to allow timely surgical or percutaneous reintervention.

The foundation for such follow-up imaging is obtaining adequate

baseline imaging that provides a reliable reference for future compar-

isons of aortic size and appearance. Moreover, baseline imaging will

detect technical failures and improper or incomplete repairs with

the potential for subsequent complications.

A. What the Imager Needs to Know

To evaluate postoperative findings accurately, the imaging physician

must possess a general understanding of the surgical techniques

available to treat thoracic aortic diseases and awareness of the details

of the surgical procedure that was used in the individual patient. In

most instances, the postoperative image may differ in important

ways from that seen before the surgical intervention. It follows

that the expected postoperative image and any possible variations

as presented by the relevant imaging modality must be understood.

Only then can the spectrum of potential postsurgical complications

be accurately recognized and distinguished from the expected post-

operative appearance.

B. Common Aortic Surgical Techniques

Listed in

Tables 30 and 31

are some of the more common aortic

procedures and some of the alternative or less common

procedures. A brief discussion of some of the more common

procedures follows. The scope of this review does not permit

detailed discussion of modifications of standard procedures or of

less commonly used techniques.

1. Interposition Technique.

This currently standard technique in-

cludes excision of the diseased segment of the native ascending aorta

and its replacement with a polyester (Dacron) graft. The proximal

anastomotic site is often supracoronary, and the distal anastomotic

site is immediately proximal to the brachiocephalic artery. The anas-

tomotic sites are often reinforced with externally placed circumferen-

tial strips of Teflon felt.

2. Inclusion Technique.

The inclusion technique consists of an

aortotomy, placement of an artificial graft within the diseased native

aorta, and enclosing or ‘‘wrapping’’ the graft with the native aorta,

which is sutured around the graft. This procedure creates a potential

space between the graft and the native aortic wall, which has impor-

tant imaging implications. The use of this technique has diminished

significantly because improved graft materials have led to decreased

bleeding (this technique was used to provide a space into which

leakage through grafts could occur to minimize extensive bleeding

into the mediastinum).

3. Composite Grafts.

A composite graft, or conduit, is a synthetic

(commonly Dacron) aortic graft that includes a directly attached me-

chanical valve or bioprosthetic valve. With composite graft replace-

ment, the coronary ostia are dissected from the native aorta with a

rim of surrounding aorta (‘‘button technique’’), and each button is

then reanastomosed individually to the composite graft.

4. Aortic Arch Grafts.

For select patients with aortic arch involve-

ment, open surgery may range from partial to complete arch replace-

ment with or without debranching and reattachment of one or more

of the arch vessels.

5. Elephant Trunk Procedure.

Surgery for treatment of diffuse

thoracic aortic disease is commonly performed in a two-stage operation.

The first stage consists of repair of the ascending aorta and aortic arch

(with reconstruction of the great vessels); an extension of the aortic graft

is inserted into the lumen of the proximal descending thoracic aorta,

Table 30

Common aortic surgical procedures

1. Valveless ascending grafts

a. Interposition technique

b. Inclusion technique

2. Composite aortic grafts

3. Aortic arch grafts

4. Descending aortic grafts

5. Endovascular stent grafts

6. Resuspension of the aortic valve

7. Valve-sparing root replacement

8. Use of biologic adhesives and sealants

9. Coronary artery (button) reimplantation

Table 31

Less common aortic surgical procedures

1. ‘‘Elephant trunk’’ procedure

2. Cabrol shunt procedure

3. Cabrol coronary graft procedure

4. Aortic tailoring (aortoplasty)

5. Fenestration

6. Obliteration of false lumen (primary repair)

a. Glue aortoplasty

b. Insertion of foreign material

c. Thromboexclusion

7. Aortic girdling (wrapping the aorta with Dacron mesh)

Journal of the American Society of Echocardiography

Volume 28 Number 2

Goldstein et al 169

where it floats freely and is referred to as the ‘‘elephant trunk.’’ The sec-

ond stage of the operation consists of repair of the descending aorta us-

ing the elephant trunk for the proximal anastomosis of an open surgical

graft or as the proximal landing zone for an endovascular stent graft.

6. Cabrol Shunt Procedure.

The Cabrol shunt procedure is an

uncommon adjunct to the inclusion graft technique, performed to

prevent progressive bleeding into the potential space between the

graft and the native aortic wall, as described earlier. This procedure

consists of a surgically created shunt between this potential space

and the right atrium to alleviate any pressure in the perigraft space.

7. Technical Adjuncts.

For all types of grafts, circumferential felt or

pericardial rings are often used to buttress anastomoses. Felt pledgets

are also used to reinforce the graft or the native aortic wall at sites of

intraoperative cannula placement. These rings and pledgets have imag-

ing implications for each of the imaging modalities, such as otherwise

unexplained thickenings, reverberations, and acoustic shadowing.

A variety of adhesives, or biologic glues, have been used as an

adjunct to standard methods of achieving anastomotic hemostasis

(such as sutures and clips). These bioglues have also been used for re-

approximating layers of the dissected aorta and for strengthening

weakened aortic tissues by a ‘‘tanning’’ process. Although the value

of these tissue adhesives is recognized, there are reports of tissue

necrosis leading to false aneurysms.

414

Moreover, these substances

may produce edema, inflammation, and fibrosis, leading to thickening

of the aortic wall or adjacent tissues. Such thickening can be confused

with leakage and hematoma by imaging techniques.

C. Normal Postoperative Features

The details of the surgery that has been performed will determine the

appearance of the ascending aorta on prospective imaging studies.

There are only a few descriptions of the echocardiographic appear-

ance of the ascending aorta after reconstruction. More information

is available on computed tomographic and MRI findings. An aortic

interposition graft is visualized as a thin, corrugated tube with an echo-

density greater than that of the native aorta. There is usually an abrupt

change between the graft and the native aorta as felt strips that are

used to reinforce the anastomoses provide visual markers of those

borders. Occasionally there is angulation of the aortic graft, especially

near the anastomoses. These points of angulation are not clinically sig-

nificant but can mimic a dissection flap, especially on axial computed

tomographic images.

A small amount of perigraft thickening (<10 mm) is a common post-

operative finding. This presumably results from minor leakage at the

anastomotic suture lines created by needle holes. The uniform and

concentric distribution of this thickening helps differentiate it from

more serious leakage. Another mimicker of pathology can be seen at

the site of coronary anastomoses. When the coronary arteries are re-

sected with a rim of native aortic tissue (button technique), a focal bulge

at this site can be misinterpreted as an incipient pseudoaneurysm.

Importantly, the inclusion graft technique creates a potential space be-

tween the graft and its wrap, the native aorta. This space often contains

fluid and/or hematoma, which can be a normal finding with no clinical

significance, especially when <10 mm in thickness.

After repair of a type A dissection, a persistent dissection flap is

seen distal to the ascending aortic graft in 80% of patients.

40

This

persistence of a double-channel aorta after surgery is not considered

a complication, provided it does not increase in size. In chronic dissec-

tions, the residual dissection flap becomes thickened because of

collagen deposition and becomes less oscillatory or even immobile.

Many early postoperative CT studies show pleural or pericardial ef-

fusions, mediastinal lymph node enlargement, and/or left lobe atelec-

tasis. These findings diminish in frequency over time and presumably

represent normal postoperative findings without adverse clinical con-

sequences.

D. Complications after Aortic Repair

Total removal of the diseased aortic segment is seldom possible with

surgical repair of aortic lesions such as aneurysm and dissection, and

the anastomoses between graft and native aorta are potential sites for

late complications. Therefore, periodic postoperative surveillance by

cardiovascular imaging specialists who are familiar with aortic diseases

and surgical procedures cannot be overemphasized. Early detection

of complications can facilitate optimal management, including reop-

eration when appropriate. Potential postoperative complications are

listed in

Table 32

. An awareness of such complications, and the ability

to differentiate them from the spectrum of ‘‘normal’’ postoperative

findings, is obviously important. Some of the more common compli-

cations are discussed.

1. Pseudoaneurysm.

Pseudoaneurysm is an important early or

late complication that can occur after surgery for aneurysm dissection.

In the vast majority of patients, pseudoaneurysm is not associated

with any clinical symptoms.

415

The silent nature of these potentially

life-threatening complications emphasizes the need for surveillance

imaging. Pseudoaneurysms usually occur at anastomoses. Although

they can form at the site of needle holes even when the suture lines

are intact, more often they originate from partial dehiscence of the

proximal or distal suture lines or at the site of coronary reimplantation.

The size of the pseudoaneurysm, its change over time, and the pa-

tient’s symptoms and clinical status will determine management.

Small, sterile pseudoaneurysms can remain stable for years without

further intervention. Pseudoaneurysms are readily detectable by

both CT and MRI. TEE is also reliable for detecting pseudoaneurysms

of the aortic root and proximal ascending aorta but can miss lesions in

the distal ascending aorta because of the interposition of the trachea.

2. False Luminal Dilatation.

Surgery for type A aortic dissection is

usually limited to the ascending aorta. Distal to the ascending aortic

Table 32

Potential postoperative complications of aortic

surgery

1. Anastomotic leakage, disruption, dehiscence

2. Pseudoaneurysm (at proximal, distal, or coronary anastomotic

site)

3. Progressive AR

4. Involvement of aortic branches

5. Perigraft infection

6. Compression of graft by hematoma (inclusion technique)

7. Aneurysmal dilatation of false lumen (status post dissection

repair)

8. Compression or collapse of true lumen (by expanding false

lumen)

9. Frank rupture

10. Anastomotic stenosis

11. Development of recurrent dissection or aneurysm proximal to a

graft in patients in whom a supracoronary procedure has been

performed.

12. Aortoesophageal or aortopulmonary fistula

13. Graft herniation into thoracotomy defect

170 Goldstein et al

Journal of the American Society of Echocardiography

February 2015

graft, a dissection flap and a false lumen with demonstrable blood

flow are present in approximately 80% of patients.

40

Strictly

speaking, this is not a complication, but there is a potential for false

luminal expansion. Typically, the median diameter of the aortic

arch, descending thoracic aorta, and abdominal aorta are all mildly

enlarged after type A aortic dissection repair.

416

Although expansion

rates are low, progressive dilatation of the patent false lumen, facili-

tated by the poor condition of the weakened and thinned wall, often

occurs. This may result in late aortic rupture or collapse of the true

lumen. In the minority of patients, the false lumen can become throm-

bosed. Although the influence of thrombosis of the false lumen on

long-term survival remains speculative, it may be associated with

improved survival.

3. Involvement of Aortic Branches.

Extension of a dissection

flap and/or IMH into an aortic branch may result in luminal narrow-

ing or total obstruction. In addition, dilatation of a patent false lumen

and associated collapse of the true lumen may also affect the branch

vessels. These complications may occur in the coronary arteries,

supra-aortic vessels, or visceral vessels.

4. Infection.

Early- or late-onset infection complicates prosthetic

aortic graft insertion in 0.5% to 5% of patients. CT is considered

the standard imaging method for aortic graft infection.

417

The role

of TEE for detection for graft infection has not been thoroughly inves-

tigated.

E. Recommendations for Serial Imaging Techniques and

Schedules

The imaging modality of choice for evaluating the postoperative aorta

has not been clearly determined. Both CT and MRI are reasonable

choices. These techniques provide precise and reproducible measure-

ments of the native aorta diameter at any level and have the advan-

tage compared with TEE of including the supra-aortic and visceral

vessels in a single examination and providing reproducible landmarks

for comparing images from serial studies.

We consider contrast-enhanced CT to be the optimal diagnostic

tool for follow-up of patients after surgery for aortic disease. MRI is

also valuable for serial follow-up because image resolution is compa-

rable with that of CT. In some patients, MRI may be preferred because

neither radiation nor contrast media are required. This is especially

true in young patients (e.g., those with Marfan syndrome) because

the radiation exposure from serial examinations may be considerable.

TTE, although a routine study for many cardiology patients, is

limited in its utility to follow patients after aortic surgery. TTE provides

an adequate assessment of the aortic valve, aortic root, and proximal

ascending aorta but is limited in its ability to image the remainder of

the thoracic aorta.

TEE has some advantages over CT and MRI. It is portable, pro-

vides excellent images of the aortic root, can precisely assess the

morphology and function of the aortic valve, and provides informa-

tion on left ventricular function. However, it may not be able to

image the distal ascending aorta (which may be the site of the aortic

graft’s distal anastomosis), the proximal aortic arch, the proximal

aortic arch vessels, and the distal abdominal aorta. Moreover, it

cannot assess the relationship of aortic pseudoaneurysms to adja-

cent anatomic structures such as the lung or mediastinum. Last,

TEE is semi-invasive, which is a drawback for serial, repeated exam-

inations.

The plan for follow-up surveillance imaging should not be left to

other practitioners alone. Primary responsibility lie with the aortic

specialist (cardiac surgeon, cardiologist, or vascular surgeon) over-

seeing the evaluation and management of the patient. Ideally, there

should be a computer database into which the relevant clinical, surgi-

cal, and imaging details of every patient with thoracic aortic disease

are entered. The surveillance imaging modality and the frequency

of follow-up should be decided on the basis of the individual patient’s

clinical history, prior intervention, and rate of progression of the dis-

ease, outlined in

Table 5

. In general, patients with small aortas or

mild disease can be followed at less frequent intervals than are those

with larger aortas. Although it is reasonable to permit surveillance im-

aging examinations to be performed at sites close to the patient’s

home, ideally the images should be reviewed and the patient fol-

lowed by a provider or center with expertise and experience in the

management of thoracic aortic disease.

X. SUMMARY

In conclusion, the considerable advances in diagnostic imaging tech-

niques have greatly increased our understanding of thoracic aortic dis-

eases. The availability, cost/benefit ratio, and additive value of each

technique determine its indications. TTE continues to be the tech-

nique most used in clinical practice for aortic root assessment. CT

has the advantage of its high-resolution assessment of the entire aorta

and excellent accuracy on size measurements. MRI offers the greatest

morphologic and dynamic information of the aorta without radiation,

although in clinical practice it is less commonly available.

New advances such as time-resolved 3D phase-contrast velocity

(four-dimensional flow) on MRI, electrocardiographically gated

MDCT, and the use of contrast in echocardiographic studies, will

permit further improvement in the definition of biomechanical prop-

erties of the diseased aorta wall, which can be expected to influence

the prognostication and management of patients with aortic diseases.

NOTICE AND DISCLAIMER

This report is made available by ASE and the European Association of

Cardiovascular Imaging (EACVI) as a courtesy reference source for

members. This report contains recommendations only and should

not be used as the sole basis to make medical practice decisions or

for disciplinary action against any employee. The statements and rec-

ommendations contained in this report are based primarily on the

opinions of experts, rather than on scientifically verified data. The

ASE and EACVI make no express or implied warranties regarding

the completeness or accuracy of the information in this report,

including the warranty of merchantability or fitness for a particular pur-

pose. In no event shall the ASE and EACVI be liable to you, your pa-

tients, or any other third parties for any decision made or action

taken by you or such other parties in reliance on this information.