三維超聲在臨床中的應用研究進展

石俊華

[摘要] 目前三維超聲成像是超聲診斷的新技術之一，目前已成為超聲醫學成像領域研究的一個熱點。三維超聲成像比二維超聲成像可了解更多的信息，圖像直觀，可以對檢測的組織器官參數進行精確測量，提高診斷準確性，還可以從多個角度觀察檢測目標，能夠模擬手術。已證明其在心臟疾病、胎兒畸形等方面有非常重要的臨床應用價值。本文就三維超聲成像進行綜合闡述。

[關鍵詞] 三維超聲；診斷；進展

[中圖分類號] R445.1[文獻標識碼] A[文章編號] 1673-9701（2012）19-0026-03

超聲醫學已經在疾病預防、診斷、治療和普查中得到了廣泛應用，隨著人們健康需求的提高，其應用廣度和深度都在不斷擴大。傳統的二維超聲成像系統所提供的是人體某一部位的眾多斷面的二維圖像，具有一定的局限性[1]。隨著計算機、信息技術、電子技術、新型壓電材料等高新科學技術的迅猛發展及臨床醫療需求不斷增加，三維超聲成像等醫學超聲成像新技術便應運而生。三維超聲成像的優勢在于具有空間關系明確、直觀、立體感強的特點，此外尚能顯示二維超聲無法看到的病變的整體形態，提供了比二維超聲更豐富的診斷信息[2]，彌補了二維超聲檢查的不足，提高了診斷的準確率。

1 三維超聲成像概念、發展歷程與成像原理、成像過程

三維超聲成像[3]即通稱的立體圖像，二維成像是二度空間成像，三維是三度空間成像，可見真實再現人體解剖結構。三維超聲成像經歷了從靜態三維—動態三維—實時三維的發展歷程。三維超聲成像系統的基本原理是將連續采集到的動態二維切面圖像經過計算機的一系列處理，并按照一定順序排列重新組成組織器官的三維圖像。三維成像過程主要包括：原始圖像的采集與處理；三維圖像的重建與顯示；三維圖像的分割與理解；圖像三維的顯示。原始圖像的采集是三維成像的第一步，也是最關鍵的一步。

2 三維超聲成像技術的種類與顯示方法

三維超聲成像（3D）本質上只有兩大類[4]，即三維重建成像與實時三維成像。三維重建是靜態成像，也可以三維重建成像后，以高幀頻回放，顯示為動態三維圖像。實時三維成像是直接的三維成像，是超聲技術領域的新突破。實時三維成像不需要通過電腦軟件實現三維重建，是三維成像技術的方向。三維超聲成像的顯示方法分為：①表層顯示方法：只顯示器官的外殼（外形、表面輪廓），不能顯示其內部結構的復雜層次；②容積顯示方法：與表層顯示方法不同，可顯示被檢測器官的內部結構，此法比表層顯示方法更為實用。有的學者把三維超聲成像顯示方式分為表面成像、透明成像、結構成像[5]。理想的表面成像所呈現的視野被稱為“外科視野”，不僅可以顯示胎兒心臟的大體結構，也可以顯示卵圓孔瓣等較精細的結構[6]。

3 三維超聲成像的操作程序

首先是進行常規的二維超聲斷面圖像采集，以心臟超聲三維成像為例，探頭固定在胸壁后，以固定處為軸心，用手動或機械驅動，探頭順時針向旋轉180°，每2°～5°獲取一幀圖像，二維斷面圖采集傳輸至專用的三維成像儀，把所采集的二維斷面圖進行三維圖像重建。采集的二維斷面圖幀頻數越多，三維重建圖像的質量就越好。實時三維成像只需把探頭置于檢查區即可自動成像。

4 三維超聲成像在心臟疾病診斷中的應用

①了解心臟各結構的形態、輪廓、位置、解剖徑線大小、立體方位、走向、活動狀態以及各結構的連接關系等。②檢查瓣膜病變性質，尤其是對瓣膜穿孔、瓣膜裂、瓣膜脫垂、腱索斷裂、瓣膜口狹窄及關閉不全的瓣膜及瓣膜口的解剖學細節等，三維超聲的觀察更清晰、詳細、準確。③檢查間隔缺損，可以準確顯示房間隔和室間隔缺損的形狀、輪廓、位置、大小及根據其位置判斷其解剖分型。④檢查心腔內腫瘤、心耳血栓，觀察這些腫物的形狀、輪廓、位置、大小、體積、活動情況等。研究顯示，三維超聲檢查無論在腫塊大小、位置和起因方面較二維超聲檢查更精確[7]。⑤檢查室壁活動，對節段性室壁活動異常可以更準確定性和定位。⑥心功能測量，可以測量心室容積，計算每搏量、心輸出量、射血分數、室壁后徑等，因是立體圖像的測量，比二維圖像的準確性更高。三維超聲成像技術可從心尖觀察整個右室，直接計算右心室容量及搏出量，因此被認為是測量右室容積、評價右室功能的理想方法[8]。⑦模擬外科手術的手術方式，在三維圖像上演示手術應如何進行。

由于動態三維超聲心動圖能顯示心血管結構的立體解剖信息及其在不同心動時相中的活動狀況，能剖切出常規二維超聲受聲窗限制所無法掃描出的切面，能顯示出各結構與病變的毗鄰位置與空間關系，對于病變的定性與定量診斷具有重要價值[6]，故可對心臟各結構在生理和病理狀態下的形態改變作出客觀、細致、全面的評估。三維經食道超聲心動圖是目前為止最先進的心臟超聲檢查技術[9]，在許多情況下能彌補經胸超聲的不足，提供更多更確切的診斷依據。

5 三維超聲成像在胎兒體表畸形和先天性心臟病診斷及婦科疾病診斷中的應用

胎兒體表結構的異常往往是一些復雜的畸形或染色體異常的形態學表現，可間接提示一些復雜畸形或染色體異常的存在[10]。目前三維超聲成像主要用于胎兒顏面部、脊柱、四肢等部位的研究[11]。清晰的頭面部圖像將對胎兒顏面部畸形的產前診斷起到至關重要的作用。由于胎兒顏面部結構的復雜及顏面部的曲線特征，傳統的二維超聲常常難以獲得完整的顏面部整體圖像，三維超聲成像技術的應用使這一難題得到了解決，將胎兒顏面部三維圖像旋轉使胎兒面部正面向前。檢查者尤如直接觀察胎兒顏面部一樣。實時動態三維超聲在胎兒顏面部及肢體畸形方面具有較高的檢出率，接近100%[12]，其動態三維圖像提供的畸形部位、形態改變的準確性直觀性強。先天性心臟病是嬰幼兒死亡的最常見原因，其發病率在胎兒期高達4%～10%[13]。有資料表明動態三維超聲比常規二維超聲檢查更容易對胎兒復雜性先心病進行診斷[14，15]。

常規的二維超聲因其圖像的直觀性差，缺乏立體感，在某些疾病的鑒別診斷中有一定的局限性[16]。三維超聲成像因其冠狀切面的優勢在婦科疾病的診斷上被稱為超聲CT[17]。有報道三維超聲成像應用于診斷先天性子宮畸形的正確率為100%，可與子宮輸卵管X線造影相媲美。測量子宮內膜的容積，對子宮內膜的判斷，以子宮內膜容積＞13 mL作為診斷子宮內膜癌的標準，其敏感性可達100%，特異性可達98.8%。

6 三維超聲成像的優越性

三維超聲作為一項新型的顯像技術，可以增進醫生對病變部位解剖結構的了解，在某些方面較二維超聲優越。首先三維超聲成像圖像顯示直觀，可以同時獲得冠狀切面、矢狀切面和橫斷面圖像的信息以及表面結構信息，在產科領域尤有價值，對胎兒表面結構的三維成像可更直觀地將胎兒各結構展現在人們面前，也易于為家屬所理解；其次為醫學診斷參數如心室容積、胎兒體重、腫瘤體積等的精確測量提供條件；三維成像便于指導介入性操作，確定探針和導管的準確位置；此外超聲數據易于存檔，便于醫學教學以及網上會診。

動態三維超聲心動圖檢查時，結合圖像的切割與旋轉，可見直觀地從不同窗口、不同方位了解心臟各結構的位置走向、空間關系、立體方位與活動狀態，有助于檢查者對整體心臟結構的認識與理解，尤其有助于對各種先天性心臟病復雜畸形的診斷與鑒別，在顯示復雜心臟病中有較大優勢[18]。

7 三維超聲成像的局限性

①三維超聲成像是在二維超聲斷面圖基礎上用計算機行三維圖像重建，二維圖像是否清晰決定了三維重建成像的質量。②三維超聲成像的圖像質量受影響因素比二維超聲斷面圖多，三維成像因需要行扇形或旋轉掃查，骨骼、肺及其他含氣臟器等因素對三維成像的干擾比二維成像明顯。③三維超聲成像的操作比較復雜、耗時多，需另增加價格昂貴的專用設備，因此目前尚不能作為常規檢查技術應用，可作為二維超聲的有益補充。④胎兒顏面部三維圖像表面成像成功與否，依賴于胎兒顏面部周圍有無羊水襯托。如果胎兒顏面部周圍無羊水襯托，胎兒顏面部就很難進行三維顯示。另外胎位不當、胎動頻繁、胎兒顏面部過于貼近胎盤或子宮壁、胎兒肢體緊貼顏面部、妊娠36周以上胎兒較大而羊水相對較少等因素均會對三維成像質量造成影響，很難獲得清晰的表面三維圖像。

8 三維超聲成像存在的問題

當前三維超聲成像面臨的主要問題是成像幀率低和分辨率差。實時三維成像處理的關鍵技術是高速數據采集和超大數據量的高速運算能力。用于三維成像的超聲傳感器也稱容積探頭，它主要有兩種[19]：機械掃描方式傳感器，2D超聲傳感器。容積探頭是解決高速數據采集的重要途徑。要達到實時顯示三維超聲圖像的目的要求每秒鐘最少獲取28 800條掃描線的數據，這是實現實時三維成像最大的難題。動態三維超聲成像系統價格昂貴，并且三維超聲探頭易損壞，且維修困難、檢查操作時間長，這些問題制約著三維超聲在臨床的普及。

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（收稿日期：2012-02-02）