三维超声成像系统的原理及应用

三维超声成像系统的研究始于20世纪70年代，由于成像过程慢，使用复杂限制了其在临床上的使用。最近随着计算机技术的飞速发展，三维超声成像系统取得长足进步，已经进入临床应用阶段。

三维超声成像系统的基本原理

三维超声成像系统分为静态三维成像和动态三维成像，动态三维成像由于参考时间因素，用整体显像法重建感兴趣区域准实时活动的三维图像，则又称之为四维超声心动图。静态与动态三维超声成像重建的原理基本相同。

1、立体几何构成法

该超声成像系统将人体脏器假设为多个不同形态的几何体组合，需要大量的几何原型，因而对于描述人体复杂结构的三维形态并不完全适合，现已很少应用。

2、表面轮廓提取法

是将三维超声空间中一系列坐标点相互连接，形成若干简单直线来描述脏器的轮廓的超声成像系统，曾用于心脏表面的三维重建。

该超声成像系统所需计算机内存少，运动速度较快。缺点是:①需人工对脏器的组织结构勾边，既费时又受操作者主观因素的影响;②只能重建比较大的心脏结构(如左、右心腔)，不能对心瓣膜和腱索等细小结构进行三维重建;③不具灰阶特征，难以显示解剖细节，故未被临床采用。

3、体元模型法

是目前最为理想的动态三维超声成像系统，可对结构的所有组织信息进行重建。在体元模型法中，三维物体被划分成依次排列的小立方体，一个小立方体就是一个体元。任一体元(v)可用中心坐标(x，y，z)确定，这里x，y，z分别被假定为区间中的整数。

二维图像中最小单元为像素，三维图像中则为体素或体元，体元素可以认为是像素在三维空间的延伸。与平面概念不同，体元素空间模型表示的是容积概念，与每个体元相对应的数V(v)叫做“体元值”或“体元容积”，一定数目的体元按相应的空间位置排列即可构成三维立体图像。该超声成像系统描述一个复杂的人体结构所需体元数目很大，而体元数目的多少(即体元素空间分辨率)决定模型的复杂程度。

三维超声成像系统的操作方法

1、自动容积扫查:

三维超声成像系统以三维容积探头进行扫查，获取三维数据。三维数据是通过超声探头扫查平面的移动而获取的大量连续二维断面图。现有的三维探头都配有内置的凸阵或扇形探头，探头内电磁感应器可以感应出每一断层的相对位置和方向。每一断面的二维图像信息连同其空间方位信息都被数字化后输入电脑。实时二维扫查是基础，根据感兴趣区域的空间范围，任意调节断面的角度、扫查深度和扫查角度，确定三维容积箱的位置和大小后进行扫查。在扫查时可以根据感兴趣区的回声和运动特征调整扫查速度。

三维超声成像系统对运动的目标可选用快速扫查，但获得的图像空间分辨力低;低速扫查图像分辨力最高，但易受运动影响;正常速度扫查的空间分辨力介于两者之间。

2、三维数据库的建立:

三维超声成像系统探头扫查获得的数据是由许许多多的断面组成的合成数据，作为三维数据库输入电脑，可以通过滤过干扰信息改善数据的质量。三维数据库包含一系列的体积像素，每一体积像素既是灰度值也是亮度值。

3、三维图像重建:

三维超声成像系统应用三维数据库可以重建出各种图像，包括三维切面重建和立体三维的观察。

(1)切面重建:

三维超声成像系统成像简单，通过旋转三维数据库可以选定任意一个平面的二维图像，进行多平面图像分析。尽管得到的是断面图，有时对诊断却非常有用，因为许多平面(例如子宫的冠状面)是二维超声难以观察到的。可以选择各种切面显示的方式:三个正交平面显示、图像的自由旋转、图像的移动和壁龛立体定位显示模式。

(2)容积成像:

容积成像方法有表面成像模式和透明成像模式。前者显示的是周围被液体包绕的结构图像，例如胎儿体表结构的表面成像;后者显示的是最大(如骨骼)或最小(如单纯囊肿)的回声结构的内部图像。三维超声成像系统成像模式有:表面成像模式、透明成像模式、彩色模式。

三维超声成像系统与CT、MR相比，三维超声成像系统具有独特的优点:①采样时间短，病人一次屏气期间即可完成，避免脏器移动导致的误差;②无须静脉注射造影剂可显示血管结构，无电离辐射及创口;③经济方便，减少了对操作者技术水平的依赖，增强了可重复性。

三维超声成像系统的应用

1、三维超声在空腔脏器中的应用

①胃、肠道疾病

受检者适量饮水或灌肠后可建立良好的透声窗。清楚显示胃肠道隆起性病变与溃疡的大小、深度、边缘形态，观察恶性肿瘤的浸润深度、范围及与邻近组织、血管的立体位置关系，进行术前TNM分期，对协助临床制定相应的治疗方案，具有重要意义。三维超声成像系统对溃疡出血和胃底静脉曲张的诊断，也可提供较大的帮助。

②膀胱疾病

膀胱充盈后可形成极佳的透声窗，三维超声与二维超声一样清晰显示病变的形态、大小、数目、内部回声，同时三维超声成像系统还能显示病变的整体、表面形态及肿瘤对膀胱壁的浸润情况，从而提高了其诊断的准确性，并有助于肿瘤术前方案的抉择。对慢性膀胱炎症、憩室、结石、凝血块等膀胱疾病的诊断，也显示出优越性。

2、在实质性脏器中的应用

三维超声成像系统在临床上有广泛的应用前景，可用于精确测量和定位在产科临床上，可用于鉴别早期胎儿是否存在畸形以及检查各个孕期胎儿的生长发育情况;在心血管疾病诊断中，可用于多种心脏疾病以及血管内疾病的检查。

随着实时三维超声成像系统研究成功，三维超声有望在心脏疾病检查中发挥更大的作用。尽管如此，由于价格和技术上的原因，目前三维超声成像系统尚未达到临床广泛应用的水平，也还有不少值得研究的问题。

3、在妇科的应用

三维超声对子宫实质性肿瘤的断，有一定辅助作用。对卵巢和输卵管病变(特别囊性变)，可清晰显示其立体外形轮廓、内部结构、有无分隔与性突起、液体浑浊度等。对盆壁转移性病灶合并腹水的人，三维较二维超声的诊断价值更大。

三维超声成像系统诊断附件区恶性肿瘤时，其敏感性由二维超声的80%增87%。此外，三维超声于术前可清晰显示恶性肿瘤浸及围脏器的情况，评价肿瘤与子宫、盆壁及髂血管的关系，为中能否切除肿瘤提供有价值的资料。与此同时，三维超声成像系统可以显示肿瘤内血管空间结构，并计算单位体积内的瘤血管密度，为肿瘤的定性诊断增加新的参考指标。

4、在心血管系统的应用

心脏为具有复杂三维形态的动态器官，三维超声心动图能够提供心脏的三维立体结构，直观显示心脏内部结构的解剖形态、空间关系、立体方位及血流变化等，为各种瓣膜疾病、心肌疾病和先天性心脏复杂畸形的诊断与治疗提供帮助。

三维超声成像系统能实时总体评估一个心动周期心脏的解剖、功能及活动状况，测定心腔容量，估测心室重量及各项心功能指标，分析室壁节段运动等，在冠心病、先天性心脏畸形等心血管疾病的定性和定量诊断方面发挥重要作用。

2018-11-24 14:17:42 1277次 http://www.yiqi.com/daogou/detail_1669.html 热门标签：
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