· 述评·

    作者单位:250012 济南,山东大学齐鲁医院心内科

    三维超声心动图:从静态、动态到实时

    张运

    Three2dimensional echocardiography: from static , dynamic to live

    ZHANG Yun. Department of Cardiology , Qilu Hospital , Shandong Univer sity , Jinan 250012 , China

    超声心动图学自诞生以来 ,已经历了一维、二维、三维显像技术的重要发展阶段。1954 年瑞典学者

    Elder首次应用超声波成功地记录到室壁和瓣膜的运

    动曲线 ,标志着M型超声心动图的诞生。1971 年荷兰

    学者Bom首次应用自行研制的线性相控阵仪器成功

    地记录到心脏切面观的动态图像 ,标志着二维超声心

    动图的诞生。20 多年来 ,随着声学材料、探头技术和

    微电子学的迅速发展 ,二维超声心动图的空间和时间

    分辨力不断提高 ,目前已成为心血管病超声诊断的常

    规和基本技术。

    虽然心脏的二维显像与一维显像相比具有突出的

    优势,但仍有其限制性: ①心脏是一个具有复杂三维形

    态的动态器官,在二维超声检查过程中,运动的心脏结

    构进出于固定的超声切面中,为了获得心脏结构的完整

    印象,操作者必须从多切面图像中推想其三维形态,因

    而具有一定的盲目性; ②二维超声所显示的心脏切面为

    临床医师所陌生,初学者需要较长的学习过程和操作训

    练; ③二维超声检查高度依赖操作者的手法,诊断结果

    的操作者间变异较大; ④心脏的大部分表面被骨性胸廓

    和肺所包绕, 操作者仅能通过有限的声窗获得少数的

    切面, 某些具有重要诊断意义的切面(如平行于房间隔

    或室间隔的切面)无法获得; ⑤在复杂心脏畸形的患者,二维超声检查耗时费力,诊断困难; ⑥大多数二维超声

    心动图定量诊断方法和公式均基于心脏结构或病变的

    几何形态假设,具体应用时常有较大的误差。

    为了克服这些限制性, 国外学者从20世纪70年代

    中期就已致力于三维超声心动图的方法学研究。1974

    年,Dekker等[1]

    首先报道使用与机械臂相连的经胸探头

    进行心脏三维图像重建的研究,标志着静态三维超声心

    动图学的诞生。我国学者在这一领域的研究起始于

    1987年,李英杰等[2]

    应用经胸超声探头的心尖转动法采

    集二维图像,以网络法显示左室的三维框架。1993 年,王新房等[3]

    应用双平面经食管超声和表面显示法进行

    了心脏的静态三维重建。然而,静态三维超声技术具有

    采集切面较少、图像立体感差、无法显示心脏的内部结

    构和收缩运动、定量诊断准确性低等缺点。1993 年,美

    国 Pandian和荷兰 Roelandt 2个小组首先报道了应用多

    平面经食管超声和容量显示法进行心脏动态三维重建

    的研究,标志着动态三维超声心动图学的诞生[4]。1994

    年我们与北京科力公司合作自行研制了我国第 1 台多

    平面经食管动态三维超声心动图软件系统并进行了系

    列定量研究[5]

    ,1995年沈学东和王新房等[6]

    首先引进了

    TomTec 公司的动态三维超声心动图软件系统,这些研究

    克服了静态三维超声技术的缺点,可进行心脏内部结构

    的动态观察,显著增加了定量诊断的准确性。然而,动

    态三维超声技术的图像采集和处理耗时费力,图像质量

    受到心律失常和呼吸幅度的影响,图像分辨率较低,临

    床应用仍然受到较大的限制。

    为了使三维超声尽快进入临床常规应用 ,实时三

    维超声心动图的研究已势在必行。20 世纪 90 年代

    末 ,美国杜克大学研制了实时容量三维超声心动图

    (real2time volumetric echocardiography)系统 ,可实时显示

    心脏的三维结构和 X、 Y、 Z轴的任一切面 ,但由于探头

    阵元数目较少 ,图像分辨率甚低 ,不能满足临床的需

    要 ,故未获得广泛应用[7 ]。晚近飞利浦公司首次推出

    高分辨率的实时三维超声心动图系统 ,该系统采用超

    矩阵(x2matrix)探头、高通量的数据处理系统(x2stream)

    和三维空间定位系统(navigator)等 3 种先进技术 ,探头

    晶片由 3 000 多个阵元组成 ,以矩阵排列 ,探头在沿晶

    片矩阵X轴同步发射多条声束构成1帧二维图像的同

    时 ,可沿矩阵 Y轴依次发射声束构成若干帧二维图

    像 ,从而形成立体发射和立体接收的三维声束。探头

    接收声束内的所有反射回声后以体元显示法显示心脏

    的2种三维图像 ,一种是真正的实时三维图像 ,显示为

    宽呈 60°扇角和厚呈 15°扇角的“蛋糕块”(piece of

    cake) ,另一种是快速重建的全容量三维图像 ,由 4 个

    触发心动周期的4个“蛋糕块”组合为较大的“金字塔”

    (pyramid)形三维图像。获取三维图像后 ,应用仪器的

    切割功能可从 X、 Y、 Z 3 个方向任意切割 ,从而可动态

    观察3个正交方向上任一切面观内的心脏结构。由于

    实时三维超声心动图是一崭新的技术 ,国际文献中鲜

    · 96 · 中华超声影像学杂志2003年2月第12卷第2期 Chin J Ultrasonogr , February 2003 , Vol 12 , No. 2

    ? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.有报道。为了加快这一新兴技术在我国的研究和推

    广 ,本期重点报道了国内最早应用实时三维超声心动

    图作者们的最新研究成果。王新房对实时三维超声心

    动图的原理作了初步探讨 ,介绍了此项技术发展中的

    ‘瓶颈’及其应对措施 ,比较了宽角“金字塔”、窄角“瓜

    瓣样” (或称“蛋糕块” ) 2 种显示形式各自的优缺点 ,并

    分析了实时三维超声的潜力 ,展望了临床应用前景。

    张运等的论文介绍了应用实时三维超声心动图新技术

    探测、切割和显示正常成人心血管结构的方法学和初

    步体会 ,发现与传统的二维超声技术相比 ,实时三维超

    声技术具有即刻显示心脏局部“蛋糕块”图像内任一结

    构的三向正交切面和空间毗邻关系的优点 ,而全容量

    三维超声技术则具有迅速显示心脏整体“金字塔”图

    像内任一结构的三向正交切面和空间毗邻关系的优

    点。谢明星等介绍了在较大系列的临床患者中应用实

    时三维超声技术的体会 ,认为这一技术在显示房室瓣、人工瓣、房室间隔缺损修补术后补片、复杂先心病的空

    间结构等方面具有明显的优势。张梅等在一组先天性

    和瓣膜性心脏病的患者中对比了常规二维和实时三维

    超声心动图的定性和定量诊断价值 ,发现与手术诊断

    相比 ,实时三维超声技术的完全定性诊断准确率和测

    量房间隔、室间隔缺损直径的准确率均高于二维超声

    技术。王静、黄润青二作者分别探讨了实时三维超声

    心动图测量右心室容积和左心室容积的方法学及其在

    收缩功能检测中的应用 ,初步结果显示此法在临床上

    有较大的实用价值。张薇等在体外实验中检验了实时

    三维超声测量室间隔缺损直径和面积的可靠性,发现与

    解剖测值相比有高度相关。费洪文综述了实时三维超

    声心动图早期技术的临床应用情况,介绍了近年来这一

    领域内的一些进展 ......