三维超声成像计测膀胱肿瘤重量的实验研究
作者：王连生 王新房 陈汉荣
单位：430022 武汉，同济医科大学附属协和医院超声科(王连生，现在ATL中国有限公司)
关键词：三维超声成像；膀胱；肿瘤
中华超声影像学杂志/980315 摘 要 为了探讨三维超声成像在定性及定量诊断上的准确性和实用价值， 对不同形状标本进行两维、 三维超声重建研究， 显示了不同标本的立体图像， 并与实物形态、 重量进行比较。 结果表明： 三维重建图像能直观、 逼真地显示各种不同形状标本的形态结构、 空间位置关系， 与实物基本一致。 形态不规则标本三维超声重量测定与实际重量无显著差异； 而形态不规则标本两维测定结果与实际值差异显著。 三维超声不仅较两维超声更形象、 直观地显示病灶整体形态结构、 空间位置关系， 而且在病灶定量分析中较两维超声更为精确。
关键词 三维超声成像 膀胱 肿瘤摘 要 为了探讨三维超声成像在定性及定量诊断上的准确性和实用价值， 对不同形状标本进行两维、 三维超声重建研究， 显示了不同标本的立体图像， 并与实物形态、 重量进行比较。 结果表明： 三维重建图像能直观、 逼真地显示各种不同形状标本的形态结构、 空间位置关系， 与实物基本一致。 形态不规则标本三维超声重量测定与实际重量无显著差异； 而形态不规则标本两维测定结果与实际值差异显著。 三维超声不仅较两维超声更形象、 直观地显示病灶整体形态结构、 空间位置关系， 而且在病灶定量分析中较两维超声更为精确。
, 百拇医药
Experimental Study of Three-dimensional Ultrasound Imaging in Estimating Mass of Bladder Wang Liansheng, Wang Xinfang, Chen Hanrong. Union Hospital, Tongji Medical University, Wuhan 430022
Abstract To determine practical value of three-dimensional ultrasound imaging (3DUSI),different shape specimens were studied by two-dimensional and 3DUSI. The mass of specimens was calculated by 3D extract technique. Measurement result were compared with actual specimens and 2D. The results showed that 3DUSI study give a clear stereoscopic view of the specimens, it could yield better views not only to show the configuration, morphology of specimens but also to facilitate understanding of spatial relationship from different plane. 3DUSI of specimens are in accordance with actual specimens. 3DUSI overcome the limitations of 2D method, it could help to define spatial location, relationship and extents of the organ and lesions, and it was superior to that of 2D in estimating mass of specimens.
, 百拇医药
Key words three-dimensional ultrasound imaging bladder tumour
两维超声能清晰地观察脏器的径线大小、 形态轮廓、内部结构， 但仅局限于显示脏器的断面图像。 对了解脏器的立体结构及容积测定仍有一定困难。 新近开展的三维超声技术在临床应用中取得了初步效果[1～7]。 本文采用两维、 三维超声成像技术对不同标本进行测定及计算重量研究， 旨在进一步探讨其实用价值。 现将结果报告如下。
资 料 与 方 法
一、 研究对象
形状规则及不规则膀胱肿瘤标本8份。
二、 仪器及检查方法
所用仪器有二： ①ATL公司Um-9彩色多普勒血流成像仪， 探头为环阵型机械扇扫， 频率分别为5.0 MHz、 3.0 MHz； ②TomTec 3D Echo-Scan计算机成像系统。 检查方法及重建步骤同前[2，3]。
, 百拇医药
膀胱肿瘤标本重量用国产分析天平(上海天平仪器厂制造)称重， 测量精度为0.001 g。
两维测量肿瘤容积： 应用面积—长度法进行计算肿瘤的容积， 每一模型均从不同切面分别勾画测量三次， 取其均值， 重量为容积与比重的乘积， 肿瘤的比重为1.03。
三维测量肿瘤容积： 对不同肿瘤进行三维重建计算重量研究时， 从总体数据库中选择感兴趣区域的图像， 确定图像的显示模式， 然后对肿瘤图像分别选择不同轴切面进行容积测定。 在选择好图像显示模式后， 调整图像的参考切面并确定图像的参考点。 在提取功能设置菜单中， 给予所测区域新的标记， 根据研究所要求的精度， 设置提取过程中每一切面的厚度为2.0 mm， 用轨迹球对每一切面进行勾边， 可从所测肿瘤的短轴或长轴方向开始， 勾画结束后启动执行功能键， 分析结果以两维或三维方式表达。 分别计算出肿瘤任意一个切面的面积及整个肿瘤的容积。 每一肿瘤均从不同切面分别勾画测量三次， 取其均值。
, 百拇医药
三、 统计学处理
本研究应用均值加减标准差， 两样本均数t检验处理。
结 果
本文检查不同形状物体8次， 建立23个锥体数据库， 重建三维图像77次， 三维重建图像符合率为88%。 每次均能清楚显示肿瘤的全貌及相互间的空间位置关系， 与实物完全相符。
8份膀胱肿瘤两维、 三维法测定计算结果与实际重量对比如附表， 三维超声计算结果和肿瘤实际重量相近， 两者间差别无统计学意义 (P值>0.05)。两维测定计算结果与肿瘤实际重量间差别显著(P值<0.05)。
附表 两维、三维超声法测定计算结果与
肿瘤实际重量比较 (单位：g) 编号
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两维超声
三维超声
实际重量
1
29.7
21.9
25.2
2
24.2
12.9
16.1
3
51.7
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36.8
34.2
4
43.7
26.4
27.3
5
37.6
18.3
16.7
6
89.5
65.9
, http://www.100md.com
69.6
7
79.6
61.3
58.5
8
198.5
151.4
157.1
±s
69.3±53.4**
49.4±42.7*
, 百拇医药
50.6±47.2
注 *P值>0.05; **P值<0.05
讨 论
一、 三维超声与两维超声的区别
两维超声仅能显示脏器的断面图， 对了解脏器的立体结构及空间关系仍有困难。 本文结果表明： 三维超声成像所建图像清晰， 立体感强， 能直观逼真地显示各种不同形状标本的形态结构、 位置关系， 与实物基本一致。 三维超声成像可从任一角度对脏器模拟剖切， 进行观察， 多方位判定脏器及病变的位置、 大小、 与相邻脏器的空间关系， 弥补两维超声的不足[1～4]。
二、 三维、 两维超声定量分析比较
脏器及病变的容积和重量是疾病诊断、 疗效判定必不可少的参数， 尤其在肿瘤化疗给药及放疗剂量上， 显得十分重要。 应用三维超声除可对脏器及病变复杂结构进行很好的观察， 还可对其重量进行准确测定。 本文重量测量结果表明， 无论肿瘤规则与否， 三维超声测定结果与肿瘤实际重量十分相近， 而两维超声所测重量与实际重量差异明显。 两维超声测定容积时， 需要对脏器及肿物作几何学假设如圆锥形、 圆柱形等， 然后应用经验分析公式估测脏器容积。 此法难以对脏器的容积做出精确的评估。三维超声运用独特的方法计算脏器容积及肿物重量， 不需对脏器或病灶形状进行几何假设， 可以从任意方位对脏器及病灶进行等距离的平行切割， 并对所选的切面进行勾画和标记。 通过参考切面可随时对勾画轨迹进行修正， 直至勾画的形状与实际病灶一致。 根据病灶大小来选择相邻切面的间距， 间距越小则计测的容积越精确。
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三、 图像采集、 重建时的技术要求
1. 图像采集： 为保证所取各帧图像具有良好的清晰度和中心重合性， 取样时探头应始终置于能清晰显示病变的部位， 尽量避免呼吸、 体位移动而造成的影响[1～3]。 根据所要观察的脏器部位、 感兴趣区的范围来选择图像采集的方式。 对于小的病灶取样时， 应用旋转扫描法更方便实用些， 后处理时所需的计算机容量少， 处理时间短。 对于大的病灶取样时， 应用自由臂扫描将给操作者提供较大的灵活性。
2. 图像重建： 根据重建部位和观察结构， 对重建时的阈值、 透明度进行适当的选择， 以确保获得良好的三维图像。 三维重建观察时采用提取功能如重建感兴趣区、 图像锐化、 钝化、 反转、 镜向、 低通、 高通等许多颇具特点的局部图像处理方法， 可获得较细腻的三维重建图像。 总体显示时综合使用距离、 阶差、 纹理编码技术能增强图像的立体感， 较单独采用任何一种编码技术效果好[2]。
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四、 三维超声有待改进之处
本研究结果表明， 三维超声具有广泛的应用前景。 但仍有其不足之处， 三维重建时， 需要脏器周围有良好的透声区， 才能使所观察的病变得以清晰显示。 三维超声重建图像的优劣， 取决于两维图象的质量[4～6]。 原始资料处理较慢， 分析时间较长， 如能缩短图像的处理和重建时间， 将会使三维图像显示方式更灵便、 实用。
参 考 文 献
1王新房. 静态三维和动态三维超声成像临床应用展望. 中国超声医学杂志， 1995，11(4)∶260.
2王连生， 王新房， 李治安， 等. 三维超声成像在膀胱肿瘤检查中的应用. 中华泌尿外科杂志， 1997，18(7)∶394.
3王连生， 王新房， 李治安， 等. 复杂先心病的动态三维超声心动图初步研究. 中华超声影像学杂志， 1997，6(3)∶156.
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4Hamper UM, Traspanotto V, Sheila RT, et al. Three-dimensional US: preliminary clinical experience. Radilogy, 1994，191∶397.
5Rankin RN, Fenster A, Downey D, et al. Three-dimensional sonographic reconstruction: techniques and diagnostic applications. AJR, 1993，161∶695.
6Riccabona M, Nelson TR, Pretorius DH, et al. Distance and volume measurment using three-dimensional ultrasonography. J Ultrasound Med, 1995，14∶881.
7Detmer PR, Bashein G, Hodges T, et al. 3D ultrasonic image feature location based on magentic scanhead tracking: in vitro cllibration and validation. Ultrasound in Med & Biol, 1994，20(9)∶923.
(收稿 1997-06-24 修回 1998-01-13), 百拇医药
单位：430022 武汉，同济医科大学附属协和医院超声科(王连生，现在ATL中国有限公司)
关键词：三维超声成像；膀胱；肿瘤
中华超声影像学杂志/980315 摘 要 为了探讨三维超声成像在定性及定量诊断上的准确性和实用价值， 对不同形状标本进行两维、 三维超声重建研究， 显示了不同标本的立体图像， 并与实物形态、 重量进行比较。 结果表明： 三维重建图像能直观、 逼真地显示各种不同形状标本的形态结构、 空间位置关系， 与实物基本一致。 形态不规则标本三维超声重量测定与实际重量无显著差异； 而形态不规则标本两维测定结果与实际值差异显著。 三维超声不仅较两维超声更形象、 直观地显示病灶整体形态结构、 空间位置关系， 而且在病灶定量分析中较两维超声更为精确。
关键词 三维超声成像 膀胱 肿瘤摘 要 为了探讨三维超声成像在定性及定量诊断上的准确性和实用价值， 对不同形状标本进行两维、 三维超声重建研究， 显示了不同标本的立体图像， 并与实物形态、 重量进行比较。 结果表明： 三维重建图像能直观、 逼真地显示各种不同形状标本的形态结构、 空间位置关系， 与实物基本一致。 形态不规则标本三维超声重量测定与实际重量无显著差异； 而形态不规则标本两维测定结果与实际值差异显著。 三维超声不仅较两维超声更形象、 直观地显示病灶整体形态结构、 空间位置关系， 而且在病灶定量分析中较两维超声更为精确。
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Experimental Study of Three-dimensional Ultrasound Imaging in Estimating Mass of Bladder Wang Liansheng, Wang Xinfang, Chen Hanrong. Union Hospital, Tongji Medical University, Wuhan 430022
Abstract To determine practical value of three-dimensional ultrasound imaging (3DUSI),different shape specimens were studied by two-dimensional and 3DUSI. The mass of specimens was calculated by 3D extract technique. Measurement result were compared with actual specimens and 2D. The results showed that 3DUSI study give a clear stereoscopic view of the specimens, it could yield better views not only to show the configuration, morphology of specimens but also to facilitate understanding of spatial relationship from different plane. 3DUSI of specimens are in accordance with actual specimens. 3DUSI overcome the limitations of 2D method, it could help to define spatial location, relationship and extents of the organ and lesions, and it was superior to that of 2D in estimating mass of specimens.
, 百拇医药
Key words three-dimensional ultrasound imaging bladder tumour
两维超声能清晰地观察脏器的径线大小、 形态轮廓、内部结构， 但仅局限于显示脏器的断面图像。 对了解脏器的立体结构及容积测定仍有一定困难。 新近开展的三维超声技术在临床应用中取得了初步效果[1～7]。 本文采用两维、 三维超声成像技术对不同标本进行测定及计算重量研究， 旨在进一步探讨其实用价值。 现将结果报告如下。
资 料 与 方 法
一、 研究对象
形状规则及不规则膀胱肿瘤标本8份。
二、 仪器及检查方法
所用仪器有二： ①ATL公司Um-9彩色多普勒血流成像仪， 探头为环阵型机械扇扫， 频率分别为5.0 MHz、 3.0 MHz； ②TomTec 3D Echo-Scan计算机成像系统。 检查方法及重建步骤同前[2，3]。
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膀胱肿瘤标本重量用国产分析天平(上海天平仪器厂制造)称重， 测量精度为0.001 g。
两维测量肿瘤容积： 应用面积—长度法进行计算肿瘤的容积， 每一模型均从不同切面分别勾画测量三次， 取其均值， 重量为容积与比重的乘积， 肿瘤的比重为1.03。
三维测量肿瘤容积： 对不同肿瘤进行三维重建计算重量研究时， 从总体数据库中选择感兴趣区域的图像， 确定图像的显示模式， 然后对肿瘤图像分别选择不同轴切面进行容积测定。 在选择好图像显示模式后， 调整图像的参考切面并确定图像的参考点。 在提取功能设置菜单中， 给予所测区域新的标记， 根据研究所要求的精度， 设置提取过程中每一切面的厚度为2.0 mm， 用轨迹球对每一切面进行勾边， 可从所测肿瘤的短轴或长轴方向开始， 勾画结束后启动执行功能键， 分析结果以两维或三维方式表达。 分别计算出肿瘤任意一个切面的面积及整个肿瘤的容积。 每一肿瘤均从不同切面分别勾画测量三次， 取其均值。
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三、 统计学处理
本研究应用均值加减标准差， 两样本均数t检验处理。
结 果
本文检查不同形状物体8次， 建立23个锥体数据库， 重建三维图像77次， 三维重建图像符合率为88%。 每次均能清楚显示肿瘤的全貌及相互间的空间位置关系， 与实物完全相符。
8份膀胱肿瘤两维、 三维法测定计算结果与实际重量对比如附表， 三维超声计算结果和肿瘤实际重量相近， 两者间差别无统计学意义 (P值>0.05)。两维测定计算结果与肿瘤实际重量间差别显著(P值<0.05)。
附表 两维、三维超声法测定计算结果与
肿瘤实际重量比较 (单位：g) 编号
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两维超声
三维超声
实际重量
1
29.7
21.9
25.2
2
24.2
12.9
16.1
3
51.7
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36.8
34.2
4
43.7
26.4
27.3
5
37.6
18.3
16.7
6
89.5
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69.6
7
79.6
61.3
58.5
8
198.5
151.4
157.1
±s
69.3±53.4**
49.4±42.7*
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50.6±47.2
注 *P值>0.05; **P值<0.05
讨 论
一、 三维超声与两维超声的区别
两维超声仅能显示脏器的断面图， 对了解脏器的立体结构及空间关系仍有困难。 本文结果表明： 三维超声成像所建图像清晰， 立体感强， 能直观逼真地显示各种不同形状标本的形态结构、 位置关系， 与实物基本一致。 三维超声成像可从任一角度对脏器模拟剖切， 进行观察， 多方位判定脏器及病变的位置、 大小、 与相邻脏器的空间关系， 弥补两维超声的不足[1～4]。
二、 三维、 两维超声定量分析比较
脏器及病变的容积和重量是疾病诊断、 疗效判定必不可少的参数， 尤其在肿瘤化疗给药及放疗剂量上， 显得十分重要。 应用三维超声除可对脏器及病变复杂结构进行很好的观察， 还可对其重量进行准确测定。 本文重量测量结果表明， 无论肿瘤规则与否， 三维超声测定结果与肿瘤实际重量十分相近， 而两维超声所测重量与实际重量差异明显。 两维超声测定容积时， 需要对脏器及肿物作几何学假设如圆锥形、 圆柱形等， 然后应用经验分析公式估测脏器容积。 此法难以对脏器的容积做出精确的评估。三维超声运用独特的方法计算脏器容积及肿物重量， 不需对脏器或病灶形状进行几何假设， 可以从任意方位对脏器及病灶进行等距离的平行切割， 并对所选的切面进行勾画和标记。 通过参考切面可随时对勾画轨迹进行修正， 直至勾画的形状与实际病灶一致。 根据病灶大小来选择相邻切面的间距， 间距越小则计测的容积越精确。
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三、 图像采集、 重建时的技术要求
1. 图像采集： 为保证所取各帧图像具有良好的清晰度和中心重合性， 取样时探头应始终置于能清晰显示病变的部位， 尽量避免呼吸、 体位移动而造成的影响[1～3]。 根据所要观察的脏器部位、 感兴趣区的范围来选择图像采集的方式。 对于小的病灶取样时， 应用旋转扫描法更方便实用些， 后处理时所需的计算机容量少， 处理时间短。 对于大的病灶取样时， 应用自由臂扫描将给操作者提供较大的灵活性。
2. 图像重建： 根据重建部位和观察结构， 对重建时的阈值、 透明度进行适当的选择， 以确保获得良好的三维图像。 三维重建观察时采用提取功能如重建感兴趣区、 图像锐化、 钝化、 反转、 镜向、 低通、 高通等许多颇具特点的局部图像处理方法， 可获得较细腻的三维重建图像。 总体显示时综合使用距离、 阶差、 纹理编码技术能增强图像的立体感， 较单独采用任何一种编码技术效果好[2]。
, http://www.100md.com
四、 三维超声有待改进之处
本研究结果表明， 三维超声具有广泛的应用前景。 但仍有其不足之处， 三维重建时， 需要脏器周围有良好的透声区， 才能使所观察的病变得以清晰显示。 三维超声重建图像的优劣， 取决于两维图象的质量[4～6]。 原始资料处理较慢， 分析时间较长， 如能缩短图像的处理和重建时间， 将会使三维图像显示方式更灵便、 实用。
参 考 文 献
1王新房. 静态三维和动态三维超声成像临床应用展望. 中国超声医学杂志， 1995，11(4)∶260.
2王连生， 王新房， 李治安， 等. 三维超声成像在膀胱肿瘤检查中的应用. 中华泌尿外科杂志， 1997，18(7)∶394.
3王连生， 王新房， 李治安， 等. 复杂先心病的动态三维超声心动图初步研究. 中华超声影像学杂志， 1997，6(3)∶156.
, http://www.100md.com
4Hamper UM, Traspanotto V, Sheila RT, et al. Three-dimensional US: preliminary clinical experience. Radilogy, 1994，191∶397.
5Rankin RN, Fenster A, Downey D, et al. Three-dimensional sonographic reconstruction: techniques and diagnostic applications. AJR, 1993，161∶695.
6Riccabona M, Nelson TR, Pretorius DH, et al. Distance and volume measurment using three-dimensional ultrasonography. J Ultrasound Med, 1995，14∶881.
7Detmer PR, Bashein G, Hodges T, et al. 3D ultrasonic image feature location based on magentic scanhead tracking: in vitro cllibration and validation. Ultrasound in Med & Biol, 1994，20(9)∶923.
(收稿 1997-06-24 修回 1998-01-13), 百拇医药