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编号:10285104
静态结构三维超声成像临床应用研究
http://www.100md.com 《中华超声影像学杂志》 1998年第1期
     作者:张青萍 周玉清 乐桂蓉 汪元芳 丛淑珍 黎春蕾 高淑英

    单位:

    关键词:三维超声成像;;平行扫查;;扇形扫查;;磁场空间定位自由扫查

    中华超声影像学杂志980101

    摘 要 为探讨静态结构三维超声成像的基本方法和临床应用前景,本研究对135例各种不同病例的有关脏器或病变进行了三维图像重建。采样方式包括机械驱动平行扫查和扇形扫查以及磁场空间定位自由扫查。结果表明三维超声成像在以下方面显示出其临床应用价值:①对含液性结构和病变可显示其立体形态,内部结构和内壁特征;②对被液体环绕的结构和病变,可清楚显示其表面特征;③采用连续平行切割,灰阶阈值调节或透明成像等方法显示实质性脏器内部结构的形态和空间位置关系;④利用血流的彩色多普勒能量信息显示正常组织或病变的血管结构和立体形态及其与周围结构的空间位置关系。因此,三维超声成像可为疾病的诊断或治疗提供更加丰富的信息,具有广阔的临床应用前景。
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    Three-dimensional Ultrasonic Reconstruction of Static Structures and Its Clinical Applications Zhang Qingping, Zhou Yuqing, Le Guirong, et al. Department of Ultrasound, Tongji Hospital,Tongji Medical University, Wuhan 430030

    Abstract To evaluate the clinical value of three-dimensional (3D) ultrasonic reconstruction,the 3D images were reconstructed in related structures or organs in 135 patients with differentdiseases. The mechanically driven scanning (including parallel and fan scanning) and free-hand scanning were used for data aquisition. The results showed that the 3D ultrasonic reconstruction will be clinically valuable in the following aspects: ①3D demonstration of the organs or structures containing fluid; ②surface depiction of the organs or stuctures surrounded by the fluid; ③the structures in the parenchymal organ can be reconstructed or observed by continuously parallel cutting of the volume data, adjusting the threshold of the gray scale or using transparent imaging technique; ④3D demonstration of the vascular structures and its spacial (anatomical) relationship
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    with the other adjecent structures by using color Doppler energy.

    Key words three-dimensional ultrasonic reconstruction parallel scanning fan scanning free-hand scanning

    近年来三维超声成像技术的出现引起了广泛兴趣[1~5], 与两维超声成像相比,三维超声成像有其独特优点。 三维超声成像技术系利用电子计算机将一系列按一定规律采集的两维图像信息进行重建, 从而构成三维图像, 能提供更加丰富的三维空间信息, 弥补两维超声成像的不足。 本文旨在对静态结构三维超声成像的基本方法及临床应用作一初步探讨。

    材 料 和 方 法

, http://www.100md.com     一、 研究对象

    对135例不同类型病人进行了研究, 其中眼科疾病30例, 甲状腺疾病5例,颈动脉疾病5例, Budd-Chiari综合征2例, 胆囊疾病5例, 胃部疾病5例, 肾脏疾病5例, 移植肾5例, 膀胱疾病5例, 睾丸疾病4例, 妇科囊性肿块50例, 腹水病人10例 (包括肝硬化5例, 结核性腹水5例),胎儿异常4例。

    二、 研究方法

    1. 仪器: 所用三维超声成像系统为TomTec公司的Echo-Scan工作站, 包括各种机械驱动扫查支架和磁场空间定位自由扫查系统。 常规超声诊断仪为Diasonics公司的Gateway, 所用探头频率为3.5 MHz和10 MHz。

    2. 图像采集: Echo-Scan工作站通过导线与机械驱动扫查支架或磁场空间定位自由扫查系统相连以控制探头的运动和搜集探头的空间位置信息。 扫查时获得的两维图像信息通过超声仪的输出接口同步输入该工作站。 机械驱动扫查包括平行扫查和扇形扫查, 探头具规定的逻辑运动轨迹, 计算机对扫查过程中所获得的每帧两维图像进行空间定位。 磁场空间定位自由扫查技术主要依靠一套磁场空间定位系统。 操作者像常规超声检查一样, 手持有空间位置感测器的探头进行随意扫查时, 计算机即可感知探头在三维空间内的运动轨迹, 从而确定所获得的每帧两维图像的空间坐标 (x,y,z) 及图像方位 (α,β,γ),带有空间坐标信息和方位信息的数字化图像被储存在计算机中。 使用自由扫查时, 按需设置扫查时间,一般为10到20秒, 平稳均匀缓慢扫查。 采集的图像有两类: 二维灰阶图像信息用于组织结构的三维重建; 血液彩色多普勒能量信息用于血管结构的三维重建。
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    3. 资料后处理及三维重建: 完成采样后, 三维工作站以第一个两维图像为基准切面, 对按照某一规律采集的一系列分立的两维图像进行空间定位, 并对相邻切面之间的空隙进行插补平滑, 形成一个三维数据元体。 利用连续平行切割或任意斜向切割方式对三维数据元体进行观察, 在三维数据元体内选择一个参考切面,对感兴趣结构进行三维重建和动态显示。

    结 果

    本研究对135例病人的有关脏器或病变进行三维成像, 90%以上病例能获得满意的图像。根据所采样部位特点选用不同的扫查方式。 浅表结构 (如眼, 甲状腺, 颈部血管,睾丸) 采用机械驱动平行扫查, 中下腹部结构多采用机械驱动扇形扫查。 由于肋骨的影响, 用机械驱动扫查方式对上腹部结构 (如肝, 胆, 胃等) 进行采样常较困难,因而改用磁场空间定位自由扫查技术, 所采样结构较大时亦采用自由扫查。

    根据所扫查部位的结构特点, 将所获结果分为四大类予以描述。 第一类为含液性结构, 包括眼, 大血管腔, 充盈的胃腔, 胆囊, 膀胱以及各类单纯性或混合性囊肿等 (图1)。第二大类为被液体环绕的结构, 包括腹水时的腹腔及盆腔脏器,胎儿等 (图2)。第三大类为实质性结构, 包括实质性脏器, 软组织结构, 胎儿骨骼系统等 (图3)。第四大类为血管分支 (或血管树) 结构, 如肝脾肾内血管分支(图4)。
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    讨 论

    综合本文结果, 作者认为三维超声成像在以下方面显示出其临床应用价值。

    一、 含液结构和病变

    对含液结构和病变可显示其立体形态, 内部结构和内壁特征。 如图1A所示,可清楚地显示卵巢囊性肿块内部的间隔和乳头状突起。 本文1例盆腔囊性肿块, 两维超声图像中无回声区内可见细小光点回声, 与子宫内膜异位所致巧克力囊肿无法鉴别, 三维超声成像显示上述光点回声实为砂粒样沉积物, 从而确诊为皮样囊肿, 并得到手术证实。 图1B显示一个胃壁溃疡, 其形态和边界清晰直观, 并可测量胃壁上溃疡的面积。 两维超声成像无法显示冠状面上的面积, 而三维超声成像时, 可对三维数据库进行任意方向的切割, 包括冠状面切割, 从而显示和测量冠

    状面上的面积。 眼球玻璃体内炎性机化物与视网膜剥离在两维切面上均表现为光带回声, 鉴别常较困难。 而在三维成像时炎性机化物与视网膜剥离立体形态明显不同, 前者为不规则光带回声, 而后者呈片状结构。 剥离视网膜上破孔的定位对外科手术治疗至关重要。当玻璃体混浊时, 眼底镜无法窥及视网膜, 用两维超声寻找视网膜剥离破孔亦较困难, 尤其费时, 增加了病人的不适。 而利用三维超声成像技术, 可以在短时间内对眼部进行采样, 然后即可结束对病人的检查。 之后在三维工作站内对整个视网膜进行多方位仔细观察寻找, 缩短了对病人的检查时间, 增加了寻找破孔的成功率。 还可用于显示胆囊内病变,
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    图1 含液性结构的两维(右)及三维(左)成像:A卵巢囊性肿块;B胃壁溃疡

    图2 被液体环绕结构的两维(右)及三维(左)成像:A腹水中的肝脏(肝硬化);B腹水中的肠管;C腹水中的子宫;D腹水中的脾脏

    图3 实质性组织结构的两维(右)及三维(左)成像:利用灰阶阈值调节法去除颈动脉周围的软组织灰阶信息而显示颈动脉外壁

    图4 血管结构(血管树)的三维图像:A移植肾脏内的主要血管分枝;B移植肾脏的皮质血管肾盂积水, 膀胱内病变, 大血管壁和血管腔内病变, 各类囊性肿块。

    二、 被液体环绕的结构和病变

    对被液体环绕的结构和病变, 可清楚显示其表面特征。 如图2所示, 腹腔积液时可形象直观地显示硬化肝脏的表面特征和肠管、 子宫及脾脏等脏器的表面形态,有助于腹水病因的鉴别诊断。 对胎儿的观察是三维超声成像的一个重要的临床应用, 可用于观察胎儿的面部及其它体表特征, 对胎儿先天发育畸形的诊断有重要价值。还可用于显示鞘膜积液时睾丸的表面特征。
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    三、 实质性组织结构

    对实质性结构的观察是三维超声成像的难点。 可对三维数据元体进行连续平行切割以判断各结构的空间位置关系。 亦可采用灰阶阈值调节法去除阈值以下的灰阶信息而仅显示阈值以上组织结构的三维形态。 图3即为利用灰阶阈值调节法去除颈动脉周围的软组织灰阶信息而显示颈动脉外壁。 新近出现的透明成像法不仅可以显示实质性脏器内某感兴趣结构, 还可部分保留其周围组织结构的灰阶信息,因而可判断脏器内部结构及其病灶的空间位置关系。 可采用透明成像法显示胎儿骨骼系统, 肝内管道系统等。

    四、 血管系统 (血管树)

    利用血流的彩色多普勒能量信息可对血管系统 (血管树) 进行三维重建[6]。如图4所示, 可显示肾脏内的主要血管分枝和皮质内细小终末血管, 以观察肾脏血液灌注状况。 也可对肝脏等实质性脏器及其病变内的血管结构 (血管树) 进行三维重建, 并用透明成像显示实质性脏器内血管的三维结构, 及其与病变 (病灶) 或其他组织结构之间的空间位置关系, 为疾病的诊断提供更加丰富的信息, 亦可为外科医生提供更直观准确的三维信息, 对选择手术方式或路径有一定的指导意义。
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    综上所述, 静态结构三维超声成像具有以下基本特征和功能: ①显示感兴趣结构的立体形态和内部结构; ②表面特征; ③空间位置关系; ④单独显示感兴趣结构, 并精确测量容积和体积。 因此,三维超声成像对疾病的定性, 定位和定量诊断能起到重要的辅助作用。 有关三维超声成像测量容积和体积的精确性已在其他报道中予以证实[7,8]。 二维超声成像测量某结构的体积时, 必须假设该结构的立体形态接近某规则的几何模型, 然后利用某数学公式进行计算。 然而人体内结构的立体形态通常是复杂而不规则的。 三维超声成像时无需对所扫查结构的立体形态进行假设, 而可将某感兴趣的组织结构单独提取分析, 显示其三维形态并显示该结构的容积 (见图2D)。本研究小组亦进行过有关研究证实了三维超声成像测量容积和体积的精确性。 该试验对一离体羊肾进行三维重建, 并测量其体积,与水置换法所测羊肾的实际体积进行比较, 两组测值无显著性差异。 该结果将在另文中报道。

    参 考 文 献

, 百拇医药     1Kuo HC, Chang FM, Wu CH, et al. The primary application of three-dimensional ultrasonography in obstetrics. Am J Obstet Gynecol, 1992,166∶880.

    2Rankin RN, Fenster A, Downey DB, et al. Three-dimensional sonographic reconstruction:techniques and diagnostic application. AJR, 1993,161∶695.

    3Hamper UM, Trapanotto V, Sheth S, et al. Three-dimensional US: Preliminary Clinical Experience. Radiology, 1994,191∶397.
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    4Echenique A, LeBlang SD, Montalvo BM, et al. Three-dimensional US of the abdomen and thorax (abstr).Radiology, 1994,193(P)∶448.

    5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.

    6Downey DB, Fenster A. Vascular imaging with a three-dimensional power Doppler system.AJR, 1995,165∶665.

    7Gilja OH, Thune N, Matre K, et al. In vitro exaluation of three-dimensional ultrasonography in volume estimation of abdominal organs. Ultrasound in Med & Biol, 1994,20(2)∶157.

    8Riccabona M, Nelson TR, Pretorius. Three-dimensional ultrasound: accuracy of distanceand volume measurements. Ultrasound Obstet Gynecol, 1996,7∶429.

    (收稿 1997-05-09 修回 1997-08-27), http://www.100md.com