三维超声成像的原理与应用

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三维超声成像的原理与应用

作者：王云楠

来源：《科学大众·教师版》2011年第03期

摘 要：由于传统的B型超声成像系统仅能提供人体断面的二维图像，临床医生是凭自己的经验在脑子里重构出人体的三维结构，这就在一定程度上影响了临床诊断的准确性与治疗的有效性，特别是对一些畸形的或病变的脏器，二维图像的诊断更显得欠缺。

关键词：三维超声； 成像原理

中图分类号：R445.1 献标识码：A 文章编号：1006-3315（2011）3-167-001

三维超声是将连续不同平面的二维图像进行计算机处理，得到一个重建的有立体感的图形。而最新发展的真正的实时三维超声，数据采集和显示的速率与标准的二维超声系统相接近，即每秒15～30帧，被称作高速容积显像。技术的进步又推动了临床应用的发展，传统的二维成像就显得不能满足要求了。

一、与传统的二维超声成像相比，三维超声成像具有如下优势

1.图像显示直观

采集了人体结构的三维数据后，医生可通过人——机交互方式实现图像的放大、旋转及剖切，从不同角度观察脏器的切面或整体。这将极大地帮助医生全面了解病情，提高疾病诊断的准确性。

2.精确测量结构参数

心室容积、心内膜面积等是心血管疾病诊断的重要依据。在获得了脏器的三维结构信息后，这些参数的精确测量就有了可靠的依据。

3.准确定位病变组织

三维超声成像可以向医生提供肿瘤(尤其是腹部肝、肾等器官)在体内的空间位置及其三维形态，从而为进行体外超声治疗和超声导向介入性治疗手术提供依据。这将有利于避免在治疗中损伤正常组织。

4.缩短数据采集时间 龙源期刊网

成功的三维超声成像系统在很短时间里就可采集到足够的数据，并存入计算机。医生可以通过计算机存储的图像进行诊断，而不必要在病人身上反复用二维探头扫查。甚至在病人离开医院后，医生们还可以在一起从不同的角度观察病变的组织和脏器。

三维超声成像技术的基本原理及操作步骤 230031 安徽合肥 解放军 105医院 罗福成

1 基本原理

三维超声成像分为静态三维成像 (static three 2 dimensional imaging 和 动 态 三

维 成 像 (dynamic three 2dimensional imaging , 动态三维成像由于参考 时间因素 (心动周期 , 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 。

111 立体几何构成法 该法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 。

112 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 的轮廓的方法 , 曾用于心脏表面的三维重建 。该技 术所需计算机内存少 , 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 。

113 体元模型法 (votel mode 是目前最为理想的 动态三维超声成像技术 ,

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 。 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 。目 前 , 国 内 外 大 多 数 使 用 Tom Tec Eeno

三维超声成像是什么？

超声诊断是医院对相关疾病进行检查确诊的常用手段，三维超声成像，目前临床上的一种超声诊断新技术，为超声医学成像领域探讨的热点问题之一，相比二维超声，三维超声会对更多疾病信息进行了解，并可直观图像观察，精准测量病人器官组织的参数，诊断准确性更高，已在胎儿畸形、心脏疾病等的诊断方面展现出明显价值［1］。本文对三维超声成像的概念、操作程序、相关疾病应用、临床优势等方面加以阐述，以增加人们对此技术的了解：

一、三维超声成像的概念是什么？

三维超声成像，即人们常说的立体图像，是一种三度空间成像，应用在检查诊断中能够将人体的解剖结构进行真实再现，其发展过程经历了静态三维、动态三维到实时三维的转变。而三维超声成像原理，指的是对动态二维切面图进行持续采集，用计算机实施一系列操作处理，顺序法对人体器官组织三维图像排列、重组，主要过程、步骤为：原始图像采集、处理——三维图像重建、显示——三维图像分割、理解——图像三维显示，这其中，原始图像采集为三维成像初始步骤，同时也是最关键的步骤。

二、三维超声成像技术的种类、显示方法有哪些？

在本质上，三维超声成像共有实时三维成像、三维重建成像两大类，其中的实时三维属于直接三维成像，在超声技术领域是一种新突破，无需通过电脑软件来进行三维重建；而三维重建为静态成像，同时也可在三维重建成像后高帧频回放，从而显示其动态三维成像。而关于三维超声成像显示方法有两种，即表层显示方法、容积显示方法。表层显示方法只会对表面轮廓、外形等显示器官外壳进行显示，无法将内部结构复杂的层次显示出来；容积显示法则不同于表层显示法，能够将被检测器官内部的结构显示出来，更加实用。临床上亦有学者将三维超声成像显示方式分为透明成像、结构成像、表面成像三种，其中表面成像会呈现出外科视野，应用更为理想，可有效对胎儿心脏大体结构、卵圆孔瓣等精细结构予以显示。

三、三维超声成像的操作程序是什么？

压疗谊畚秸垂　

三维超声技术　

及其临床应用　

周果宏　（首都医科大学生物医学工程学院，北京１０００５４）　

［摘要］本文介绍三维超声系统的构成、临床应用、三维超声设备以及用于三维可视化和数据处理的软件。　

［关键词】３Ｄ超声；３Ｄ体数据集；ｆｒｅｅ　ｈａｎｄ；空间定位器　

［中图分类号】ＴＢ５１　７　［文献标识码】Ａ　［文章编号】１００７—７５１０（２００２）０６　０００１—０３　

３Ｄ　Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　ａｎｄ　ｉｔｓ　Ｃｌｉｎｉｃａｌ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　

ＺＨＯＵ　Ｇｕｏ——ｈｏｎｇ　（Ｃａｐｉｔａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００５４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅ　ａｎｄ　ｃｌｉｎｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　３Ｄ　Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ．Ｓｏｍｅ　３Ｄ　Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　ｓｙｓｔｅｍｓ　

ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｐａｃｋａｇｅｓ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｂｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｓ　ｏｒ　Ｃｏｍｐａｎｉｅｓ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｌｉｓｔｅｄ　ｈｅｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：３Ｄ　Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ；３　Ｄ　ｖｏｌｕｍｅ　ｄａｔａｓｅｔ；ｆｒｅｅ　ｈａｎｄ；Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓｐａｔｉａｌ　ｌｏｃａｔｏｒｓ　

选择一种最好的影像技术来解决特定的临床问　

题，通常要考虑以下因素：分辨率，对比度，速度，便利　

性，病人可以接受并且是安全的。对于软组织的医学　

影像来说，超声无疑是一种最佳的选择。超声技术在　

医学影像诊断中应用非常广泛，它不仅可以获得高质　

量的医学影像，而且是实时的、无电离辐射的和非侵　

入性的。超声设备比起ＭＲＩ、ＣＴ等医学影像设备来，　

也是相当廉价的。超声的不利之处是对于骨骼和气体　

的影像效果不好。另外，对于常规的二维超声影像来