三维超声成像的方法学Point-演示文稿

三维超声成像的方法学

徐辉雄吕明德

•徐辉雄先生，中山大学附属第一医院超声科副教授、硕士研究生导师；吕明德先生，教授、博士研究生导师。2005年8月

•三维超声成像是超声医学发展的重要方向之一，其方法学一般包括三维图像数据的采集、数据的处理、容积数据库的建立、三维图像的显示等步骤。其中三维图像数据的采集是最基本的步骤，而三维图像的显示则是最终步骤。

三维图像数据的采集

•三维图像数据的采集，就是要获得所感兴趣结构整个容积范围内的全部回声信息，即要获得感兴趣区一系列断面的信息。

•图像采集过程中最重要的两点是：

•超声图像定位的易行性及数据采集的速度。焦点问题则是如何将探头的方位信息与二维图像的灰阶或血流信息有机地整合在一起。

•因此，三维图像数据采集方法的特点是：一是采集一系列距离和角度相等的二维图像；

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•二是采集到的系列二维图像要包括整个感兴趣区，而不能有图像的缺失或遗漏。不同的图像采集方法，实际上是利用了不同的方法来定位某一帧断面图像在容积数据库中的具体位置。

•维超声实际上是由一系列的二维图像经过处理形成的，而图像的采集又可以从任意角度进行，那么图像间的相对位置及角度就需要被精确地记录下来以避免产生伪像。此外，为避免由于呼吸、心跳、患者的移动等因素造成的伪像，图像采集过程应非常迅速并有合适的门控手段。

•目前大多数图像采集方法类似于常规二维超声，即采集一系列相互分立的二维图像，形成一个三维数据库，通过某种计算方法来得到三维图像。这就需要一个定位系统能准确地反映每一帧二维图像在三维容积中的准确位置，一般要求其距离分辨力达到0.5c m，角度分辨力达到0.5度。常用的定位装置有步进马达（可为平行、旋转或扇形扫查的方式）或为某种传感装置(感受电磁场、声或光信号)。随着高频超声的应用，对定位系统的精度要求也越来越高，这样才能获得高质量的三维图像。此外，也有一些学者采用其它方法获取图像。

•图像采集过程中，已采集到的超声图像及

其位置信号即刻存贮于计算机中，经处理后形成容积数据库。根据采集方式的不同，采集到的二维图像可排列为扇形、平行、或围绕某一轴心排列，也可为任意形状( 如自由臂扫查时)。尽管最终都可形成容积数据库，但为减少后处理时间和避免伪像，一般仍要求图像间的距离和角度有规律可循。

常用的图像采集方法有4种• 1.一体化的位置感受器及探头阵列

(In tegrated Pos i t i on Sensor and Transducer

Arrays)

•即我们常说的一体化三维容积探头

(In tegrated Volum e Transducer)，或简称为容积探头。这种采集方法是将位置感受装置与二维探头整合在一起并密封形成三维容积探头，如Voluson 530D、Voluson 730等的探头(图1)

•这类探头通常体积较大，稍显笨重。探头前端为一较软的透声材料，其内包裹一个二维探头在步进马达或特殊的伺服系统的作用下做扇形或旋转扫查。在密封的腔内还充填以透声的类似耦合剂的物质。这种探头的好处在于可以避免用其它外设位置感受器时需要的复杂的系统校正过程，同时每帧图像间的位置和角度比较确定，不易出现变形，因此消除了定位不准所致的伪像

•此外，这种采集装置通常与整个超声仪整合在一起，因此图像数据采集完后即刻可形成容积数据库，中间无需复杂的投射和处理过程，而直接过渡到三维图像的重建和显示，因此成像时间较短。

•基于以上优点，此类采集装置目前应用最为广泛。但该方法也存在缺点，主要是观察的视角较小，对一些较大的器官如肝脏的成像需从不同的角度采集多个容积数据库后方能获得完整印象。另外，容积探头扫查方法须配备专门的三维超声成像仪。

2.机械驱动扫查(Mechanical ly

Dr iven Scanning)

•将传统的二维探头固定于一外设的机械臂装置上，由计算机控制步进马达，驱动探头以特定的形式有规律地运动。常见形式有3种(图2)：

a.平行扫查法(Para l l el

Scanning)

•或称为线性扫查(L inear Scan-n ing)。探头由电动步进马达驱动以预定的速度和预定的间隔运动采集图像，获得一系列相互平行等距的二维断面图像。这种方法多用于颈部、小器官的扫查，也可应用于心脏的检查，如经食管扫查时，采用探头后退的方式也可得到系列平行的二维图像。

b.旋转扫查法

(Rotat i onal Scanning )

•将探头固定于某一透声窗，探头围绕某一轴心旋转获取图像，获得一系列相互均匀成角且中心轴相互重合的二维断面图像。它多用于心脏、前列腺、子宫等扫查。在中心轴的近端，图像间的间距较小，因此分辨率较高，而在离轴较远的地方则分辨率较低。此外，应用该方法扫查时，应保证良好的中心轴重合性，以避免产生伪像。如在扫查过程中患者移动或探头移动，中心轴不重合，则将不可避免地产生伪像。

c.扇形扫查法(Fan Scanning) •探头固定于某一位置，以手动装置或计算机控制的电动马达驱动，做扇形运动获取图像，其扫查间隔角度可调。可获得一系列相互均匀成角的二维断面图像。它多用于腹部及妇产科的扫查。因为二维图像间的角度固定，所以图像间的距离与深度相关。在探头的近侧，图像的分辨率较高，而在远侧图像的分辨率较低，因为在远侧图像间的间距较宽。因此，采用该方式扫查三维图像的分辨率并不均匀。如选择较小的角度，可将这种不均匀的程度降低。

•机械驱动扫查能精确地定位二维图像间的位置关系，因此它的最大优点是定位准确、重复性高、所得到的三维图像清晰。而且它可以与各类二维超声仪器配合使用，有利于节约医学资源。但人体体表凸凹不平，探头附于体表时不易完全作到平行移动或扇形移动，扫查范围受限制，同时需要作校正，操作也显繁琐，因此临床应用受到一定的限制。

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