三維血管超聲研究的進(jìn)展

1、    三維血管超聲研究的進(jìn)展        三維血管超聲(three-dimensional vascular ultrasound)系由二維超聲提供的血管平面輪廓，經(jīng)計算機轉(zhuǎn)換處理，重建(reconstruction)血管的三維像，可直觀地顯示血管內(nèi)、外膜輪廓在空間上的連續(xù)性變化，有助于更好地理解血管壁的病理解剖以及提供血管壁動態(tài)特性的分析參數(shù)。 1技術(shù)原理當(dāng)前，三維重建的方法有立體幾何構(gòu)成法(GCS模型)、表面提取法(B-rep)和體元模型法(Voxel模型)。體元模型

2、法是目前最為理想的三維重建方法，它可以動態(tài)三維重建血管結(jié)構(gòu)的組織灰階信息。由于重建所需要的體元數(shù)量較大，故體元模型法要用相當(dāng)高密度的計算機。在體元模型法中，三維物體被劃分為若干個依次排列的小立方體，每個小立方體稱為體元，任一體元可用中心坐標(biāo)(X、Y、Z)確定。體元素空間模型表示的是容積概念，與每個體元相對應(yīng)的數(shù)稱為體元值或體元容積。2像采集應(yīng)用高檔彩色多普勒超聲診斷儀，510MHz的高分辨力線陣探頭，將探頭裝在一個由步進(jìn)電機驅(qū)動的平移裝置上，當(dāng)電機開動時探頭沿平面滑動，按持續(xù)0.2s的預(yù)定設(shè)計運動；包括開始的加速度、持續(xù)速度和結(jié)束時的減速度。探頭在獲得像期間始終是固定不動的，直至下一個像定位后

3、才運動。我們就已制作一個自動步進(jìn)電機驅(qū)動器，有三個方向的自由度，沿著血管方向移動探頭，每間隔2mm前進(jìn)一格，直至退出感興趣區(qū)。這樣就能獲得一套平面像，鄰近的二維切面像組織起來，建立一個立體像。由于血流呈搏動性，故切面像的獲得要與心電相連，即探頭平移裝置由心電觸發(fā)(R波觸發(fā))，在每個心動周期內(nèi)每個切面定位上可獲得幾幀像，把探頭傳送到下一個切面定位處是在下一個心動周期或舒張末期內(nèi)。典型的像有64個切面，每個心動周期可獲取7個切面，心率為60次/分時，其存儲需1秒。3像顯示通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，像采集后所有的數(shù)據(jù)均被數(shù)字化，并儲存于計算機內(nèi)存之中，根據(jù)心電的時相在體元數(shù)據(jù)中的設(shè)置(256×256&

4、#215;256象素/每8bit)，對糾正后的像進(jìn)行格式化，單色可視信號精確到8bit，紅綠藍(lán)(RGB)色彩可視信號精確到每個色彩6bit，色彩和灰階可視信號各自數(shù)字化獲得高速度像，并允許B超像和色彩信息各自加工。經(jīng)計算機重組、插值、擬合等一系列處理后，方可將重建的立體像顯示出來。血管柱狀像是血管壁定性檢查最有效的顯示方式，提供復(fù)雜解剖的縱向全景，確保最佳定量排列，況且，正常血管壁和病灶處能以不同色度顯示出最佳視覺像1。色彩和灰階數(shù)據(jù)組合成單一立體，產(chǎn)生了立體解剖像，并可以在0°60°或90°之間進(jìn)行旋轉(zhuǎn)顯示，可隨時定格顯示。如果將時間加入顯示出收縮和舒張期的變化

5、，則形成了準(zhǔn)實時的動態(tài)立體像又稱四維血管重建。整個掃描顯示時間大約10分鐘，即像采集約12分鐘，加工、處理、傳送數(shù)據(jù)約5分鐘，顯示約3分鐘。4臨床意義無損傷性血管超聲檢查在于早期發(fā)現(xiàn)細(xì)小的病理變化，監(jiān)測病變對非手術(shù)療法的反應(yīng)。然而二維超聲難以實現(xiàn)這一目標(biāo)，雖然有經(jīng)驗的醫(yī)師能在腦中形成復(fù)雜組織的形態(tài)和病理形態(tài)的三維概念；三維像不僅能象二維像那樣呈現(xiàn)常規(guī)切面(縱、橫、斜切)像，還能同時顯示二維像不能顯示的冠狀切面，從而擴展了超聲觀察病變的視野，豐富了超聲診斷的信息來源，可在定量和定性兩方面幫助我們提高診斷水平。三維血管超聲顯像能夠顯示血管主干與分支的連續(xù)形態(tài)和結(jié)構(gòu)，如頸總動脈及其分支，腹主動脈與左

6、、右髂總動脈以及延續(xù)的情況，外周血管(上下肢動脈)，便于兩側(cè)血管形態(tài)結(jié)構(gòu)的比較，便于較全面地對血管狹窄、動脈瘤、血栓以及粥樣硬化斑塊等病變進(jìn)行觀察和測量4。三維血管超聲顯像為血管腔容積、斑塊體積、管腔狹窄率，腔余量、病灶鈣化長度，病灶破裂長度等分析提供較為準(zhǔn)確的信息，有利于顯示球囊擴張術(shù)后內(nèi)膜撕裂的形態(tài)、真假腔，便于提示血管介入性手術(shù)的方法、深度以及選擇血管內(nèi)支架的類型、大小和評價支架的療效。三維血管超聲顯像為觀察淺表動脈的軸心位移提供了條件，動脈的軸心位移為動脈的三維繞動6，這對于研究中醫(yī)脈象形成的機理、研究血管的個性化，并顯示血管運動的規(guī)律，有重要意義。5局限性與展望目前的三維血管超聲像是若干心動周期的二維像疊加而成，尚不能達(dá)到實時顯示的要求，只能稱其為超聲三維重建，而不是真正的三維血管超聲顯像，三維重建像的優(yōu)劣取決于二維像的質(zhì)量，在檢測過程中若探頭偏離靶血管區(qū)，將給原始像的獲取以及數(shù)據(jù)庫的建立帶來一定影響，因此靶血管區(qū)的二維像必須清晰；況且，像的存儲及重建所花費的時間較長。隨著計算機像處理技術(shù)的不斷改進(jìn)和日臻完善，真正的實時三維血管顯像在不久的將來一定會展現(xiàn)在超聲工作者的面前，特別是四維的體積-時間像也可獲得，四維血管超