三維超聲成像系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)70年代，由于成像過程慢，使用復(fù)雜限制了其在臨床上的使用。Z近隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，三維超聲成像系統(tǒng)取得長足進(jìn)步，已經(jīng)進(jìn)入臨床應(yīng)用階段。

三維超聲成像系統(tǒng)的基本原理

　　三維超聲成像系統(tǒng)分為靜態(tài)三維成像和動態(tài)三維成像，動態(tài)三維成像由于參考時間因素，用整體顯像法重建感興趣區(qū)域準(zhǔn)實時活動的三維圖像，則又稱之為四維超聲心動圖。靜態(tài)與動態(tài)三維超聲成像重建的原理基本相同。

　　1、立體幾何構(gòu)成法

　　該超聲成像系統(tǒng)將人體臟器假設(shè)為多個不同形態(tài)的幾何體組合，需要大量的幾何原型，因而對于描述人體復(fù)雜結(jié)構(gòu)的三維形態(tài)并不完全適合，現(xiàn)已很少應(yīng)用。

　　2、表面輪廓提取法

　　是將三維超聲空間中一系列坐標(biāo)點(diǎn)相互連接，形成若干簡單直線來描述臟器的輪廓的超聲成像系統(tǒng)，曾用于心臟表面的三維重建。

　　該超聲成像系統(tǒng)所需計算機(jī)內(nèi)存少，運(yùn)動速度較快。缺點(diǎn)是:①需人工對臟器的組織結(jié)構(gòu)勾邊，既費(fèi)時又受操作者主觀因素的影響;②只能重建比較大的心臟結(jié)構(gòu)(如左、右心腔)，不能對心瓣膜和腱索等細(xì)小結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建;③不具灰階特征，難以顯示解剖細(xì)節(jié)，故未被臨床采用。

　　3、體元模型法

　　是目前Z為理想的動態(tài)三維超聲成像系統(tǒng)，可對結(jié)構(gòu)的所有組織信息進(jìn)行重建。在體元模型法中，三維物體被劃分成依次排列的小立方體，一個小立方體就是一個體元。任一體元(v)可用ZX坐標(biāo)(x，y，z)確定，這里x，y，z分別被假定為區(qū)間中的整數(shù)。

　　二維圖像中Z小單元為像素，三維圖像中則為體素或體元，體元素可以認(rèn)為是像素在三維空間的延伸。與平面概念不同，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)V(v)叫做“體元值”或“體元容積”，一定數(shù)目的體元按相應(yīng)的空間位置排列即可構(gòu)成三維立體圖像。該超聲成像系統(tǒng)描述一個復(fù)雜的人體結(jié)構(gòu)所需體元數(shù)目很大，而體元數(shù)目的多少(即體元素空間分辨率)決定模型的復(fù)雜程度。

三維超聲成像系統(tǒng)的操作方法

　　1、自動容積掃查:

　　三維超聲成像系統(tǒng)以三維容積探頭進(jìn)行掃查，獲取三維數(shù)據(jù)。三維數(shù)據(jù)是通過超聲探頭掃查平面的移動而獲取的大量連續(xù)二維斷面圖。現(xiàn)有的三維探頭都配有內(nèi)置的凸陣或扇形探頭，探頭內(nèi)電磁感應(yīng)器可以感應(yīng)出每一斷層的相對位置和方向。每一斷面的二維圖像信息連同其空間方位信息都被數(shù)字化后輸入電腦。實時二維掃查是基礎(chǔ)，根據(jù)感興趣區(qū)域的空間范圍，任意調(diào)節(jié)斷面的角度、掃查深度和掃查角度，確定三維容積箱的位置和大小后進(jìn)行掃查。在掃查時可以根據(jù)感興趣區(qū)的回聲和運(yùn)動特征調(diào)整掃查速度。

　　三維超聲成像系統(tǒng)對運(yùn)動的目標(biāo)可選用快速掃查，但獲得的圖像空間分辨力低;低速掃查圖像分辨力Zgao，但易受運(yùn)動影響;正常速度掃查的空間分辨力介于兩者之間。

　　2、三維數(shù)據(jù)庫的建立:

　　三維超聲成像系統(tǒng)探頭掃查獲得的數(shù)據(jù)是由許許多多的斷面組成的合成數(shù)據(jù)，作為三維數(shù)據(jù)庫輸入電腦，可以通過濾過干擾信息改善數(shù)據(jù)的質(zhì)量。三維數(shù)據(jù)庫包含一系列的體積像素，每一體積像素既是灰度值也是亮度值。

　　3、三維圖像重建:

　　三維超聲成像系統(tǒng)應(yīng)用三維數(shù)據(jù)庫可以重建出各種圖像，包括三維切面重建和立體三維的觀察。

　　(1)切面重建:

　　三維超聲成像系統(tǒng)成像簡單，通過旋轉(zhuǎn)三維數(shù)據(jù)庫可以選定任意一個平面的二維圖像，進(jìn)行多平面圖像分析。盡管得到的是斷面圖，有時對診斷卻非常有用，因為許多平面(例如子宮的冠狀面)是二維超聲難以觀察到的?？梢赃x擇各種切面顯示的方式:三個正交平面顯示、圖像的自由旋轉(zhuǎn)、圖像的移動和壁龕立體定位顯示模式。

　　(2)容積成像:

　　容積成像方法有表面成像模式和透明成像模式。前者顯示的是周圍被液體包繞的結(jié)構(gòu)圖像，例如胎兒體表結(jié)構(gòu)的表面成像;后者顯示的是Zda(如骨骼)或Z小(如單純囊腫)的回聲結(jié)構(gòu)的內(nèi)部圖像。三維超聲成像系統(tǒng)成像模式有:表面成像模式、透明成像模式、彩色模式。

　　三維超聲成像系統(tǒng)與CT、MR相比，三維超聲成像系統(tǒng)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):①采樣時間短，病人一次屏氣期間即可完成，避免臟器移動導(dǎo)致的誤差;②無須靜脈注射造影劑可顯示血管結(jié)構(gòu)，無電離輻射及創(chuàng)口;③經(jīng)濟(jì)方便，減少了對操作者技術(shù)水平的依賴，增強(qiáng)了可重復(fù)性。

三維超聲成像系統(tǒng)的應(yīng)用

　　1、三維超聲在空腔臟器中的應(yīng)用

　　①胃、腸道疾病

　　受檢者適量飲水或灌腸后可建立良好的透聲窗。清楚顯示胃腸道隆起性病變與潰瘍的大小、深度、邊緣形態(tài)，觀察惡性腫瘤的浸潤深度、范圍及與鄰近組織、血管的立體位置關(guān)系，進(jìn)行術(shù)前TNM分期，對協(xié)助臨床制定相應(yīng)的ZL方案，具有重要意義。三維超聲成像系統(tǒng)對潰瘍出血和胃底靜脈曲張的診斷，也可提供較大的幫助。

　　②膀胱疾病

　　膀胱充盈后可形成的透聲窗，三維超聲與二維超聲一樣清晰顯示病變的形態(tài)、大小、數(shù)目、內(nèi)部回聲，同時三維超聲成像系統(tǒng)還能顯示病變的整體、表面形態(tài)及腫瘤對膀胱壁的浸潤情況，從而提高了其診斷的準(zhǔn)確性，并有助于腫瘤術(shù)前方案的抉擇。對慢性膀胱炎癥、憩室、結(jié)石、凝血塊等膀胱疾病的診斷，也顯示出優(yōu)越性。

　　2、在實質(zhì)性臟器中的應(yīng)用

　　三維超聲成像系統(tǒng)在臨床上有廣泛的應(yīng)用前景，可用于精確測量和定位在產(chǎn)科臨床上，可用于鑒別早期胎兒是否存在畸形以及檢查各個孕期胎兒的生長發(fā)育情況;在心血管疾病診斷中，可用于多種心臟疾病以及血管內(nèi)疾病的檢查。

　　隨著實時三維超聲成像系統(tǒng)研究成功，三維超聲有望在心臟疾病檢查中發(fā)揮更大的作用。盡管如此，由于價格和技術(shù)上的原因，目前三維超聲成像系統(tǒng)尚未達(dá)到臨床廣泛應(yīng)用的水平，也還有不少值得研究的問題。

　　3、在婦科的應(yīng)用

　　三維超聲對子宮實質(zhì)性腫瘤的斷，有一定輔助作用。對卵巢和輸卵管病變(特別囊性變)，可清晰顯示其立體外形輪廓、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、有無分隔與性突起、液體渾濁度等。對盆壁轉(zhuǎn)移性病灶合并腹水的人，三維較二維超聲的診斷價值更大。

　　三維超聲成像系統(tǒng)診斷附件區(qū)惡性腫瘤時，其敏感性由二維超聲的80%增87%。此外，三維超聲于術(shù)前可清晰顯示惡性腫瘤浸及圍臟器的情況，評價腫瘤與子宮、盆壁及髂血管的關(guān)系，為中能否切除腫瘤提供有價值的資料。與此同時，三維超聲成像系統(tǒng)可以顯示腫瘤內(nèi)血管空間結(jié)構(gòu)，并計算單位體積內(nèi)的瘤血管密度，為腫瘤的定性診斷增加新的參考指標(biāo)。

　　4、在心血管系統(tǒng)的應(yīng)用

　　心臟為具有復(fù)雜三維形態(tài)的動態(tài)器官，三維超聲心動圖能夠提供心臟的三維立體結(jié)構(gòu)，直觀顯示心臟內(nèi)部結(jié)構(gòu)的解剖形態(tài)、空間關(guān)系、立體方位及血流變化等，為各種瓣膜疾病、心肌疾病和先天性心臟復(fù)雜畸形的診斷與ZL提供幫助。

　　三維超聲成像系統(tǒng)能實時總體評估一個心動周期心臟的解剖、功能及活動狀況，測定心腔容量，估測心室重量及各項心功能指標(biāo)，分析室壁節(jié)段運(yùn)動等，在冠心病、先天性心臟畸形等心血管疾病的定性和定量診斷方面發(fā)揮重要作用。