中華超聲影像學(xué)雜志(2003.02).pdf
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· 述評(píng)·
作者單位:250012 濟(jì)南,山東大學(xué)齊魯醫(yī)院心內(nèi)科
三維超聲心動(dòng)圖:從靜態(tài)、動(dòng)態(tài)到實(shí)時(shí)
張運(yùn)
Three2dimensional echocardiography: from static , dynamic to live
ZHANG Yun. Department of Cardiology , Qilu Hospital , Shandong Univer sity , Jinan 250012 , China
超聲心動(dòng)圖學(xué)自誕生以來(lái) ,已經(jīng)歷了一維、二維、三維顯像技術(shù)的重要發(fā)展階段。1954 年瑞典學(xué)者
Elder首次應(yīng)用超聲波成功地記錄到室壁和瓣膜的運(yùn)
動(dòng)曲線 ,標(biāo)志著M型超聲心動(dòng)圖的誕生。1971 年荷蘭
學(xué)者Bom首次應(yīng)用自行研制的線性相控陣儀器成功
地記錄到心臟切面觀的動(dòng)態(tài)圖像 ,標(biāo)志著二維超聲心
動(dòng)圖的誕生。20 多年來(lái) ,隨著聲學(xué)材料、探頭技術(shù)和
微電子學(xué)的迅速發(fā)展 ,二維超聲心動(dòng)圖的空間和時(shí)間
分辨力不斷提高 ,目前已成為心血管病超聲診斷的常
規(guī)和基本技術(shù)。
雖然心臟的二維顯像與一維顯像相比具有突出的
優(yōu)勢(shì),但仍有其限制性: ①心臟是一個(gè)具有復(fù)雜三維形
態(tài)的動(dòng)態(tài)器官,在二維超聲檢查過(guò)程中,運(yùn)動(dòng)的心臟結(jié)
構(gòu)進(jìn)出于固定的超聲切面中,為了獲得心臟結(jié)構(gòu)的完整
印象,操作者必須從多切面圖像中推想其三維形態(tài),因
而具有一定的盲目性; ②二維超聲所顯示的心臟切面為
臨床醫(yī)師所陌生,初學(xué)者需要較長(zhǎng)的學(xué)習(xí)過(guò)程和操作訓(xùn)
練; ③二維超聲檢查高度依賴操作者的手法,診斷結(jié)果
的操作者間變異較大; ④心臟的大部分表面被骨性胸廓
和肺所包繞, 操作者僅能通過(guò)有限的聲窗獲得少數(shù)的
切面, 某些具有重要診斷意義的切面(如平行于房間隔
或室間隔的切面)無(wú)法獲得; ⑤在復(fù)雜心臟畸形的患者,二維超聲檢查耗時(shí)費(fèi)力,診斷困難; ⑥大多數(shù)二維超聲
心動(dòng)圖定量診斷方法和公式均基于心臟結(jié)構(gòu)或病變的
幾何形態(tài)假設(shè),具體應(yīng)用時(shí)常有較大的誤差。
為了克服這些限制性, 國(guó)外學(xué)者從20世紀(jì)70年代
中期就已致力于三維超聲心動(dòng)圖的方法學(xué)研究。1974
年,Dekker等[1]
首先報(bào)道使用與機(jī)械臂相連的經(jīng)胸探頭
進(jìn)行心臟三維圖像重建的研究,標(biāo)志著靜態(tài)三維超聲心
動(dòng)圖學(xué)的誕生。我國(guó)學(xué)者在這一領(lǐng)域的研究起始于
1987年,李英杰等[2]
應(yīng)用經(jīng)胸超聲探頭的心尖轉(zhuǎn)動(dòng)法采
集二維圖像,以網(wǎng)絡(luò)法顯示左室的三維框架。1993 年,王新房等[3]
應(yīng)用雙平面經(jīng)食管超聲和表面顯示法進(jìn)行
了心臟的靜態(tài)三維重建。然而,靜態(tài)三維超聲技術(shù)具有
采集切面較少、圖像立體感差、無(wú)法顯示心臟的內(nèi)部結(jié)
構(gòu)和收縮運(yùn)動(dòng)、定量診斷準(zhǔn)確性低等缺點(diǎn)。1993 年,美
國(guó) Pandian和荷蘭 Roelandt 2個(gè)小組首先報(bào)道了應(yīng)用多
平面經(jīng)食管超聲和容量顯示法進(jìn)行心臟動(dòng)態(tài)三維重建
的研究,標(biāo)志著動(dòng)態(tài)三維超聲心動(dòng)圖學(xué)的誕生[4]。1994
年我們與北京科力公司合作自行研制了我國(guó)第 1 臺(tái)多
平面經(jīng)食管動(dòng)態(tài)三維超聲心動(dòng)圖軟件系統(tǒng)并進(jìn)行了系
列定量研究[5]
,1995年沈?qū)W東和王新房等[6]
首先引進(jìn)了
TomTec 公司的動(dòng)態(tài)三維超聲心動(dòng)圖軟件系統(tǒng),這些研究
克服了靜態(tài)三維超聲技術(shù)的缺點(diǎn),可進(jìn)行心臟內(nèi)部結(jié)構(gòu)
的動(dòng)態(tài)觀察,顯著增加了定量診斷的準(zhǔn)確性。然而,動(dòng)
態(tài)三維超聲技術(shù)的圖像采集和處理耗時(shí)費(fèi)力,圖像質(zhì)量
受到心律失常和呼吸幅度的影響,圖像分辨率較低,臨
床應(yīng)用仍然受到較大的限制。
為了使三維超聲盡快進(jìn)入臨床常規(guī)應(yīng)用 ,實(shí)時(shí)三
維超聲心動(dòng)圖的研究已勢(shì)在必行。20 世紀(jì) 90 年代
末 ,美國(guó)杜克大學(xué)研制了實(shí)時(shí)容量三維超聲心動(dòng)圖
(real2time volumetric echocardiography)系統(tǒng) ,可實(shí)時(shí)顯示
心臟的三維結(jié)構(gòu)和 X、 Y、 Z軸的任一切面 ,但由于探頭
陣元數(shù)目較少 ,圖像分辨率甚低 ,不能滿足臨床的需
要 ,故未獲得廣泛應(yīng)用[7 ]。晚近飛利浦公司首次推出
高分辨率的實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖系統(tǒng) ,該系統(tǒng)采用超
矩陣(x2matrix)探頭、高通量的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(x2stream)
和三維空間定位系統(tǒng)(navigator)等 3 種先進(jìn)技術(shù) ,探頭
晶片由 3 000 多個(gè)陣元組成 ,以矩陣排列 ,探頭在沿晶
片矩陣X軸同步發(fā)射多條聲束構(gòu)成1幀二維圖像的同
時(shí) ,可沿矩陣 Y軸依次發(fā)射聲束構(gòu)成若干幀二維圖
像 ,從而形成立體發(fā)射和立體接收的三維聲束。探頭
接收聲束內(nèi)的所有反射回聲后以體元顯示法顯示心臟
的2種三維圖像 ,一種是真正的實(shí)時(shí)三維圖像 ,顯示為
寬呈 60°扇角和厚呈 15°扇角的“蛋糕塊”(piece of
cake) ,另一種是快速重建的全容量三維圖像 ,由 4 個(gè)
觸發(fā)心動(dòng)周期的4個(gè)“蛋糕塊”組合為較大的“金字塔”
(pyramid)形三維圖像。獲取三維圖像后 ,應(yīng)用儀器的
切割功能可從 X、 Y、 Z 3 個(gè)方向任意切割 ,從而可動(dòng)態(tài)
觀察3個(gè)正交方向上任一切面觀內(nèi)的心臟結(jié)構(gòu)。由于
實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖是一嶄新的技術(shù) ,國(guó)際文獻(xiàn)中鮮
· 96 · 中華超聲影像學(xué)雜志2003年2月第12卷第2期 Chin J Ultrasonogr , February 2003 , Vol 12 , No. 2
? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.有報(bào)道。為了加快這一新興技術(shù)在我國(guó)的研究和推
廣 ,本期重點(diǎn)報(bào)道了國(guó)內(nèi)最早應(yīng)用實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)
圖作者們的最新研究成果。王新房對(duì)實(shí)時(shí)三維超聲心
動(dòng)圖的原理作了初步探討 ,介紹了此項(xiàng)技術(shù)發(fā)展中的
‘瓶頸’及其應(yīng)對(duì)措施 ,比較了寬角“金字塔”、窄角“瓜
瓣樣” (或稱“蛋糕塊” ) 2 種顯示形式各自的優(yōu)缺點(diǎn) ,并
分析了實(shí)時(shí)三維超聲的潛力 ,展望了臨床應(yīng)用前景。
張運(yùn)等的論文介紹了應(yīng)用實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖新技術(shù)
探測(cè)、切割和顯示正常成人心血管結(jié)構(gòu)的方法學(xué)和初
步體會(huì) ,發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的二維超聲技術(shù)相比 ,實(shí)時(shí)三維超
聲技術(shù)具有即刻顯示心臟局部“蛋糕塊”圖像內(nèi)任一結(jié)
構(gòu)的三向正交切面和空間毗鄰關(guān)系的優(yōu)點(diǎn) ,而全容量
三維超聲技術(shù)則具有迅速顯示心臟整體“金字塔”圖
像內(nèi)任一結(jié)構(gòu)的三向正交切面和空間毗鄰關(guān)系的優(yōu)
點(diǎn)。謝明星等介紹了在較大系列的臨床患者中應(yīng)用實(shí)
時(shí)三維超聲技術(shù)的體會(huì) ,認(rèn)為這一技術(shù)在顯示房室瓣、人工瓣、房室間隔缺損修補(bǔ)術(shù)后補(bǔ)片、復(fù)雜先心病的空
間結(jié)構(gòu)等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。張梅等在一組先天性
和瓣膜性心臟病的患者中對(duì)比了常規(guī)二維和實(shí)時(shí)三維
超聲心動(dòng)圖的定性和定量診斷價(jià)值 ,發(fā)現(xiàn)與手術(shù)診斷
相比 ,實(shí)時(shí)三維超聲技術(shù)的完全定性診斷準(zhǔn)確率和測(cè)
量房間隔、室間隔缺損直徑的準(zhǔn)確率均高于二維超聲
技術(shù)。王靜、黃潤(rùn)青二作者分別探討了實(shí)時(shí)三維超聲
心動(dòng)圖測(cè)量右心室容積和左心室容積的方法學(xué)及其在
收縮功能檢測(cè)中的應(yīng)用 ,初步結(jié)果顯示此法在臨床上
有較大的實(shí)用價(jià)值。張薇等在體外實(shí)驗(yàn)中檢驗(yàn)了實(shí)時(shí)
三維超聲測(cè)量室間隔缺損直徑和面積的可靠性,發(fā)現(xiàn)與
解剖測(cè)值相比有高度相關(guān)。費(fèi)洪文綜述了實(shí)時(shí)三維超
聲心動(dòng)圖早期技術(shù)的臨床應(yīng)用情況,介紹了近年來(lái)這一
領(lǐng)域內(nèi)的一些進(jìn)展 ......
作者單位:250012 濟(jì)南,山東大學(xué)齊魯醫(yī)院心內(nèi)科
三維超聲心動(dòng)圖:從靜態(tài)、動(dòng)態(tài)到實(shí)時(shí)
張運(yùn)
Three2dimensional echocardiography: from static , dynamic to live
ZHANG Yun. Department of Cardiology , Qilu Hospital , Shandong Univer sity , Jinan 250012 , China
超聲心動(dòng)圖學(xué)自誕生以來(lái) ,已經(jīng)歷了一維、二維、三維顯像技術(shù)的重要發(fā)展階段。1954 年瑞典學(xué)者
Elder首次應(yīng)用超聲波成功地記錄到室壁和瓣膜的運(yùn)
動(dòng)曲線 ,標(biāo)志著M型超聲心動(dòng)圖的誕生。1971 年荷蘭
學(xué)者Bom首次應(yīng)用自行研制的線性相控陣儀器成功
地記錄到心臟切面觀的動(dòng)態(tài)圖像 ,標(biāo)志著二維超聲心
動(dòng)圖的誕生。20 多年來(lái) ,隨著聲學(xué)材料、探頭技術(shù)和
微電子學(xué)的迅速發(fā)展 ,二維超聲心動(dòng)圖的空間和時(shí)間
分辨力不斷提高 ,目前已成為心血管病超聲診斷的常
規(guī)和基本技術(shù)。
雖然心臟的二維顯像與一維顯像相比具有突出的
優(yōu)勢(shì),但仍有其限制性: ①心臟是一個(gè)具有復(fù)雜三維形
態(tài)的動(dòng)態(tài)器官,在二維超聲檢查過(guò)程中,運(yùn)動(dòng)的心臟結(jié)
構(gòu)進(jìn)出于固定的超聲切面中,為了獲得心臟結(jié)構(gòu)的完整
印象,操作者必須從多切面圖像中推想其三維形態(tài),因
而具有一定的盲目性; ②二維超聲所顯示的心臟切面為
臨床醫(yī)師所陌生,初學(xué)者需要較長(zhǎng)的學(xué)習(xí)過(guò)程和操作訓(xùn)
練; ③二維超聲檢查高度依賴操作者的手法,診斷結(jié)果
的操作者間變異較大; ④心臟的大部分表面被骨性胸廓
和肺所包繞, 操作者僅能通過(guò)有限的聲窗獲得少數(shù)的
切面, 某些具有重要診斷意義的切面(如平行于房間隔
或室間隔的切面)無(wú)法獲得; ⑤在復(fù)雜心臟畸形的患者,二維超聲檢查耗時(shí)費(fèi)力,診斷困難; ⑥大多數(shù)二維超聲
心動(dòng)圖定量診斷方法和公式均基于心臟結(jié)構(gòu)或病變的
幾何形態(tài)假設(shè),具體應(yīng)用時(shí)常有較大的誤差。
為了克服這些限制性, 國(guó)外學(xué)者從20世紀(jì)70年代
中期就已致力于三維超聲心動(dòng)圖的方法學(xué)研究。1974
年,Dekker等[1]
首先報(bào)道使用與機(jī)械臂相連的經(jīng)胸探頭
進(jìn)行心臟三維圖像重建的研究,標(biāo)志著靜態(tài)三維超聲心
動(dòng)圖學(xué)的誕生。我國(guó)學(xué)者在這一領(lǐng)域的研究起始于
1987年,李英杰等[2]
應(yīng)用經(jīng)胸超聲探頭的心尖轉(zhuǎn)動(dòng)法采
集二維圖像,以網(wǎng)絡(luò)法顯示左室的三維框架。1993 年,王新房等[3]
應(yīng)用雙平面經(jīng)食管超聲和表面顯示法進(jìn)行
了心臟的靜態(tài)三維重建。然而,靜態(tài)三維超聲技術(shù)具有
采集切面較少、圖像立體感差、無(wú)法顯示心臟的內(nèi)部結(jié)
構(gòu)和收縮運(yùn)動(dòng)、定量診斷準(zhǔn)確性低等缺點(diǎn)。1993 年,美
國(guó) Pandian和荷蘭 Roelandt 2個(gè)小組首先報(bào)道了應(yīng)用多
平面經(jīng)食管超聲和容量顯示法進(jìn)行心臟動(dòng)態(tài)三維重建
的研究,標(biāo)志著動(dòng)態(tài)三維超聲心動(dòng)圖學(xué)的誕生[4]。1994
年我們與北京科力公司合作自行研制了我國(guó)第 1 臺(tái)多
平面經(jīng)食管動(dòng)態(tài)三維超聲心動(dòng)圖軟件系統(tǒng)并進(jìn)行了系
列定量研究[5]
,1995年沈?qū)W東和王新房等[6]
首先引進(jìn)了
TomTec 公司的動(dòng)態(tài)三維超聲心動(dòng)圖軟件系統(tǒng),這些研究
克服了靜態(tài)三維超聲技術(shù)的缺點(diǎn),可進(jìn)行心臟內(nèi)部結(jié)構(gòu)
的動(dòng)態(tài)觀察,顯著增加了定量診斷的準(zhǔn)確性。然而,動(dòng)
態(tài)三維超聲技術(shù)的圖像采集和處理耗時(shí)費(fèi)力,圖像質(zhì)量
受到心律失常和呼吸幅度的影響,圖像分辨率較低,臨
床應(yīng)用仍然受到較大的限制。
為了使三維超聲盡快進(jìn)入臨床常規(guī)應(yīng)用 ,實(shí)時(shí)三
維超聲心動(dòng)圖的研究已勢(shì)在必行。20 世紀(jì) 90 年代
末 ,美國(guó)杜克大學(xué)研制了實(shí)時(shí)容量三維超聲心動(dòng)圖
(real2time volumetric echocardiography)系統(tǒng) ,可實(shí)時(shí)顯示
心臟的三維結(jié)構(gòu)和 X、 Y、 Z軸的任一切面 ,但由于探頭
陣元數(shù)目較少 ,圖像分辨率甚低 ,不能滿足臨床的需
要 ,故未獲得廣泛應(yīng)用[7 ]。晚近飛利浦公司首次推出
高分辨率的實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖系統(tǒng) ,該系統(tǒng)采用超
矩陣(x2matrix)探頭、高通量的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(x2stream)
和三維空間定位系統(tǒng)(navigator)等 3 種先進(jìn)技術(shù) ,探頭
晶片由 3 000 多個(gè)陣元組成 ,以矩陣排列 ,探頭在沿晶
片矩陣X軸同步發(fā)射多條聲束構(gòu)成1幀二維圖像的同
時(shí) ,可沿矩陣 Y軸依次發(fā)射聲束構(gòu)成若干幀二維圖
像 ,從而形成立體發(fā)射和立體接收的三維聲束。探頭
接收聲束內(nèi)的所有反射回聲后以體元顯示法顯示心臟
的2種三維圖像 ,一種是真正的實(shí)時(shí)三維圖像 ,顯示為
寬呈 60°扇角和厚呈 15°扇角的“蛋糕塊”(piece of
cake) ,另一種是快速重建的全容量三維圖像 ,由 4 個(gè)
觸發(fā)心動(dòng)周期的4個(gè)“蛋糕塊”組合為較大的“金字塔”
(pyramid)形三維圖像。獲取三維圖像后 ,應(yīng)用儀器的
切割功能可從 X、 Y、 Z 3 個(gè)方向任意切割 ,從而可動(dòng)態(tài)
觀察3個(gè)正交方向上任一切面觀內(nèi)的心臟結(jié)構(gòu)。由于
實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖是一嶄新的技術(shù) ,國(guó)際文獻(xiàn)中鮮
· 96 · 中華超聲影像學(xué)雜志2003年2月第12卷第2期 Chin J Ultrasonogr , February 2003 , Vol 12 , No. 2
? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.有報(bào)道。為了加快這一新興技術(shù)在我國(guó)的研究和推
廣 ,本期重點(diǎn)報(bào)道了國(guó)內(nèi)最早應(yīng)用實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)
圖作者們的最新研究成果。王新房對(duì)實(shí)時(shí)三維超聲心
動(dòng)圖的原理作了初步探討 ,介紹了此項(xiàng)技術(shù)發(fā)展中的
‘瓶頸’及其應(yīng)對(duì)措施 ,比較了寬角“金字塔”、窄角“瓜
瓣樣” (或稱“蛋糕塊” ) 2 種顯示形式各自的優(yōu)缺點(diǎn) ,并
分析了實(shí)時(shí)三維超聲的潛力 ,展望了臨床應(yīng)用前景。
張運(yùn)等的論文介紹了應(yīng)用實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖新技術(shù)
探測(cè)、切割和顯示正常成人心血管結(jié)構(gòu)的方法學(xué)和初
步體會(huì) ,發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的二維超聲技術(shù)相比 ,實(shí)時(shí)三維超
聲技術(shù)具有即刻顯示心臟局部“蛋糕塊”圖像內(nèi)任一結(jié)
構(gòu)的三向正交切面和空間毗鄰關(guān)系的優(yōu)點(diǎn) ,而全容量
三維超聲技術(shù)則具有迅速顯示心臟整體“金字塔”圖
像內(nèi)任一結(jié)構(gòu)的三向正交切面和空間毗鄰關(guān)系的優(yōu)
點(diǎn)。謝明星等介紹了在較大系列的臨床患者中應(yīng)用實(shí)
時(shí)三維超聲技術(shù)的體會(huì) ,認(rèn)為這一技術(shù)在顯示房室瓣、人工瓣、房室間隔缺損修補(bǔ)術(shù)后補(bǔ)片、復(fù)雜先心病的空
間結(jié)構(gòu)等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。張梅等在一組先天性
和瓣膜性心臟病的患者中對(duì)比了常規(guī)二維和實(shí)時(shí)三維
超聲心動(dòng)圖的定性和定量診斷價(jià)值 ,發(fā)現(xiàn)與手術(shù)診斷
相比 ,實(shí)時(shí)三維超聲技術(shù)的完全定性診斷準(zhǔn)確率和測(cè)
量房間隔、室間隔缺損直徑的準(zhǔn)確率均高于二維超聲
技術(shù)。王靜、黃潤(rùn)青二作者分別探討了實(shí)時(shí)三維超聲
心動(dòng)圖測(cè)量右心室容積和左心室容積的方法學(xué)及其在
收縮功能檢測(cè)中的應(yīng)用 ,初步結(jié)果顯示此法在臨床上
有較大的實(shí)用價(jià)值。張薇等在體外實(shí)驗(yàn)中檢驗(yàn)了實(shí)時(shí)
三維超聲測(cè)量室間隔缺損直徑和面積的可靠性,發(fā)現(xiàn)與
解剖測(cè)值相比有高度相關(guān)。費(fèi)洪文綜述了實(shí)時(shí)三維超
聲心動(dòng)圖早期技術(shù)的臨床應(yīng)用情況,介紹了近年來(lái)這一
領(lǐng)域內(nèi)的一些進(jìn)展 ......
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