医学超声三维成像与展望
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2010-06-29
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医学超声三维成像的发展现状与展望
高上凯 高小榕 张志广 郝晓辉
(
清华大学
)
[摘要] 超声三维成像是当前医学超声工程界研究的一个热点。本文介绍了现有的超声三维成像方法
和其中的关键技术 ,并展望了未来的发展趋势。
关键词 : 超声 三维成像
1 概述
超声三维成像是现阶段医学超声工程界研
究的热点之一。传统的超声成像系统虽然能提
供人体断面的二维图像 ,但临床医生要在自己
的脑子里重构出人体的三维结构还需要有相当
的经验。这一现状直接影响着临床诊断的准确
性和治疗的有效性。
例如 ,左心室容积的准确测定在心脏疾病
的诊断中是十分重要的。在仅有二维图像信息
时 ,三维心室容积的测定只能在某种假设
(
例
如 ,假设心室为椭球形状
)
下进行 ,这样做带来
的误差是十分明显的。然而 ,如果获得了三维
心室图像 ,那么准确测定心室容积的问题就迎
刃而解了。
又例如 ,在进行介入性治疗时 ,如果只有二
维图像的引导 ,不仅治疗费时 ,而且准确性也是
比较差的。
很显然 ,超声三维成像具有图像显示直观 ,
可以进行医学诊断参数的精确测量等优点 ,在
医学教学和手术规划等方面有广泛的应用前
景。
2 超声三维成像的方法
现有的 X2CT 及磁共振成像系统可以方便
地获得一系列平行的二维平面图像 ,在此基础
上就不难重构出三维成像。超声三维成像则不
同 ,其不同点至少表现在以下两个方面 :
(
1
)
超声波在人体中传播的特性决定了人
体数据的采集受到一定的限制 ,有些部位数据
的采集
(
例如心脏
)
只能透过有限的“声窗”进
行。于是 ,超声成像系统就不容易采集到有规
则的平行排列的二维图像。由一系列不规则排
列的二维图像重建三维图像显然是比较困难
的。
(
2
)
超声成像的特点是可以获得实时的动
态图像 ,商品化的超声诊断仪每秒可提供 10～
60 帧二维图像。如何有效地利用这些数据 ,重
构出三维甚至四维
(
随时间变化的三维图像
)
图
像 ,一直是人们追求的目标。
超声三维成像的研究实际上已经进行了相
当一段时间 ,所提出的解决方案各不相同。归
纳起来 ,所要解决的问题集中在以下 3 个方面 :
数据采集 ,三维重构及三维显示。
211 数据采集
在超声三维成像中 ,数据采集的难点是 :
(
1
)
由于医生在操作中需要从空间不同的角度
获取二维图像 ,因此就需要有一套定位系统能
给出超声探头在移动过程中所处的准确位置与
指向 ;
(
2
)
为了避免由于病人呼吸、心跳等原因
引起的伪像或失真 ,数据采集的时间应尽可能
短。针对上述问题 ,目前采用机械定位方式、二
维面阵探头、可随意移动超声探头
(
Free2Hand
)
等三种扫查方法。其中 ,机械定位方法对探查
部位有一定的限制 ;二维面阵探头的造价比较
高 ;而许多学者采用的基于电磁式位置传感器
的 Free2Hand 系统看来是现阶段比较实用的方
法。
212 三维重构
在超声三维成像中 ,由于数据采集的方式
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