三維超聲在胎兒畸形診斷中的應(yīng)用進(jìn)展

周毓青，嚴(yán)英榴

(1.上海市長寧區(qū)婦幼保健院 華東師范大學(xué)附屬婦幼保健院超聲醫(yī)學(xué)科，上海 200051；2.復(fù)旦大學(xué)附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院超聲科，上海 200011)

三維超聲最早在20 世紀(jì)80 年代進(jìn)入臨床，到了20 世紀(jì)90 年，代隨著商用三維超聲診斷儀的問世，其逐漸進(jìn)入婦產(chǎn)科臨床應(yīng)用[1-4]。但由于受后處理技術(shù)的局限以及胎兒體位等因素的影響，在一段時間內(nèi)，三維超聲因成像時間長、成像效果不確定而并未得到臨床的廣泛認(rèn)可。近5～10 年來，隨著計算機(jī)技術(shù)以及儀器研發(fā)的快速發(fā)展，三維超聲成像技術(shù)實現(xiàn)了革命性的飛躍，不僅正以更豐富的形式展現(xiàn)，圖像分析的時間也大大縮短，因此其在胎兒成像中受到重視。四維超聲（動態(tài)三維超聲）檢查在觀察胎兒神經(jīng)行為等方面的作用也引起了研究者的關(guān)注[5-6]。但隨之而來，也產(chǎn)生了一些對三維超聲技術(shù)在胎兒超聲應(yīng)用中的誤讀、誤用，如片面夸大三維超聲的臨床價值，把胎兒大畸形篩查解讀為“四維超聲”檢查等。結(jié)合筆者的實踐體會，本文將就三維超聲檢查在胎兒畸形診斷中的應(yīng)用作一介紹。

三維超聲顯示模式及成像技術(shù)

三維超聲技術(shù)是采集臟器或組織在一特定空間內(nèi)的容積數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機(jī)分析、重建后顯示其三維立體圖像或特定切面的平面圖，因此最終所獲得的“三維圖像”可以是由無數(shù)幅平面圖組合而成，且包含了特定空間立體結(jié)構(gòu)信息的“立體圖”，也可以是通過某一位點或“超聲聲束切割線”獲得的特定切面平面結(jié)構(gòu)信息的“平面圖”。實時變化的三維超聲掃描即動態(tài)三維超聲技術(shù)，又被稱為“四維超聲”，其可通過獲取一段時間內(nèi)的動態(tài)容積數(shù)據(jù)，顯示臟器或組織的空間立體結(jié)構(gòu)隨著時間而產(chǎn)生的變化。

三維彩色脈沖多普勒或能量多普勒成像則在臟器或組織的三維成像中疊加了彩色血流信息，可用于觀察其立體的血流分布或微循環(huán)狀況，而在胎兒成像中，其有助于觀察心血管系統(tǒng)及其他臟器組織的血管分布、血流狀況。

三維超聲的顯示模式主要分為容積顯示法（見圖1）或斷面顯示法（見圖2）兩大類[7]。三維成像經(jīng)旋轉(zhuǎn)、平移等各種操作，對容積圖像數(shù)據(jù)中具有不同特征的數(shù)據(jù)（如灰階值）等進(jìn)行分割，結(jié)合網(wǎng)格線定位物體形狀[8]，對每一個被分割的部分構(gòu)造輪廓，然后采取擬合的方式進(jìn)行圖像重組，以達(dá)到顯示立體結(jié)構(gòu)或目標(biāo)切面結(jié)構(gòu)的目的。這種對容積數(shù)據(jù)進(jìn)行立體圖像重建的過程稱為“渲染”[9]。圖像重建過程中，3 個正交切面（縱切面、橫切面和冠狀切面）所在的感興趣區(qū)又被稱為“容積數(shù)據(jù)渲染框”，簡稱“渲染框（見圖1）”[9]。一般將在立體空間內(nèi)相互垂直的3 個正交切面分別稱為A 切面、B 切面和C 切面，對應(yīng)儀器上的A、B、C 按鍵。將沿著圖像左右方向的水平軸稱為X 軸，沿著圖像上下方向的垂直軸稱為Y 軸，沿著圖像前后方向的水平軸稱為Z 軸，三者對應(yīng)儀器上的X、Y、Z 按鈕。成像過程中，通過轉(zhuǎn)動X、Y、Z 軸實現(xiàn)對A、B、C 切面的調(diào)整。另外，需要通過一個特定的按鈕（各廠家名稱不一，如slice）調(diào)整三維超聲聲束的切割線，以實現(xiàn)在X 或Y 或Z 軸方向上的平移，最終顯示所需的A、B、C 各切面和（或）三維容積圖。

三維超聲檢查主要可以實現(xiàn)表面圖像重建、切面結(jié)構(gòu)分析、三維血管顯影（見圖3）以及體積計算（見圖4）等功能[10]，如采用表面成像模式可進(jìn)行胎兒結(jié)構(gòu)的表層成像，采用多平面成像模式則可獲得某些二維超聲檢查難以獲得的切面圖，而采用三維能量多普勒成像模式可顯示組織的立體血流信息，應(yīng)用計算機(jī)輔助虛擬臟器功能實現(xiàn)不規(guī)則體積計算（見圖4）。隨著三維超聲技術(shù)的發(fā)展，目前三維超聲的成像模式更趨多樣和靈活，還可進(jìn)行多平面的斷層超聲成像或自由解剖切面成像、容積對比成像、心臟時間空間復(fù)合成像、容積超聲智能導(dǎo)航等，從而獲得更豐富的診斷信息。

圖2 斷面顯示法（三正交平面成像）

圖3 胎盤血管瘤內(nèi)部的三維超聲血管顯影

圖4 不規(guī)則體積（胎兒小腦體積）計算

三維超聲成像模式及其在胎兒畸形診斷中的應(yīng)用

一、表面成像模式

采集到容積數(shù)據(jù)后，僅對距離探頭最近的回聲信號進(jìn)行重建分析，形成感興趣結(jié)構(gòu)的表面輪廓，從而獲得臟器或組織的表面形態(tài)，稱為表面渲染成像。該技術(shù)主要顯示局部或整體的表層信息，是三維超聲技術(shù)最早應(yīng)用于胎兒的成像模式[11]。采用該模式檢查在早孕期即可顯示整個胎兒的形態(tài)（見圖5），包括頭顱、腹部、四肢等；中孕期可顯示胎兒顏面部（見圖6）、指（趾）（見圖7）等相對細(xì)小的結(jié)構(gòu)，可清晰顯示胎兒的結(jié)構(gòu)畸形，如唇裂（見圖8）、脊柱裂、腹裂、腦膨出、臍膨出（見圖9）、足內(nèi)翻等肢體或手足畸形（見圖10）。

圖5 中孕早期胎兒三維超聲圖

圖6 胎兒顏面部

圖7 胎兒手臂和手

圖8 胎兒上唇右側(cè)唇裂

圖9 胎兒臍膨出

圖10 胎兒前臂短小、手腕部角度及手形態(tài)異常

二、測量和體積計算功能

通過三維重建更易獲得測量所需的標(biāo)準(zhǔn)平面，從而提高距離和周長等參數(shù)測量的準(zhǔn)確性[12]。計算機(jī)輔助虛擬臟器功能可實現(xiàn)對不規(guī)則臟器或腫塊的體積測量，可以直接獲得二維超聲檢查無法測量的不規(guī)則物體體積，而對胎兒重要器官的體積進(jìn)行測量可評價胎兒生長發(fā)育狀況[13]（見圖4）。采用自動容積測量技術(shù)，可自動識別不規(guī)則形態(tài)的組織器官及腔隙的輪廓，測量無回聲結(jié)構(gòu)或低回聲結(jié)構(gòu)的容積[14]。

三、多平面成像模式

該模式經(jīng)過三維重建，可將A、B、C 3 個相互垂直的切面圖像同屏顯示。早期的三維超聲，多平面成像即指3 個正交切面的成像。隨著三維成像技術(shù)的發(fā)展，多平面成像被賦予更多內(nèi)涵，凡能同時顯示多個平面的三維成像均屬于多平面成像的范疇。

1.三正交平面成像：這是一種將容積數(shù)據(jù)中的切面圖信息通過互相垂直的A、B、C 3 個正交切面同屏顯示的成像方法，特別是可以獲得二維超聲成像很難獲得的C 平面。此方法不僅可用于同時顯示胎兒結(jié)構(gòu)[如頭顱（見圖2）、臉部]的矢狀切面、橫斷面及冠狀切面，還有研究者采用此方法觀察測量了胎兒額骨的高度和額縫寬度，發(fā)現(xiàn)胎兒額骨從孕第9 周開始骨化；孕13～24 周期間，雙側(cè)額骨高度隨孕周逐漸增高，額縫寬度隨孕周逐漸縮小；額縫在第16 孕周左右開始閉合，在28 孕周向前囟門延伸，到第32 孕周從鼻骨區(qū)至前囟門額縫明顯閉合。該研究觀察了胎兒額骨和額縫的形成和發(fā)展規(guī)律，為早期診斷胎兒顱骨發(fā)育異常奠定了基礎(chǔ)[15]。

2.斷層超聲成像：斷層超聲成像是對容積圖像采用平行等距的多切面切割，實現(xiàn)同一方向的多個平行切面的同屏顯示的方法，可分別在X、Y、Z 軸3 個不同的方向同屏顯示A 切面或B 切面或C 切面的多個平行切面，如對胎兒口唇[16]、顱腦（見圖11）等結(jié)構(gòu)的平行多切面顯示，對聯(lián)體雙胎的連接部位的評估也非常有優(yōu)勢[17]。不同廠家對該技術(shù)的稱謂不一，如稱為容積斷面成像，或智能容積斷層成像。

圖11 胎兒小腦蚓部的三維斷層超聲成像

3.自由解剖切面成像（Omni View）：該技術(shù)在容積數(shù)據(jù)圖像內(nèi)采用直線、曲線、多線條或任意曲線進(jìn)行圖像的切割，可最終實現(xiàn)將容積數(shù)據(jù)內(nèi)任意平面（見圖12）或曲面的切面信息顯示在一個平面圖上顯示,更適合用于對彎曲結(jié)構(gòu)的顯示，如胎兒上腭[18]、四肢、脊柱等。不同廠家對該技術(shù)的稱謂也不一，如稱為任意切面成像（Oblique View）或任意曲面切割成像（Flex Vue）。

圖12 自由解剖成像

4.透明成像模式：該模式是將容積數(shù)據(jù)內(nèi)部不同強(qiáng)度的回聲信息通過渲染而凸顯出來，包括最大模式、最小模式、反轉(zhuǎn)模式、X 線模式[9]。

（1）最大模式：該模式是將容積圖像內(nèi)所有高回聲的信號優(yōu)先計算而顯示出來的一種透明成像模式，適用于顯示強(qiáng)回聲的胎兒骨骼，其對胎兒骨骼系統(tǒng)的顯示較二維超聲成像更清晰，可用于對胎兒顱骨、脊柱（見圖13）、肋骨（見圖13）、四肢的觀察及畸形診斷，以及對脊椎骨的定位[19-20]（見圖14）。

圖13 胎兒脊柱三維超聲透明成像（最大模式）

圖14 胎兒腰椎節(jié)段定位

（2）最小模式：最小模式是將容積圖像內(nèi)所有無回聲的信號優(yōu)先計算而顯示出來的一種透明成像模式，其適用于顯示無回聲的胎兒結(jié)構(gòu)，如胎兒腎囊性病變（見圖15）、胎兒心血管。

（3）反轉(zhuǎn)模式：反轉(zhuǎn)模式是將容積圖像內(nèi)所有無回聲的信號反轉(zhuǎn)為高回聲顯示，而高回聲的信號則被抑制，如對胎兒心腔的反轉(zhuǎn)顯示（見圖16）。

（4）X 線模式：該模式是綜合最大和最小模式的一種透明成像模式，適用于顯示中低回聲的胎兒組織結(jié)構(gòu)，如胎兒肺部、腹部等。

5.容積對比成像技術(shù)：這是一種立體空間的復(fù)合成像技術(shù)，在對容積數(shù)據(jù)進(jìn)行多平面成像的基礎(chǔ)上，顯示一定層厚內(nèi)的組織立體信息，大大提高了圖像的對比分辨率，又被稱為“薄層三維成像”。適用于對囊實性組織的觀察，如對胎兒顱腦的薄層三維顯示（見圖17）。

6.時間空間相關(guān)成像（spatio-temporal image correlation，STIC）：STIC 是采集動態(tài)的三維容積數(shù)據(jù)，獲得一段動態(tài)的心臟或血管的三維容積圖，從而實現(xiàn)在任意方向上觀察心臟或血管動態(tài)切面的技術(shù)（見圖16）。STIC 的圖像采集需時6～12 s，受胎兒體位及胎動影響較大，心尖四腔心及胎動少時容易成功。新型的電子矩陣探頭將STIC 的容積數(shù)據(jù)采集時間縮短至2～3 s，大大提高了成像的成功率，但仍需檢查者具有熟練的胎心篩查和診斷技術(shù)。

圖15 胎兒右腎積水型多囊腎三維超聲透明成像（最小模式）

圖16 心臟時間空間相關(guān)成像圖（反轉(zhuǎn)模式）

圖17 胎兒顱腦容積對比成像

7.三維超聲智能成像技術(shù)：智能三維超聲成像是指獲取三維容積數(shù)據(jù)后，不依賴人為操作，超聲儀按照已設(shè)定好的圖像標(biāo)準(zhǔn)程序，從容積數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確定位特定的目標(biāo)結(jié)構(gòu)，自動獲取診斷平面，并自動測量。智能三維超聲成像在方位和大小顯示方面具有很高的一致性和準(zhǔn)確性，可降低操作者間的差異，簡化評估流程，縮短檢查時間，使超聲檢查更加標(biāo)準(zhǔn)化、程序化和簡單化，提高對疾病診斷的準(zhǔn)確率[21-22]。智能三維超聲成像方法目前尚處于臨床研究階段。

（1）胎兒心臟超聲智能導(dǎo)航（fetal intelligent navigation echocardiography，F(xiàn)INE）：FINE 是在STIC 的基礎(chǔ)上，用于胎兒心臟疾病診斷的三維超聲智能軟件，其可以在系統(tǒng)引導(dǎo)下自動導(dǎo)航，識別、定位胎兒心臟的標(biāo)志性解剖結(jié)構(gòu)，自動顯示胎兒心臟標(biāo)準(zhǔn)切面并標(biāo)記。5D Heart 就是一種新型的FINE 技術(shù)，可定位胎兒心臟的7 個解剖標(biāo)志點（腹圍切面的降主動脈、四腔心切面的胸主動脈、心內(nèi)膜墊十字交叉、右心房壁、三血管氣管切面的肺動脈瓣、上腔靜脈，主動脈橫弓切面的主動脈橫弓），實現(xiàn)了同屏顯示9 幅胎兒心臟標(biāo)準(zhǔn)切面圖像（三血管氣管切面、心尖四腔心切面、心尖五腔心切面、左心室流出道切面、右心室流出道切面、胃泡水平腹部橫切面、動脈導(dǎo)管弓切面、主動脈弓切面、上下腔靜脈-右心房切面），并自動標(biāo)識各解剖切面[23]（見圖18）。

（2）胎兒顱腦超聲智能導(dǎo)航技術(shù)：類似FINE，是在胎兒顱腦容積超聲的基礎(chǔ)上，通過三維超聲智能軟件，在系統(tǒng)引導(dǎo)下自動導(dǎo)航，識別、定位胎兒顱腦的標(biāo)志性解剖結(jié)構(gòu)，可自動顯示胎兒顱腦標(biāo)準(zhǔn)切面并標(biāo)記。中樞神經(jīng)系統(tǒng)五維成像是一種新型的胎兒顱腦智能導(dǎo)航技術(shù)，在胎兒丘腦切面上定位2 個解剖標(biāo)志點（腦中線的中點和透明隔腔），可在計算機(jī)輔助算法下實現(xiàn)同屏顯示4 幅或9 幅胎兒顱腦標(biāo)準(zhǔn)切面圖像（丘腦橫切面、側(cè)腦室橫切面、小腦橫切面、正中矢狀切面4 幅，或加上旁正中矢狀切面、經(jīng)額葉冠狀切面、經(jīng)尾狀核冠狀切面、經(jīng)丘腦冠狀切面、經(jīng)小腦冠狀切面，共9 幅），并自動標(biāo)識各切面結(jié)構(gòu)（見圖19），自動測量雙頂徑、頭圍、小腦橫徑、后顱窩池寬度及側(cè)腦室后角寬度。

三維超聲在胎兒成像中的應(yīng)用評價

一、三維超聲的主要優(yōu)點

1.圖像直觀易懂：三維超聲圖像實現(xiàn)了對某一觀察目標(biāo)的不同角度、不同方向的觀察，使復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)變得易被看懂，而表面成像技術(shù)所得圖像特別逼真，使非超聲科醫(yī)師亦能看懂，有利于超聲醫(yī)師、臨床醫(yī)師及孕婦三者之間進(jìn)行交流。如胎兒存在體表畸形時，三維超聲圖像可以使臨床醫(yī)師更好地了解胎兒體表畸形的嚴(yán)重程度，而對于正常胎兒，孕婦夫婦看見宮內(nèi)胎兒的外形和輪廓后,有利于更早地建立其親子感情（見圖20）。

2.顯示更多切面：部分胎兒切面在二維超聲檢查中難以顯示，但采用三維超聲重建后可比較容易地獲得相關(guān)圖像，拓展了超聲檢查的觀察范圍，有助于觀察胎兒表面或內(nèi)部的切面結(jié)構(gòu)，提高了對胎兒結(jié)構(gòu)的辨識能力及診斷胎兒畸形的能力。如三維超聲重建顯示的顱腦中線結(jié)構(gòu) （見圖21）、顱縫（見圖22）、脊柱（見圖13～14）、肋骨（見圖13～14）等圖像，有助于對相關(guān)結(jié)構(gòu)的觀察；而對于無腦兒 （見圖23）、腦膨出、脊柱裂、唇裂（見圖8）、臍膨出（見圖9）、腹裂、肢體畸形（見圖10）等二維超聲檢查可以診斷的畸形，三維成像檢查有助于進(jìn)一步證實二維超聲檢查中的陽性發(fā)現(xiàn)。

3.顯示立體結(jié)構(gòu)：采用三維超聲獲取的容積數(shù)據(jù)經(jīng)重建后，可比較完整地顯示表面及內(nèi)部的空間立體結(jié)構(gòu)，包括三維立體空間內(nèi)血管的結(jié)構(gòu)和走行，并可實現(xiàn)更便捷的體積計算（見圖4）以及對血流立體分布的計算，對心臟大血管進(jìn)行三維超聲的立體重鑄（見圖24）。得令人滿意的成像結(jié)果。

圖19 胎兒顱腦超聲智能導(dǎo)航技術(shù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)五維成像圖

圖20 雙胎三維超聲圖

圖21 三維超聲重建顱腦中線結(jié)構(gòu)矢狀切面圖

圖22 三維超聲重建胎兒一側(cè)顱骨及冠狀骨縫

圖23 無腦兒

圖24 胎兒心血管三維超聲煊流與煊彩技術(shù)

2.操作者依賴：即使是成功獲取了容積數(shù)據(jù)，顯示三維圖像需要經(jīng)過后處理和分析，即需要進(jìn)行基于不同軸平面的圖像切割或旋轉(zhuǎn)。故操作者不僅需要熟練掌握三維超聲成像的基本原理及處理技巧，同樣需要掌握相應(yīng)的解剖知識，并具有較好的空間想象能力，以便能夠作出對空間位置關(guān)系的判斷，還應(yīng)熟知技術(shù)的適用范圍，避免影響成像的不利因素。

3.成像成本高：配備三維超聲的儀器更昂貴，三維容積探頭的價格也高于二維探頭，三維成像花費的時間更多，成像對醫(yī)師的實踐積累（知識水平及技術(shù)水平）要求均更高，這些都增加了檢查的成本。因此，應(yīng)嚴(yán)格掌握三維超聲檢查的適應(yīng)證，避免不必要的檢查。

三維超聲在胎兒畸形診斷中的臨床價值

王新房教授早在1994 年提出，三維超聲檢查在診斷各種疾病中的價值可分為以下幾類[24]。

一、具有確診意義者

凡觀察對象表面有無回聲區(qū)圍繞或內(nèi)部有無回聲區(qū)者，三維超聲重建圖像清晰，器官或病變的形態(tài)具有特征性，具有診斷意義，如胎兒囊性病變、胎兒心臟畸形等。

二、對診斷具有重要參考價值者

三維重建后可顯示表面或內(nèi)部形態(tài)，或顯示三維立體的血管分布，對診斷具有重要參考意義，如胎兒顱腦中線結(jié)構(gòu)畸形、胎兒顱內(nèi)血管分布等。

三、對診斷具有一定參考價值者

對于實質(zhì)性器官及其內(nèi)部的病變，三維超聲成像能顯示其立體輪廓和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系，雖然不是確診的唯一依據(jù)，但可彌補(bǔ)二維超聲圖像的不足，或為二維超聲圖像的診斷意見提供補(bǔ)充信息，如胎兒水囊瘤、胎兒臍膨出（見圖9）等。

三維超聲檢查在胎兒顯示中的應(yīng)用非常廣泛，隨著超聲技術(shù)的發(fā)展及設(shè)備探頭的改進(jìn)，更多新的成像模式如煊影成像（見圖25）、水晶成像（見圖26）等對于胎兒結(jié)構(gòu)的精細(xì)顯示體現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。

圖25 煊影成像

圖26 水晶成像

近年來，一些醫(yī)療或非醫(yī)療機(jī)構(gòu)開展了利用四維超聲的“胎兒寫真”成像服務(wù)供孕婦家庭選擇，也受到孕婦及其家庭一定程度的歡迎。但國際婦產(chǎn)科超聲學(xué)會等國內(nèi)外的行業(yè)學(xué)會并不贊成純粹為了提供胎兒紀(jì)念影像而進(jìn)行三維或四維超聲檢查[25]。筆者建議，在胎兒體位及羊水量等條件允許的情況下，根據(jù)疾病診斷的需要，合理應(yīng)用三維超聲技術(shù)[26]。