实时三维超声讲课_图文

1、实时三维超声心动图的临床应用 昆明市延安医院云南心血管病医院功能科王庆慧背景心脏为一结构复杂、腔室繁多、层次叠覆、活动快速的立体器官。检查者为了了解各个房室、瓣口及大血管的形态、立体方位与连续关系,只能进行多方位二维超声探查,在自己的头脑中“构想”出一副立体图像,才能做出正确的判断。但这种想像中立体图像往往与实际结构形态有很大差异,也难以在检查者与临床医师之间相互交流与沟通。因此,如何以立体方式显示心脏大血管各结构的大体形态、腔径大小、走行方位、空间关系与活动状况等,对心血管疾病诊断有重要价值。 三维超声成像的发展历程1974年Deker,1977年Matsumoto等开始进行心脏三维图像重建

2、的研究,但由于数据采集的难度大,处理与显示过程复杂,很难应用于临床。直至20世纪80年代后期到90年代,经过Pandian、Nanda、Roelandt、Ghosh等相继努力探索,由静态薄壳样图像发展到动态灰阶三维超声心动图,在临床应用上初见功效,故受到重视。三维超声成像的发展历程国内哈尔滨医科大学1987年首先开展静态三维成像研究,建立起网格样静态三维。1991年武汉协和医院率先建立起静态薄壳样立体效果鲜明的经食管三维心脏图像。1994年山东齐鲁医院建立了动态三维心脏薄壳样表面图像。1995年武汉协和医院、上海中山医院应用TomTec三维工作站开展动态三维灰阶超声成像检查,可清晰显示心脏全层

3、各个结构的立体灰阶图像,以及心壁和瓣膜的 活动状态。左心室静态网格样三维超声成像ASD及RVOTS静态网格样三维超声成像三维超声成像的发展历程实时容积超声成像系统(real-time volumetric ultrasound imaging system,由美国杜克大学的Von Ramm等于1990年研制成功,应用新的矩阵式排列的相控阵探头希望建立能实时显示心脏的三维图像。2000-2002年,Kisslo, Ota及Philips公司在此基础上精心研制,推出实时三维超声心动图(real-time or live three-dimensionalechocardiography,这是心脏超

4、声成像领域内的一项重大的技术突破,它为临床医师提供一个能无创观察心脏解剖立体形态的新视窗。我国于2002年10月开始应用此技术。实时三维超声换能器的结构与声束的转向 实时三维超声成像所用的矩阵兆赫,被纵向、横向多线均匀切割为呈矩阵型排列的多达60×60=3600(或80×80=6400个正方形的振元,振元非常微小,直径细如发丝。A 换能器由纵横多线均匀切割的3000多个阵元所组成B 扫描数据呈金字塔形实时三维超声换能器的结构与声束的转向矩阵型实时三维扫描示意图当发射的声束沿预定方向X 轴前进时,可形成一条扫描线(即一维显示;按相控阵方式Y 轴进行方位转向形成二维图像;再使二

5、维图像沿Z 轴方向扇形移动进行立体仰角转向,由于声束在互相垂直的三个方向进行扫描,故最后形成一个覆盖靶区各个区域立体结构的金字塔 形三维图像数据库。实时三维超声的扫描方式目前所用的矩阵换能器能快速发射声束,使之沿Y轴方向转向的同时,也可沿Z轴作仰角转向,单位时间内可获得更多的金字塔形图像三维数据库,因而能在较大容积内提供相当于二维图像扫描线密度的实时三维心脏结构动态图像。如果说以前的动态三维超声心动图类似于一笔笔勾画线条,绘制成一帧帧图片,再连续放映,组成可活动的动画片(carton,而现在的实时三维成像就相当于每帧图像都是快速实拍,可连续播放,能真切显示与被摄对象同步活动的实况电视转播(li

6、ve。实时三维成像所用的扫描方式主要有四种类型:窄角瓜瓣样实时三维扫描、宽角金字塔样显示、彩色多普勒金字塔样显示、三平面取图法。窄角瓜瓣样实时三维扫描这种方式扫描时声束扫描线在Y轴上作60o方位转向、在z轴上作30o仰角转向扫描,画面较窄,呈60°×30°立体图像,形似瓜瓣,故简称“瓜瓣图”。这种方法为真正的实时显示,成像快速,图像清晰,形态直观,伪像很少,通过转动“轨迹球”可从正面、侧面、上方或下方进行实时动态观察。缺点是图像宽度不足,常难于显示瓣膜口全貌,并出现心壁残缺现象。 宽角金字塔样显示即“full volume”(全容积扫描,图像由紧密相邻的4个实时1

7、5°×60°窄角“瓜瓣图”组合相加而成,形成Y轴方位转向均为60°(即60°×60°的方锥型图像,简称“金字塔图”。这种成像的优点是图像包括的范围较大,能显示探测目标的全貌,形像逼真,各结构周邻关系清楚,心壁残缺现象较少,对观测心搏量、心肌重量、心壁动态、心肌灌注造影等有很大帮助。其不足之处是图像系由先后4个心动周期的4个实时三维图像组成,如有位移或心律不齐者可有失真现象,衔接可有错位。 彩色多普勒金字塔样显示其扫描方式和操作方法与“宽角金字塔样显示”基本相似。所不同的是三维图像系14个(或7个连续心动周期中,选取紧密相邻的

8、7个纵宽约30°,厚度约4.3°的窄角薄片状的窄角“瓜瓣图”,组合建成30°×30°的金字塔形立体数据库。此种扫描方式可立体显示瓣膜返流束和心内间隔缺损束的位置、时相、方向、长度、宽度、面积、流程、起止点和严重程度,将对返流和分流进行比较精确的定量。 三平面取图法矩阵型换能器能用三平面(夹角60°取图法快速 进行三维采样,在四腔、二腔和左室长轴3个切面上,分别显示心壁轮廓,获得有关数据,再辅以电子自动插补技术,建立另种类型的实时三维心腔轮廓,进而计算各个房室的容量。实时三维超声心动图的临床应用近两年来,实时三维超声心动图已在一系列国内

9、外广泛使用,进行了临床及动物试验研究,进一步证实它在观察心脏形态、检测心腔容积与评价左右心功能方面具有不可忽视的作用。 在瓣膜病诊断上的价值进行实时三维心动图检查时,结合图像的旋转和切割,可以从不同方位观察各个瓣膜的整体轮廓、边缘厚度、腱索形态、活动状况以及瓣膜病变波及的范围,对诊断瓣膜病有重大的作用。在检查二尖瓣时不但可获得与二维超声相似的心脏瓣膜断面,而且可以适当转动图像方位,观察二维超声所无法显示的可活动的、高低起伏的瓣口沙盘样立体活动图。实时三维超声心动图在临床上对于估计狭窄二尖瓣口的面积、二尖瓣脱垂和二尖瓣腱索断裂的严重程度,确定二尖瓣裂、二尖瓣穿孔,显示瓣膜畸形,感染心内膜炎及其赘

10、生物等由重要的参考意义。此外,在有瓣口狭窄或关闭不全时能清晰显示异常血流的起始部位、走向、途径、范围,为判断血流动力学紊乱程度提供客观依据。实时三维显示正常二尖瓣及主动脉瓣 实时三维显示病变二尖瓣 左心房血栓 实时三维超声观察离体正常二尖瓣 实时三维超声观察离体二尖瓣 实时三维显示二尖瓣前叶脱垂主动脉瓣赘生物形成 先天性心脏病的诊断实时三维超声心动图可观察心壁、间隔与大血管的连续状态。对室间隔缺损、房间隔缺损患者,动态三维超声心动图不仅可在相应的间隔上看到连续中断,如沿间隔附近平行切割,在转动此切面,从与之垂直的方向由左侧或右侧进行观察,还可获得相应部位的房间隔或室间隔平面图,从而显示出缺损的

11、有无、位置、形状、直径、周长。面积、范围、类型及毗邻结构之间的关系及其他。与传统的二维超声心动图相比,此项检查能更多地提供有关解剖立体结构与功能的信息,具有巨大的潜在应用价值。 3D及2D显示室间隔缺损 房间隔缺损 房间隔缺损 心脏功能评价临床研究方面表明,实时三维超声心动图重建的左右室三维图像结构完整、形态逼真、内膜清晰可辨,可以迅速准确测量心室容积及其收缩功能;尤其是对形态不规则的右室容积的测量意义尤为重要,研究结果显示实时三维超声测得的右室心搏量与左室心搏量相关性好;表明应用实时三维超声技术确定右室容积准确可靠、重复性高。近期有作者报道将全容积实时三维图像从心底至心尖分9层平行切割,分别

12、计量各层的容量,其总和即某一瞬间的左室容量,这也是一种准确测定心功能的方法,可试用于临床。实时三维超声心动图评价局部心脏功能从心尖到心底局部舒张末容量呈递增趋势。局部收缩末期容量前壁基底部、室间隔基底部显著高于侧壁心尖部和下壁中间部。局部心搏量从后壁、下壁、侧壁、前间隔、前壁依次递增,在同一节段局部心搏量基本上是从心尖至心底依次递增,前间隔基底部和前壁基底部显著高于侧壁中间部、后壁中间部和下壁中间部。局部射血分数按前间隔、前壁、侧壁、后壁、下壁的顺序递减。局部心搏量与整体心搏量比值从心尖到心底由逐步递增的趋势,从后壁、下壁、侧壁、前间隔、前壁也有递增的趋势,前间隔和前壁此指标显著高于下壁、侧壁

13、和后壁。局部-整体射血分数按前间隔、前壁、侧壁、后壁、下壁的顺序递减,统计分析表明,前间隔基底部和前壁基底部此指标显著大于侧壁中间部、后壁中间部、下壁中间部及侧壁和下壁心尖部,其余各节段间差异无显著性。实时三维显示左心室 肥厚型心肌病 心内血流的实时三维彩色显像实时三维彩色血流显像是继实时三维灰阶显像后的又一新的发展,此项技术可立体显示瓣膜反流束和间隔缺损分流束的位置、时相、方向、长度、宽度、面积、流程、起止点和严重程度,能准确反映反流束和分流束的分布情况以及血流异常通道的走向,并能对偏心性反流程度进行准确评估,从而对反流和分流进行比较精确的定量。 冠心病的应用试验研究显示,犬冠状动脉结扎后经

14、静脉注射氟炭微泡造影剂,应用实时三维超声测量的灌注缺损区心肌重量127g82g,与心肌标本Evans蓝染料确定的危险区心肌119g72g相对照,二者测量的结果显著相关。显示实时三维超声心动图结合心肌声学造影,可以准确地检测缺血心肌的灌注缺损区所在的部位、范围、重量,以及正常、异常灌注造影区的体积和比率,这对冠心病诊断将具有重要价值。心腔肿物的诊断对心腔内黏液瘤、附壁血栓剂其他肿物,实时三维超声可以检测其位置、形态、大小,确定与心壁结构的关系。 左心房粘液瘤 左心房血栓 心脏手术的监护实时三维超声心动图能快速成像,可在手术中实况直观显示心脏各个结构的轮廓,观察心脏瓣膜的形态,探测间隔缺损的部位、大小、形态,及时了解手术后病变矫正的效果及有无漏误。二尖瓣、肺动脉瓣球囊成形术、房间隔缺损、室间隔缺损和动脉导管未闭的封堵器封堵术是最常见的心血管介入治疗。其中由于房间隔缺损及室间隔缺损结构上的复杂,因此更需要明确病变的立体结构,从而提高手术成功率。实时三维成像技术不仅可以在术前对病变进行准确的立体描述,而