三维超声质量管理目标及工作原理浅析

李立新

(河北省迁安市中医医院设备科，河北 迁安 064400)

随着计算机技术及超声探测技术的飞速发展，超声不仅能显示器官的立体形态和动态变化，还可以直接观察血管分布和血流状况，形成三维超声成像。不仅临床医师需要掌握相关的诊断技术以及技巧，作为设备维护的工作人员也必须掌握相关使用质量管理、工作原理的知识，以便更好地为临床服务。

1 三维超声使用的质量目标

1.1 检查阳性率 计算方法:检查阳性率=检查阳性数/检查总数×100%，质量目标≥70%。

1.2 报告单规范合格率 计算方法:报告单规范合格率=报告单规范合格数/抽查报告单总数×100%，质量目标≥95%。

1.3 完成指令性任务 计算方法:完成指令性任务=完成指令性任务数/指令性任务总数×100%，质量目标:100%。

1.4 技术操作合格率 计算方法:技术操作合格率=合格技术操作数/技术操作总数×100%，质量目标:100%。

1.5 技术考核合格率 计算方法:技术考核合格率=技术考核合格数/考核人员总数×100%，质量目标:100%。

1.6 出具结果时间 超声自检查结束到出具结果的时间≤30 min。

1.7 患者满意度 患者满意度≥90%

1.8 漏诊率 漏诊率为0。

2 三维超声的工作原理

2.1 静态三维超声图像的建立 静态结构的三维成像可采用多种显示模式，并可更具需要通过平移、旋转、切割等方式显示需要显像的局部结构。①表面成像模式:利用灰阶差异的变化或灰阶阈值法自动显示局部的表面轮廓，可广泛地应用于含液性结构及被液体环绕结构的三维成像，如胆囊、膀胱、胎儿面部等。由于组织结构与液体灰阶反差大，因此三维成像清晰。②透明成像模式:利用透明算法实现三维重建，淡化周围组织结构的灰阶信息，使之呈透明状态，从而着重显示临床需要探查区域的结构，同时保留部分周围组织的灰阶信息，使重建结构具有透明感和立体感，以显示实质性脏器内部需探查区域的结构和空间关系。按照不同的计算方法，透明成像又可分为以下模式:最小回声模式(仅接受容积数据库中声束方向上最小回声信息，适合于观察血管、扩张的胆管等无回声或低回声病灶结构)、反转模式(在最小回声模式的基础上，反转低回声与高回声的显示，类似于胶片的正片和负片，使低回声或无回声结构的显示更加清晰，测量更加准确)、最大回声模式(仅接受声束方向的最大回声信息，适合于观察实质性脏器内强回声结构，如强回声的肝癌或血管瘤、胎儿颅骨、脊柱、胸廓、四肢骨骼等骨性结构、子宫腔内高回声的子宫内膜层及宫内节育器等)、X线模式(接受声束方向上所有灰阶信息总和的平均值，成像效果类似于X线平片)、混合模式(为以上4种模式的混合模式，有利于观察病变组织与周围结构的空间毗邻关系，如肝内占位性病变与周围血管之间的关系)。③多平面显示:通常可获得互相垂直的A、B、C 3个平面，A平面为直接扫查的纵切面，B平面、C平面为重建的横切面和冠状面，其中C平面为常规超声无法扫查。3个平面可以任意平移和旋转，对病灶及周围结构关系全面扫查，也可采取类似CT逐层扫描的断层超声成像方法，采集到全部三位超声图像数据后，自定义断层成像的间隔宽度及数目后，同时获得多个平行切面的超声图像。④彩色多普勒血流显示:通过将彩色(能量)多普勒信号及组织信号符合使用，对组织结构内血管行三维成像，明确血管分布、走行、方向及与周围组织的关系。

2.2 动态三维超声图像的建立 动态三维超声图像重建时采用总体显示法，信息量增多，图像质量更好。如心脏超声，成像时使用三维图像重建系统将各个方向扫查时所获得的数以千计的二维图像数字化后予以储存后，根据心电图提取心动周期中同一时相各方位上的二维图像重建，并插补立体方位像素，形成单帧静态三维图像，再汇总各个时相点图像信息，建立心脏某一扫查区域内可以动态连续显示的三维锥体数据库，但这时在仪器上仅显示为几个新组成的二维切面，需要利用平行切割或任意方向切割功能，根据需要观察的方位选出基准参考平面，调出基准参考平面前后各层结构的数据，恰当调节阈值、透明度、切面数和旋转角度等三维图像重建参数，并以此累加，建立起多层次、多结构、具有灰阶的心脏立体图像，按照各时相的先后顺序依次显示各帧三维图像，即动态三维超声心动图。此外，二维图像上的彩色多普勒血流信号也可按照原来的彩色编码转入三维成像系统，实现动态三维彩色多普勒血流显示，直接观察心内分流与反流的位置、时相、轮廓、范围、周径、行程、长度等数据，并可准确显示间隔缺损、瓣膜关闭不全及狭窄处血流束的横断面面积及剖面形态。彩色组织多普勒图像也可转入三维成像系统，显示心肌活动的规律、心肌兴奋的起搏点、心电传导的顺序方向，即动态三维组织多普勒显示。

2.3 实时三维超声图像的建立 矩形探头顶端的换能器由计算机以相控阵方式控制声束的发射和接受，调节各脉冲发射延迟时间，可改变波阵面方向，从而改变声束的倾斜角度及焦距深浅，实现声束的自动转向。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)，再沿Y轴进行方位转向形成二维图像，再使二维图像沿Z轴方向扇形移动行立体仰角转向，于是声束在互相垂直的3个方向进行扫描，形成覆盖靶区各个部位立体结构的金字塔形三维图像数据库。以心脏为例，如果采用16∶1并行处理方式，使16条声束并行扫描，则能够在较大容积内提供相当于二维图像扫描线密度的三维心脏图像，同时发射声束的脉冲重复频率大幅度提高，三维图像的帧频也得到增加。根据实时三维超声心动图不同的扫描方式，可有多种图像显示模式，包括实时窄角成像(声束扫描线在Y轴上行60°方位转向、Z轴上行30°仰角转向扫描，为真正的实时三维成像，快速清晰，图像直观，伪像较少，但图象显示范围偏小)、全容积宽角成像(由紧邻的4个15°×60°实时窄角图像组合相加，形成Y轴和Z轴方向均为60°方位转向，获取的数据范围大，能包含较大范围的结构，可观测心搏量、心肌质量、心壁动态、心肌灌注造影等，缺点是图像由先后4个心动周期的实时三维图像组合而成，患者心脏运动及呼吸剧烈、心律不齐时可出现衔接错位)、三维彩色多普勒血流窄角成像(在连续心动周期中选取相间7个紧邻的纵宽30°、厚度约4.3°的实时窄角数据库，能在三维空间同时显示彩色多普勒血流信号及周围组织灰阶信息，反应心内异常血流的位置、时相、方向、长度、宽度、面积、流量、起止点和严重程度，并使用三维图像处理软件对反流和分流进行精确定量，但成像范围亦偏小，且可能出现衔接错位)、实时三平面成像(使用矩阵型换能器实时采集并显示心脏相互交叉的3个切面，获得同一周期同一时相不同切面上的心脏解剖信息，并在夹角之间插补数据，建立三维超声图像数据库。3个平面之间可以互相调整角度以获得理想的结构显示，可以在较大范围内实时快速显示心脏整体形态及心壁运动，尤其在心律失常情况下检测心脏功能和室壁活动，但因含有众多插补信息，精确度有所下降)、立体三维成像(参照立体电影的原理，使用单个矩阵型换能器获取单幅实时窄角或全容积宽角三维图像，同时复制1个稍有视角差异的三维图，模拟人眼视差叠加2个三维图，形成立体视觉超声图像)等，每种显示模式均可通过旋转和切割图像，多方位地实时观察心脏结构。

笔者认为，只有熟悉和掌握了三维超声相关使用质量管理、工作原理，才能为临床超声科的使用提供优质的设备维护、使用指导以及保障服务，才能更加深入了解超声医学领域的新理论、新技术、新进展、发展方向、科技状态及水平，并且结合临床使用实际展开相关科研工作。