3D/4D超声影像：走向成熟

Isabelle Wegmann Hachette 康泰瑞影公司 （瑞典）

尽管高效的三维和四维（3D/4D）超声影像技术已经在医学领域应用多年，但是仍未在常规临床实践中普及。这一现象将在2013年有所改观，众多关键性趋势预期将推动该项技术的广泛应用。

直到最近，由于缺乏临床证据，以及缺少具备必要性能又经济实惠的硬件配置，3D/4D升级技术的临床需求仍然较低。临床医师因怀疑其临床效果而尚未对3D技术产生需求，因此硬件也并未随着软件升级。

内科医师需要超声影像提供更确切的信息，而3D/4D超声影像能够发挥这一重要作用，因为2D检查可能无法获得较为完整的解剖数据，而3D/4D超声影像则降低了这一风险。通过3D技术仅需一次扫描即可为多种临床应用提供完整的解剖数据。随着临床证据逐步证明3D/4D技术的质量可靠，临床医师将更加有可能采用该技术。

1.更多的临床证据

一般而言，放射学利益相关者都趋向保守，需要大量的研究后才会广泛接受新的临床实践。多年以来，3D/4D技术一直在进行临床试验，最近开始获得临床证明，立体扫描不会遗漏任何信息的事实，确保了全部数据的采集和处理，并最终实现更加快速和准确的诊断。

例如，当3D图像增强应用到立体扫描时，3D胎儿超声检查展现出对细微胎儿脑缺陷和其他胎儿畸形的优秀诊断能力。特别是，根据Anders Selbing教授研究表明[1]，通过3D影像可以更好地观察胎儿脑部颅骨后近场的结构。

胎脑：上一行图像是A、B、C平面中未经过处理的3D采集图像。下一行图像是A、B、C平面中经过3D图像增强的3D采集图像。注意颅骨后近场的结构变得清晰，因此具备了新的诊断能力。（由Selbing教授提供1）

此外，在今年的国际妇产科超声协会（ISUOG）年会上，Boris Tutschek教授也提出了将立体超声应用于胎脑研究的优势和先决条件。[2]Tutschek教授总结道：“立体3D技术可以实现理想的检查设置，实现大脑中的每个点在两个或三个（正交）平面中的相互关系的研究”，并且“可以实现断层显像（与MR和CT相媲美）。”[2]此外，通过分析相邻的体素的特性，在3D采集基础上实现了3D图像增强。

在今年的国际妇产科超声协会年会上，医师不仅介绍了3D技术的积极影响，而且还使用了临床证据作为他们的论据。尤其是，来自哈佛医学院的Beryl Benacerraf博士展示了3D冠状面图像是定位子宫内避孕器（IUD）臂的盆腔超声扫描的必要组成部分，并且“通过3D技术，可以区分纵隔子宫和双角子宫，因为三个正交平面足以评价体腔的形状。”[3]Valentina Chiappa博士总结道：“3D超声是宫旁浸润评价中的精确诊断工具，在所有明显浸润病例中，其结果可以媲美MR。”[4]

2.真正的风险

由于二维技术到目前为止已经非常成功，放射线学者总体上满足于2D超声技术，此外他们不确定应用3D/4D技术是否利大于弊。目前，3D技术已经可以用于日常实验，真正的风险则是临床医师在使用2D技术可能会遗漏某些信息。托马斯杰弗逊大学的Goldberg、Forsberg和Lev-Toaff等人的研究表明3D采集以及3D图像增强已经在统计学上取得了显著进步。[5]

3D/4D技术可以更清晰地显示器官和病灶的大小、位置、形状和形态，勾勒出它们的轮廓，从而改善诊断和治疗。Benacerraf博士谈到：“立体超声包含所有可用的信息，我们可以显示任何平面中的图像。”[3]配合自适应3D图像增强，我们可以进一步增强立体超声中的信息。3D超声的识别、定位和立体定量提高了诊断质量和测量精度，这是2D超声望尘莫及的。正如Benacerraf博士所说：“在探索信息显示途径的道路上，我们才刚刚起步。”[3]

通过3D超声影像，可以看到器官和深层嵌入结构的真正位置和方向。显著的临床收益使临床医师能够更快地获取更准确的信息。Tutschek教授谈到：“立体3D技术可以实现理想的检查环境，实现每个点在两个或三个正交平面中的相互关系的分析和研究。”[2]

图像：通过3D技术获取的胎儿脊柱图像，渲染图。左侧是未处理的脊柱原始图像，中间是3D增强的脊柱图像，右侧是2D增强的脊柱图像。请注意3D增强图像中胎儿脊柱的清晰轮廓。（由Selbing教授提供1）

大部分放射学医师已经接受过2D技术培训，并且由于过去缺乏3D/4D的临床证据，这使临床医师产生偏见，导致对技术改进的需求较低。但是，通过3D采集，通过一次扫描能够获得整个解剖数据，且能满足大多数的临床应用。从而帮助实现更快速的诊断，激发了应用的需求。

Benacerraf博士展示了快速采集足以重建三个正交平面，并显示每个所需方向的体腔。[3]此外，3D扫描也可以访问与探头垂直的C平面；而2D扫描技术则无法实现。正如Tutschek教授所述：“可以在矢状面内的重建平面中看到小脑蚓部。”2Selbing教授同时指出：“只需提供3D扫描技术的基本培训，经验较少的放射线技师也能有效地获取准确的解剖立体结构。”[1]

3.硬件升级

图形处理器（又称为GPU）不仅越来越多地应用于电子游戏业，而且还可以取代CPU或与CPU协作进行通用计算。随着GPU技术的快速发展和标准程序设计语言的涌现，可以充分发挥3D/4D采集和3D图像增强软件的潜力。

功能强大且廉价的硬件的快速发展以及临床医师日益增加的需求将成为OEM厂商投资强大3D技术的强劲驱动因素。OEM厂商可以轻松地升级到3D/4D超声探头，使其与3D/4D超声影像软件配套。

通过与合适的软件相结合，目前的软件可以高性价比地提供先进功能，而此前获取这些功能需要购置昂贵的专用硬件。例如，超声扫描转换最初是完全通过硬件完成的过程。现在这一过程可以通过先进的图像处理软件完成。

妇产科学是3D/4D技术最擅长的临床应用，可以带来最可靠的临床效益。但是，其他临床应用，如普通放射科和泌尿科的诊断，对3D采集的需求也日益增加，因此3D技术的应用也随之增长。只要临床医师的需求保持增长，OEM厂商将必须投资能够支持3D/4D影像的硬件。

随着临床医师需求的增长、多年临床证据的积累以及硬件升级需求/进步的提升，3D/4D技术将无疑会在2013年获得长足发展，成为业界标准，帮助实现更为准确、有效的实时诊断。

参考资料

[1]Anders Selbing，瑞典林雪平大学医学院临床与实验医学部，3D产科学访谈，2012年10月。

[2]Boris Tutschek，瑞士伯恩大学医学院产科部，通过3D超声途径评价中枢神经系统，ISUOG 2012。

[3]Beryl Benacerraf，哈佛大学医学院，妇科学中的3D技术，ISUOG 2012。

[4]Valentina Chiappa，意大利蒙扎市米兰博科尼大学圣杰勒德医院的妇产科门诊部，探讨3D超声在评价宫颈癌的宫旁浸润中的作用，ISUOG 2012。

[5]B. Goldberg, F. Forsberg, A. Lev-Toaff，托马斯杰弗逊大学医学院，3D/4D超声影像的图像处理，2009年。