肝.内.血.管.结.构.的.三.维.超.声.成.像

 


中华超声影像学杂志 1999年第2期第8卷 临床研究

作者:徐..雄 张..萍 周..

单位:430030 武汉, 同济医科大学附属同济医院超声科

关键词:肝;超声检查;血管;三维超声重建


【摘要】

目的 探讨实质性脏器内血管结构的三维超声重建方法及其临床应用前景。

方法 对10例正常肝脏和9例异常肝脏的肝内血管进行三维超声重建,探头频率3.5~5.0 MHz。重建模式选用透明成像最小回声模式、表面成像模式及混合模式。

结果 用透明成像最小回声模式重建的肝内血管三维图像,其血管树连续性好, 无中断现象;可显示末端细小的分支或属支; 血管形态规整, 边缘平滑;血管间空间关系明确; 能整体显示肝内大血管,类似其真实解剖关系。 透明成像模式与其它成像模式如与X线模式或表面模式组合,能同时识别肝内血管结构与周围病变组织的空间毗邻关系。用表面成像模式重建的血管三维图像,可清晰显示血管的内腔及其内壁结构特征,并可显示血管分叉处的开口。

结论 肝内血管的三维重建将对肝内血管性疾病的诊断及制定治疗方案提供更为丰富的信息。

  Three-dimensional sonographic reconstruction of intrahepatic vascular structures XU Huixiong, ZHANG Qingping, ZHOU Yuqing. Department of ultrasonography, Tongji Hospital, Tongji Medical University, Wuhan 430030

  【Abstract】 Objective To evaluate the methodology and the clinical value of three-dimensional (3D) sonographic reconstruction of the vascular structures in parenchymatous organs.Methods 10 normal livers and 9 abnormal livers were studied. The instrument used was Kretz voluson 530D 3D imaging system of Medison, Korea. The transducer used was 3D volume transducer with frequency of 3.5~5.0 MHz. The rendering mode were transparency minimun, surface imaging and mixed rendering mode.Results when rendered by transparency minimun mode, the vascular trees of 3D images were continuous, the spatial relationship among the vascularities was definite, the fine branches or tributories could be displayed well. When the transparency minimun mode was combined with X-ray mode or surface rendering mode, the relationship between the intrahepatic lesions and the intrahepatic vessels could be demonstrated clearly. The structural feature of lumen, internal wall and the opening of the bifurcation of vessels could be demonstrated when the 3D images were reconstructed by the surface rendering mode.Conclusions the 3D images of the intrahepatic vessels will be of clinical significance for the diagnosis and the treatment of the intrahepatic vascular diseases.

  【Key words】 Liver, ultrasonography Blood vessels  Three-dimensional sonographic reconstruction

  既往对实质性脏器内血管的三维超声重建多是利用管腔内血流的多普勒信息(包括彩色多普勒血流显像及彩色多普勒能量图)[1,2],但是由于多普勒信息的一些内在缺点,譬如仪器调节不当引起的管腔内彩色血流充填不足或外溢,血流方向与声束夹角过大或血管位置深在而不易显示等,其三维图像与其真实解剖结构间存在较大差别。本研究利用肝内血管的灰阶信息进行三维超声重建,旨在探讨其重建方法及临床应用前景,同时对利用灰阶信息和血流多普勒信息进行三维重建的优缺点进行了分析。

资料和方法

一、 研究对象

  1997年11月~1998年3月, 我院住院患者19例,其中男15例,女4例。包括正常肝脏10例, 肝淤血2例, 门静脉高压5例,原发性肝细胞癌2例。


二、 仪器

  采用装置为韩国Medison公司Kretz Voluson 530D数字化三维超声成像系统,探头为凸阵三维探头, 频率3.5~5.0 MHz。三维探头内有一机械装置, 可驱动晶片作等距离扇形扫查。


三、 图像采集

  对欲重建的脏器或组织结构常规进行二维超声检查,调整各项参数使二维图像显示最佳。感兴趣区距离体表较近, 探头频率选择分辨力状态;感兴趣区距离体表较远, 探头频率选择穿透力状态。探头周围涂以足够的耦合剂,以保证采集时图像的完整性及避免近程产生的伪像。调整取样框的大小, 使感兴趣区包括在取样框中,同时调整预期容积数据库的纵向角度以获得不同大小的数据库。图像采集前, 常规进行预扫,保证获得的每幅图像都能显示最佳。 图像采集时,探头置于预期数据库的中心位置, 在获取最佳断面图像后,探头固定于体表不动, 同时嘱被检查者屏住呼吸,以避免呼吸时脏器的运动产生的伪像或由于呼吸所致的腹壁运动伪像。图像采集速度可选择快、 正常、 慢三种状态,采集速度快, 每帧图像间间距较大,重建的三维图像效果较差; 采集速度慢, 图像间间距较小,形成的锥体数据库较为准确, 但又存在采集时间过长,呼吸不易控制等弊端。采集时可根据取样框的大小调整速度。 图像采集完成后,即在屏幕上出现欲重建结构的A平面、 B平面及C平面断面声像图。整个采集过程持续约5~10秒。


四、 三维重建

  图像采集完成后, 即可进行三维重建,中间采集到的资料处理过程极短, 约1~2秒,几可忽略不计。重建开始前, 可激活A平面或B平面、 C平面,通过平行移动可显示感兴趣的结构,将中心点置于感兴趣区, 继而通过旋转X、 Y或Z轴,选取最佳观察方向。 上述过程完成后, 即可进行三维重建。

  重建模式选择透明成像最小回声模式及表面成像模式。透明成像最小回声模式还可与其它成像模式如与X线模式或表面成像模式等组合,形成混合模式, 组合的百分比可通过面板上的旋钮调节。透明成像最小回声模式仅接收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的结构;表面成像模式接收声束方向上距离探头最近的回声,适合于观察组织结构的表面信息,具体用于血管的三维重建可用于观察血管的内腔及内壁结构特征。

  上述过程完毕, 可得到感兴趣区的三维图像。重建后的三维图像如不满意, 仍可通过X、 Y、 Z轴方向的旋转及调整感兴趣区的大小以获得最佳三维图像。之后尚可进行一些后处理操作, 如通过选择高通、低通滤掉不必要的信息, 同时还可调节三维图像的增益和S曲线使三维图像更清晰。采用透明成像最小回声模式时, 可将图像黑/白反转使之更易于显示。其它尚可给三维图像加上不同颜色的伪彩,以更适于人眼对组织结构的识别。

  通过选择X轴或Y轴方向上的旋转及旋转角度的大小,三维图像可得以动态显示, 更富于立体感。

  重建后的三维图像可保存于内置硬盘或外置硬盘上,并作录像及照片保存。 整个三维重建过程约2~3分钟。


  结  果

  在获得最佳二维图像后,本组资料的血管三维图像均较为满意。


   用透明成像最小回声模式重建的正常肝内血管三维图像,其血管树连续性好, 无中断现象;可显示未端细小的分支或属支; 血管形态规整, 边缘平滑;血管间空间关系明确;可同时显示肝内大的血管结构如下腔静脉、 肝静脉、门静脉及其空间位置关系, 其三维图像接近正常解剖结构。如图1B所示为正常肝内血管树三维图像,可清晰显示肝内门静脉与肝静脉间的立体交叉关系,门静脉左支、右支及终末端的细小分支清晰可见。因为成像是利用组织的灰阶信息,重建后的血管走行及管腔大小失真度较小。 与图1A同一患者的二维图像相比较,显示的血管段更长, 显示的血管分支更为丰富,显示的血管间位置关系更明确。 图2为肝内主要大血管的三维图像,与正常肝内大血管的示意图相对照,可以发现二者有极相似之处。

 

图1A 正常人肝内血管的二维图像;图1B 利用透明成像最小回声模式重建的肝内血管三维图像

(GB胆囊,lPV门静脉左支, RPV门静脉右支, MHV中肝静脉, RHV右肝静脉)

图2 肝内血管三维图像, 显示肝静脉、下腔静脉及其属支、 门静脉及其分支

(LPV门静脉左支, RPV门静脉右支, MHV中肝静脉, RHV右肝静脉, lHV左肝静脉)

  图3 透明成像最小回声模式与X线模式组合,显示肿瘤与血管的空间位置关系

(RHV右肝静脉, RPV门静脉右支, T肿瘤)

透明成像最小回声模式与X线模式或表面成像模式组合,还可显示血管与周邻病变组织的关系。 图3为1例原发性肝癌的三维图像,成像模式为最小回声模式与X线模式的组合,可显示癌肿与门静脉右支及右肝静脉的空间位置关系,并可见门静脉右支被推挤移位。
用表面成像模式重建的血管三维图像,可清晰显示血管的内腔及内壁结构特征,并可显示血管分叉或汇合处的开口(图4)。

图4A 肝内血管的二维图像图4B 利用表面成像模式显示门静脉的内壁结构特征及其分叉处的开口(箭头所示)


讨  论

三维超声成像自八十年代末始试用于临床,业已在以下方面显示出其临床应用价值:对含液性结构和病变可显示其立体形态、内部结构和内壁特征; 对被液体环绕的结构和病变,可清楚显示其表面特征;采用透明成像可显示实质性脏器内部结构的形态和空间位置关系[1-5]

在血管三维重建方面,三维超声已与彩色多普勒血流成像及彩色多普勒能量图等技术相结合,能比较满意地显示脏器内的血管三维图像,但仍存在较多问题需要解决:

①彩色多普勒输出功率、增益或量程调节不当时, 会产生噪音或彩色血流不能显示,影响三维图像的质量;

②由于呼吸时脏器的运动对血流产生的伪像;

③肝左叶由于心脏搏动产生的噪音;

④彩色血流在管腔内常充填不足或外溢,可能遮盖疾病的本来面目, 造成误诊;

⑤彩色血流数据的采集由于帧频较慢,导致取样时间过长, 被检查者呼吸不易控制,特别对于病重患者;

⑥同样由于受到帧频的影响,彩色血流的取样框不能过大, 因此受检范围局限,整体显示脏器内血管较困难;

⑦由于病变位置深在或声束与血流方向间夹角过大等因素可能影响彩色血流的质量,继而影响血管三维图像的效果。


  本研究中的透明成像最小回声模式及表面成像模式均利用组织的灰阶信息进行血管三维重建,避免了由于利用血流多普勒信息进行三维重建的一些缺点,能逼真再现血管结构的真实解剖情况。透明成像最小回声模式用于显示正常肝内血管树时血管连续性好,可显示末端的细小分支或属支,血管形态规整,边缘平滑,管腔无迂曲、扩张;同时取样时间短,呼吸易控制;取样范围大,可包括整个肝脏,有利于肝内血管树的整体显示;采用表面成像模式可直接显示脏器内血管的内壁特征、管腔内有无异常回声及分支处的开口;采用三维探头克服了以往机械驱动扫查繁重的支架及繁琐的操作过程,探头可置于肋缘下或肋间任意位置进行扫查;与自由臂扫查技术比较,其资料处理过程更短,重复性更高。但是,与以往利用血管多普勒信息进行三维重建相比较,也存在对细小血管不够敏感等问题。
 
  透明成像最小回声模式与其它成像模式如与X线模式或表面成像模式组合,还可显示实质性脏器内血管与周邻病变组织的立体位置关系。如本文中1例原发性肝癌的三维图像,癌肿与血管间的位置关系清晰可见,并可见到周邻血管的受推挤移位,该图像可为外科医师术前选择手术路径及制定手术方案提供形态学上的直观依据。
 

  肝内血管的三维重建,有可能在以下方面显示其临床应用价值: ①肝内血管先天性畸形;②血管扩张、狭窄或闭塞, 如肝动脉瘤、 门静脉血栓、门静脉癌栓等;③血流的异常分布、血液分流或返流,如门静脉海绵样变性、门静脉侧支循环建立、布查氏综合征时肝静脉间异常交通支形成等;④病变部位血流状态的评价,如肝肿瘤、肝脓肿等;⑤能显示病变组织与血管树的空间关系,如肝癌可显示癌肿与下腔静脉、肝静脉的位置关系,为术前制定手术方案提供指导。

  利用肝内血管的灰阶信息进行三维重建,其三维图像更接近真实解剖结构,为肝内血管三维重建开辟了新的途径,若能与利用血流多普勒信息进行三维重建相结合,相信将在临床上发挥越来越重要的作用。


  参考文献

  1 Rankin RN, Fenster A, Downey dB, et al. Three-dimensional sonographic reconstruction:techniques and diagnostic applications. AJR, 1993, 161:695-702.

  2 Downey DB, Fenster A. Vascular imaging with a three-dimensional power doppler system. AJR, 1995, 165:665-668.

  3 Hamper UM, Trapanotto V, Sheth S, et al. Three-dimensional US:preliminary clinical experience. Radiology, 1994, 191:397-401.

  4 张.青.萍, 周.玉.清, 乐.桂.蓉, 等.静态结构三维超声成像临床应用研究. 中华超声影像学杂志,1998, 7:3-6.

  5 徐.辉.雄, 张.青.萍, 周.玉.清, 等.三维超声成像在眼部疾病的初步应用. 放射学实践, 1998,13(2):66-70.