多种三维超声成像方法在肝脏肿瘤中的应用研究



..华 陈..岳 曾.辉 王.

摘 要 目的:探讨多种三维超声重建模式在肝脏肿瘤中应用的可行性。方法:应用百胜AU5超声系统对19个病人23个病灶分别用半透明模式、最小回声模式、最大回声模式和X线模式进行三维重建。结果:应用多种三维重建模式能够提高三维重建的总体成功率(95.7%)。每一种重建模式各有其特点并且能够分别提供一些二维超声图像无法获得的病变信息。这些信息包括肿瘤的空间位置,内部结构,轮廓以及肿瘤和肝内血管的空间位置关系等。充分利用这些信息可以提高我们诊断的准确性。结论:三维超声在肝脏肿瘤中的应用是可行的和有实用价值的。

关键词 三维超声成像 肝脏肿瘤

Clinical Application of Various Kinds of Three Dimensional Sonographies in The Liver Tumors 

Zhou Jianhua, Chen Xiaoyue, Zeng Hui, Wang Yue

Department of ultrasound, Tumor Hospital, Zhongshan University, Guangzhou 510060 China

ABSTRACT Objiective: To explore the feasibility of various modes of three-dimensional reconstruction in the clinical application of liver tumors. Methods: Esaote Au5 ultrasonic system was available. Nineteen patients with twenty-three lesions were examined by three-dimensional ultrasound and then these three-dimensional data was reconstructed respectively with the modes of semi transparent, minimum value, maximum value and absorption X way. Results: The total success rate of reconstruction is greatly improved (95.7%) by the use of various modes of three-dimensional reconstruction. The three- dimensional images of each mode had its own characteristics and could respectively offer some differentiable imaging information which could not be acquired with two-dimensional images. These information included the location, contour and interior structure of the tumor, the relationship between tumor and vascular in the liver and so on. Our diagnostic accuracy could be improved with these information. Conclusion: The application of three-dimensional sonography in the hepatic tumors is practicable and valuable. 

KEY WORDS Three dimensional sonography Liver neoplasms

近年来,三维超声的临床应用报道逐渐增多,显示出其临床应用价值。但系统利用多种三维重建方法在肝脏肿瘤中的应用的报道较少。本研究采用ESAOTE AU5 Invivo Scant三维超声成像系统对肝脏各种回声类型的肿瘤进行多种三维重建,并与二维超声图像比较,旨在探讨三维超声在肝脏肿瘤中的应用价值。

材料和方法

一. 研究对像 本组资料包括2001年10月—2002年3月就诊于我院的门诊和住院患者共计19例23个病灶,其中男性12例,女性7例。年龄26—73岁,平均年龄50岁。包括原发性肝癌10例10个病灶,肝血管瘤2例2个病灶,转移性肝癌7例11个病灶,病灶直径17-160mm,平均64mm。

二. 仪器 检查仪器为百胜AU5,三维成像系统为Invivo ScanNt,探头频率为3.5/5.0MHz。Invivo ScanNt三维成像系统由磁场发生器,接收器和PC机等组成。

三. 图像采集 病人取平卧位或左侧卧位,从肋下斜扫查或右侧肋间扫查。调节二维增益,帧频等参数,使二维图像显示尽可能清晰和平滑,然后将磁场发生器置于接收器50cm范围内,按键进入三维图像采集。嘱病人屏气,平稳均匀缓慢扫查,扫查范围尽可能包括整个肿瘤和肿瘤邻近血管,采集时间10—18秒,平均15秒。

四. 三维重建 图像采集完成后,根据感兴趣部位选择重建范围。重建模式包括表面成像的半透明模式和透明成像的最小回声模式,最大回声模式,X线模式。对每一种模式重建完成后根据图像调节对比度和亮度,以使图像显示最佳。根据需要调整X,Y和Z轴,可以从任意方向对病灶进行观察,还可以做成视频动图,使图像绕任一选定轴360度旋转,便于观察。重建后的图像和视频动图存于MO盘上。 

结果

四种三维重建模式重建的三维图像的情况见表一。

表 一 四种三维重建模式重建的三维图像比较情况
重建模式 半透明模式 最小回声模式 最大回声模式 X线模式
重建成功率 82.6% 60.9% 73.9% 47.8%
血管与病灶关系显示清楚的病例比例 87.5% 93.8% 31.3% 56.3%
伪影出现率 15% 40% 5% 45%

从表中可见看出,半透明模式重建的三维图像成功率最高,血管显示较好,伪影出现率也比较低,是一种比较理想的三维重建模式;最小回声模式重建的三维图像血管显示最好,它显示的血管在长度,管腔,分支和走行均优于其它三种重建模式;最大回声模式重建的三维图像的伪影出现率最低;X线模式重建的三维图像成功率最低,伪影出现率最高。

将四种重建模式重建的图像与二维超声图像相比,三维图像的优点有:1. 肿瘤与血管的关系:三维超声图像(特别是半透明模式和最小回声模式重建的图像)能够显示血管在肝内的空间分布,并且可以显示肿瘤与血管的空间位置关系,血管受推压的方向和血管受压变形(图一)。


图1 A;二维超声图像显示肿瘤(mass)和左上方隐约可见一低回声带(RHV)

图1B:同一患者最小回声模式重建的三维超声图像显示肝右静脉(RHV)受肿瘤(MASS)压迫呈弧形改变



2. 肿瘤的内部结构:三维超声图像(特别是半透明模式重建的图像)能够显示肿瘤的内部坏死液化,坏死液化的内壁表现为凹凸不平,比二维超声图像显示的更形象和具体(图二)


图2 A:二维彩色超声图像显示肿瘤(MASS)内部液化坏死






图2 B:同一患者半透明模式重建的三维超声图像显示肿瘤(MASS)内壁凹凸不平

3. 肿瘤的表面特征;三维超声图像(特别是半透明模式重建的三维图像)能够把肝癌的部分表面特征显示出来,表现为极不平整。4. 肿瘤在肝内的位置:由于三维超声图像能够显示肝内血管与肿瘤的位置关系,有利于肿瘤的定位。5. 肿瘤的立体轮廓:三维超声图像(特别是最大回声模式重建的图像)能够把肿瘤的最大轮廓显示出来,肝癌的轮廓表现为极不规则。四种重建模式能够获得比二维图像更多诊断信息的病例比例见表二:

表 二 四种重建模式重建的图像与二维图像比较情况

重建模式 半透明模式 最小回声模式 最大回声模式 X线模式
三维图像比二维图像提供更多诊断信息的病例比例 78.9% 52.3% 78.9% 52.3%


有些信息是二维平面图像无法获得的,充分利用这些信息可以增加诊断的依据,提高诊断的准确性和可靠性。

讨论

二维超声应用于临床检查已经有几十年的历史,对疾病的诊断和治疗提供了重要的影像学依据⑴。但是二维超声有其不足之处:1. 二维超声的图像是二维结构,而实际脏器却是三维空间结构,因此,超声医生诊断时需要在自己大脑中建立脏器的立体结构。2. 二维超声图像是实际脏器的某一薄层切面,容易受到探头部分容积效应影响,在以后的检查中有时很难重现这些切面⑵。这些原因使得临床医生不易看懂超声图像,对超声检查结果将信将疑,而三维超声立体空间图象有望解决这些问题。

三维超声应用于临床以来,在胎儿,膀胱,胆囊和囊肿的报道较多⑶,但在实质性脏器如肝脏的应用较少,这主要是因为:一方面,肝实质回声均匀,病变如原发性肝癌呈浸润性生长,其边界与正常组织回声灰阶差异小⑷。另一方面,肝脏位于右季肋部,超声扫查时受到肋骨的阻挡,加上肝脏体积较大,三维超声扫查就比较困难。这些原因使得肝脏病变的三维超声重建成功率较低,重建图像质量较差。

本研究采用由磁场发生器,接受器和PC机组成的自由臂三维超声成像系统,对图像重建采用多种三维重建模式,有助于克服这些缺点。

(一)自由臂三维超声扫查具有方便灵活特点,只需在常规二维探头上固定一个接受器便可以进行三维超声检查,由于探头体积小,使用轻便,三维图像采集范围大,采集到的图像信息丰富,重建的图像空间结构清楚,立体感强。

(二)目前使用较多的三维成像模式有两种:表面成像模式和透明成像模式。透明成像模式又分为最小回声模式,最大回声模式和X线模式等。

(1)半透明模式 

传统的表面成像模式接收声速方向上距离探头最近的回声,适合于观察脏器的表面结构特征,在肝脏肿瘤中的应用价值不大。而Invivo ScanNt三维超声成像系统新近推出的一种表面成像模式:半透明成像模式,它利用声速方向上的灰阶信息进行三维重建,回声信息类似于常规二维超声。正常肝组织重建后呈半透明状态,因此具有分辨力高,图像清晰细腻,立体感强等特点,而且三维重建成功率高,不易出现伪像,血管显示率高,显示血管与肿瘤关系(位置,受压变形等)清楚。本组资料用半透明模式重建的三维图像成功率为82.6%,高于最小回声模式,最大回声模式和X线模式。伪像出现率为15%,低于最小回声模式和X线模式。血管显示率为87.5%,高于最大回声模式和X线模式,显示肝内血管和肿瘤空间关系清楚。而与二维图像相比,能够比二维图像提供更多更丰富的诊断信息占78.9%,这些诊断信息包括肿瘤的空间立体结构,内部结构,部分表面特征,血管与肿瘤的空间位置关系等。因此,半透明模式是一种比较理想的肝脏病变的三维重建模式。

(2) 最小回声模式

最小回声模式是利用声速方向上的低回声信息进行三维重建,因此特别适合于肝内无回声病变或管道结构的三维重建,用最小回声模式重建的肝内血管显示最完整,连续性好,分支显示清楚。本组资料中,利用最小回声模式重建的三维图像中,血管显示率最高,为93.8%,重建的肝内血管在血管长度,连续性,分支和管腔的显示方面均优于其他三种重建模式和二维图像。能比二维图像提供更多诊断信息的占52.3%,这些信息包括肿瘤的内部结构,肝内血管的走行方向以及血管和肿瘤的空间立体关系。但是最小回声模式重建的三维图像中伪影出现率为40%,这是影响其图像质量的主要因素。伪影的出现主要是由于图像采集时探头移动不均,造成断层的出现,断层在最小回声模式中表现为无回声的缺损,影响了图像的连续性,造成重建的成功率减低。

(3) 最大回声模式

最大回声模式是利用声速方向上的高回声信息进行三维重建,因此特别适合于肝内高回声病变的三维显示。本组资料中,6例高回声肿瘤用其它三种重建模式均显示不佳,而用最高回声模式重建,重建成功率为100%,并能清楚显示肿瘤的轮廓和肿瘤的立体结构,优于其它三种重建模式。由于它是利用高回声信息进行重建,不利于无回声结构的显示,一般不能显示肝内血管结构,它的血管显示率均低于其他三种重建模式,为31.3%。并且重建的肝正常组织显得比较粗糙。

(4)X线模式 

X线模式是利用声速方向上所有灰阶信息的总和的平均值进行三维重建,类似于X线平片。本组资料中X线模式重建的三维图像成功率较低为47.8%,这主要是由于伪影的影响,伪影出现率达45%,高于其它三种重建模式。但在几例图像质量较好的图像中,其病灶边界,轮廓和血管的显示不差于其它三种重建模式,显示病灶轮廓,边界及血管的关系优于二维图像。X线模式中伪影的出现主要是三维图像采集时探头扇形移动造成三维容积数据库前场和后场分布不等,在图像上表现为前后分布不等,类似于X线平片,当X线透过厚薄不等的结构时,必然在图像上表现为黑白分布不均,要提高X线模式的重建质量,关键是在图像采集时探头移动要均匀,使采集的三维容积数据库在空间上尽可能分布均匀。

通过多种模式三维重建,可以明显提高重建的成功率和找到病灶三维重建的最佳模式。本组资料中通过多种模式重建,总体重建成功率为95.7%,并且可以提供更多有关病灶位置,空间和内部结构,血管与病灶关系等方面的信息,提高诊断的准确性和可靠性。因此三维超声在肝脏中的应用可能有以下几个方面:(1)肝内病变的鉴别诊断,如局灶脂肪肝和肝肿瘤的鉴别,良恶性肿瘤的鉴别等。(2)病灶与血管的空间位置关系的显示有助于临床手术和其它局部治疗路径的选择。Motohide-S等报道:三维超声由于能够显示肝内血管的空间结构,因此在肝脏手术切除肿瘤中是一种有效和安全的导航检查⑸。(3)肝内病灶的定位更准确,Rose-S-C等报道,在肝癌的射频消融治疗中,三维超声比常规二维超声能够明显提高射频治疗的准确性⑹。

总之,随着计算机技术和三维重建软件的不断发展,三维超声在肝脏病变中的应用前景将会更加广阔。

参考文献

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6. Rose S-C, Hassanein T-I, Easter D-W, et al. Value of three-dimensional US for optimizing guidance for ablating focal liver tumors. J-Vasc-Interv-Radiol, 2001, 12(4): 507-515