立体超音波的原理与於妇产科的临床运用-ntuhgov.tw.docVIP

立體超音波的原理與於婦產科的臨床運用 施景中 謝豐舟 國立台灣大學醫學院附設醫院婦產部 前 言 聲納波在為人類熟知前，早已經在大自然界中存在了很長的一般時間。動物中如蝙蝠、鯨魚、海豚即是以聲納波作為行進間的導向定位，在人類在應用於臨床用途前，聲納波已廣用於工業及航海用途。醫用超音波在1968年由神經科洪祖培教授及神經外科林成德醫師引入A-Mode超音波(線條超音波)到台灣，兩年後婦產科陳皙堯教授更進一步引進了B-mode超音波(平面超音波)。早期的超音波儀器既笨重、操作麻煩，影像也不清晰；自從實時間超音波的出現後，超音波在醫用方面才算進了一大步。近來，自從超音波的成像技術由類比訊號進步為數位訊號後，不僅成像品質穩定，同時增加了影像後處理的可能性，實為立體超音波出現而舖路。近年來由於電腦工業的大幅進展，帶動了相關產品的研究，硬碟容量的擴大、記憶體的擴增、中央處理器的升級，使得資料的傳輸及運算加速不少，於是數位化的立體超音波便應運而生了。 立體超音波在1970年代末已有些實驗的用途，直正進入臨床使用大約始於1990年代初。1992年張峰鉻醫師等在美國婦產科醫學會雜誌發表的“Primary application of 3D ultrasound in Obstetrics”開了婦科3D超音波的先河[1]，迄今已被引用了一百多次，目前3D超音波已廣為應用於產前異常診斷及胎兒器官體積之測量，86年8月底德國的Merz教授舉辦了第一屆世界婦產科3D超音波大會，我國也在同年10月份由謝豐舟教授等開辦了第一屆亞太婦產科3D超音波的學術會議。立體超音波在心臟科，肝膽方面、腎臟泌尿系亦均有許多論文在世界上發表，因此立體超音波的發展已是世界潮流所趨。 立體超音波的成像原理 二維影像擷取 立體超音波的影像擷取方式，主要可分為兩種：第一種為機械式馬達探頭(Mechanical device), 由馬達帶動內建超音波探頭，在既定範圍內以等速掃描，擷取一系列的二維影像，所得影像輸入3D超音波的中央處理器做運算。第二種為磁場定位影像擷取，利用電磁場為2D探頭所擷取的每一張2D影像做立體空間定位，再將影像及空間資訊合併入3D工作站的中央處理器做運算。 重建立體聲場 此步驟關係著自2D影像到三維空間的重組過程，簡而言之，就是要填補抓取的2D影像與2D影像之間的空白。2D影像由許多像素組成，而立體聲場的最小單位則是由voxel組成。當一連串的2D影像(只含XY平面的資訊)自2D超音波擷取來時，在空間中的Z軸的間隙就須由電腦來自動填補，填補本身運用的數學運算基本上採用的是平均法則(內插法)；換言之，空間中任何一點未知的voxel數值，將由鄰近八點已知的像素由內差法決定，填補完成的立體聲場可包含有XY、YZ、ZX平面及其它任何平面的資料。 投射成像 立體聲場事實上為一組數位化的資料，在16位元的運算下，所有灰階的像素均以0至256中的一個數字表示。俟立體聲場重建完成後，對欲觀察的標的物，須在應用一個特殊的投射模式，將立體聲場中的標的物投影呈現。最常使用的為以下數種投射模式[2]： (1)表面成像：先設定一個觀察點，對立體聲場中的標的物做透視；須先決定欲成像的像素閥值，將觀察點到標的物當中所有小於閥值的voxel均被濾掉，再對剩下的voxel組像，成像時以離觀察點最近的各個剩下的voxel組像，而形成一個塑像般的投射影像。通常加上不同遮光效果，以得到不同效果的立體影像。此種模式成像好處是界限分明，容易研究解剖構造；缺點則為影像缺乏真實感，用於觀察胎兒面部則多半不易為母親接受；心臟科則大都採取此種模式成像。 (2)體積成像：成像範圍涵蓋整個立體聲場，因此表面及深部構造均可選擇性呈現，又可區分為最大強度投影(Maximum intensity projection；MIP)，最小強度投影(Minimum intensity projection)，以及X-ray投影模式。最大強度投影成像採用投影路徑中最大voxel數值，以此數值投影成像；最小強度投影成像則採用投影路徑中最小voxel數值，而X-ray投影模式則採用投影路徑中各點voxel數值平均來投影成像。一般而言，體積成像的影像較光滑，胎兒立體影像多採用之；最大強度投影成像更可用來呈現較高像素的區域，如胎兒骨骼等。 立體超音波的臨床運用 立體超音波在臨床的使用上，起碼有以下優點： (1)沒有傳統傳統超音波方向的限制，我們可自由地由任一方向研究－物體。 (2)就訂定器官空間的解剖位置而言，它可提供定位、軸向、迎向及整體外觀，比傳統超音波只提供單一切面的資訊要強多了。 (3)數位化的資料可實現”虛擬掃瞄”的夢想，孕婦或病患只要在檢查台上躺數分鐘，俟所欲掃瞄的資料存檔後即可離開，醫師可在自己的辦公室以個人電腦