摘要:通过简要介绍胎儿畸形的概念、病因、发病率及影响检出率的因素,回顾三维超声的发展史,尤其是在医学领域的发展历程;从三维数据采集与处理和三维图像的重建与显示两方面介绍了三维超声成像的基本原理;并将三维超声与二维超声相比,分别从诊断胎儿颜面部、心脏、脊柱、四肢及脑部畸形等方面,突出了其在胎儿畸形产前诊断领域的应用范围,希望突出近几年来三维超声用于评价胎儿畸形的优势、进展及发展前景。

胎儿畸形专指胎儿期胎儿各器官结构存在的形态结构异常,合并或不合并功能异常^{[ 1 ]}。从胎儿畸形的构成看,胎儿胸、腹水占同期胎儿畸形总数的比例最高,其次分别为脑积水、唇裂、成骨发育不全、神经管缺陷、胎儿水肿等。

随着工业的快速发展、新型材料的出现、环境污染的加重以及人们各种社会生活压力的加大,胎儿畸形的发病率有所增加,为了减少围生期病死率,提高出生人口质量,通过产前筛查出胎儿先天畸形具有重要意义。同时,由于人们文化层次和生活质量的提高,对胎儿畸形产前早期诊断和准确诊断的要求越来越高。胎儿畸形的种类繁多,而且同一种畸形在不同孕周,其表现也有可能不同,易受仪器性能、胎儿体位、检查时机等客观因素以及操作者经验水平的影响,诊断较为困难。以往胎儿畸形的诊断多依靠X线平片、羊水穿刺检测甲胎蛋白、染色体及B超等方法进行诊断,其中B超是公认的诊断胎儿畸形的首选方法。二维超声已能检测出多种胎儿畸形,有报道认为,二维超声的检出率为40% ～70% ,这些结果都表明超声技术仍需不断革新以提高胎儿畸形的诊断水平^{[ 2 ]}。20世纪90年代中期以来,三维超声成像技术在产前诊断领域的应用,使得胎儿畸形的诊断取得了突破性的进展,尤其是在显示胎儿颜面部、胎儿心脏以及胎儿脊柱和四肢方面的价值是二维超声以及其他方法所无法比拟的。现就三维超声成像这一新技术应用于胎儿畸形产前诊断领域的研究进展予以综述。

1　三维成像的发展史

三维超声成像的概念最初是由Baum等^{[ 3 ]}在1961年提出的,在采集一系列平行的人体器官二维超声截面的基础上,用叠加的方式得到了器官的三维图像。在以后的20余年中,三维超声成像技术用于胎儿体质量的估计、心室容积的测量及颈动脉斑块的显示等^{[ 4 ]} 。在此期间,很多人做了大量这方面的研究工作,试验了很多方法。诸如Deker在1974年采用的机械臂式扫查方法, 1976年Moil提出的回声定位方法, 1979 年Raab 首次采用电磁定位方法,以及Duke大学Vonn Ramm 等研制的二维面阵探头体积射束方法等等。所有这些方法都是为了获取进行三维重建的超声体积数据^{[ 5-8 ]}。

成像方面, 1974 年Deker、1977年Matsumoto等开始进行心脏三维图像重建的研究并完成了首例心脏三维重建,当时由于数据采集的难度大,处理与显示过程复杂,很难应用于临床^{[ 1 ]}。1986年,Martin利用经食道超声探头获得了静态的三维图像,该技术已能成功进行脑组织、心脏、血管、肝、胆囊、胃、肾脏、膀胱、子宫、卵巢、胎儿、眼、甲状腺、乳腺、睾丸等器官的三维成像及部分疾病的诊断,尤其在对胎儿以及含有液体的空腔脏器、浅表器官的成像方面的价值备受关注^{[ 1 ]}。20世纪80年代后期到90 年代,经过Pandian、Nanda、Roelandt、Ghosh等相继努力探索,由静态薄壳样图像发展到动态灰阶三维超声; 1990年,Wollsch Ige用回拉式经食道超声探头得到了动态心脏三维图像,在临床应用上初见功效,同时胎儿三维形体重构和血管三维也取得了很多进展^{[ 1, 4, 7 ]}。

此后随着计算机技术的日新月异,实时进行庞大的数据处理及重建运算成为现实;随着机械工程和精密材料科学领域的进步,研制成功了电磁场三维数据坐标定位装置,取代了以往的光学及声学定位系统,从而使三维空间定位更加精确^{[ 4 ]}。美国Duke大学的Vonn Ramm等于1990年研制成功实时容积超声成像系统,应用新的矩阵式排列的相控阵探头,能实时显示心脏的三维图像。2000 ～2002年, Kisslo、Ota及Philip s公司在此基础上推出了实时三维超声心动图,这是心脏超声成像领域内的一项重大技术突破,该技术可用于观察心脏形态、检测心腔容积、评价心脏功能、心肌运动以及胎心监测、术中监测等,它为临床医师提供了一个无创观察心脏立体形态的新视窗。