三维超声心动图手册

第1章三维超声心动图的物理技术及概述

引言

三维超声心动图（three-dimensional echocardiography,3DE）的出现标志着心血管超声检查的真正突破。计算机和超声探头的主要技术进步为3DE数据采集提供了足够的空间和时间分辨率，用于评估众多心脏病理改变中的解剖结构及功能。与传统的二维超声心动图（two-dimensional echocardiography,2DE）成像相比,3DE基本能够让操作者从任何角度观察心脏结构，提供更加全面的解剖结构的直观显示，以及心脏瓣膜解剖和功能的准确定量评估。此外，3DE克服了几何假设，对心腔进行准确的定量和可重复评估12-1，从而为患者提供可靠的诊断结果，而且3DE是唯一一种基于容积扫描的成像技术，能够显示跳动心脏各结构的运动状态，而心脏磁共振(cardiac magnetic resonance,CMR)或心脏计算机断层扫描(computed tomography,CT）则是基于多个断层图像采集后3D重建的容积再现图像。

3DE的临床应用数据正在迅速发展，并逐渐在心脏结构解剖和功能的无创临床评估中占据一席之地。最近，欧洲超声心动图协会与美国超声心动图学会联合发表了一些建议，旨在为临床医生提供一种系统的3D图像采集和分析方法5。在最近更新的应用超声心动图技术进行心脏腔室定量的建议中，采用3DE评估左心室(left ventricular,LV)和右心室(right ventricular,RV)的大小 和功能6。

2D和3D超声物理原理

当前3DE的核心技术是超声换能器。传统的2D相控阵换能器由128个压电阵元排成一行，它们彼此电隔离（图1.1左图）。每个波阵面都是由特定序列中的单个阵元发射产生，其相对于发射起始时间具有相位延迟。每个阵元加上和减去脉冲，发射一束具有特定方向的超声波，形成一组放射状扩步的扫描线。由于压电阵元区域排列成一排，超声波束可以在纵向（轴向）和侧向（方位角）两个维度上偏转，而Z轴（垂直仰角）的分辨率由断层切片的厚度决定，断层切片的厚度又与压电阵元的垂直高度有关。

现代3DE矩阵换能器由约3000个单独连接并同时激活（完全采样）的压电元件组成，工作频率范围为2~4MHz和5~7MHz，分别用于经胸和经食管换能器。为了在3D中控制超声波束，探头需要使用一个3D压电元件阵列，呈行和列排列，形成换能器内的矩形网格（矩阵配置）（图1.1右上图）。该矩阵中阵元的电子控制相位发射产生一条扫描线，该扫描线沿轴向（Y轴或轴向）传播，并可向侧向（X轴或方位向）和纵向（Z轴）偏转，以获取金字塔形容积数据集（图1.1右下图）。矩阵探头还可以通过激活矩阵内的多行压电阵元，根据预先确定的或用户选择的平面方向提供……