产科超声成像技术的研究进展

郭翠梅，刘晓巍

首都医科大学附属北京妇产医院 围产医学部，北京 100026

产科超声成像技术的研究进展

郭翠梅，刘晓巍

首都医科大学附属北京妇产医院 围产医学部，北京 100026

本文主要介绍了产科超声成像技术的发展历史、应用范围和技术特征，并综述了国内外产科超声成像技术的新进展，对未来产科超声技术的发展进行了展望。

超声成像；产科；介入超声成像

1 产科超声成像技术发展历史

1.1 产科静态超声成像技术的发展

1958年，Ian Donald等在《柳叶刀》上发表了具有开创性的论文Investigation of abdominal masses by pulsed ultrasound[1]，这是临床上第一次使用超声成像技术得到早期胎盘图像。Ian Donald使用超声波设备在耻骨上方1 inch处扫描得到图像（图1），囊腔左侧的阴影被确认为早期胚胎，照片顶端的两个回波与子宫壁和腹壁相吻合。他还利用静态超声成像首先在葡萄胎的早期诊断、早期妊娠囊的评估（1963年）、早期妊娠并发症的诊断（1962年）等方面取得了关键性突破。

图1 14周胎儿超声图像

最早关于胎儿宫内发育的研究是使用A型超声扫描胎儿双顶径（Biparietal Diameter，BPD），直到1968年Stuart Campbell提出了B型超声成像方法[1]，并通过超声成像获得胎儿头部中线回波的2D图像。此后，胎儿头测量图成为检查胎儿宫内发育情况的标准方法。1971年，Horace Thompson和Ed Makowsky提出结合测量胎儿胸椎周长和双顶径来预测胎儿重量与宫内发育情况的方法。1975年，Stuart Campbell提出了比检测胎儿胸椎周长更可靠的一种测量方法[1]，即在胎儿脐静脉腹腔内段水平测量胎儿腹围，该方法已经成为一种标准检测方法。1973年，Hugh Robinson开创性地完成了7～16周孕期胎儿头臀长检测[1]，头臀长测量方法一直沿用至今。1972年Stuart Campbell在《柳叶刀》上发表关于“17周无脑畸形诊断”的文章，这是真正意义上的超声产前诊断，随后他系统地发表了关于胎儿脊柱裂诊断的研究成果[1]。

1801年，Thomas Young在研究光谱时提出了“移相”概念，之后该概念在超声相阵控系统中被用于控制干涉图样。1842年，Christian Doppler在研究天体运动时发现了“多普勒效应”，多普勒效应是研究盆腔内血流及胎儿血流情况的基础。1880年，Pierre Curie在研究陶瓷晶体时发现了陶瓷晶体的“压电效应”，基于此研究的“逆压电效应”与“压电效应”是目前所有超声设备上换能器产生和接收超声波的原理。1949年，MIT的George Ludwig将金属探伤的A型超声扫描仪经修改后，用于胆结石定位[1]。1952年，Douglass Howry在丹佛发表了具有里程碑意义的第一幅人体断层B型超声图像[1]。

1.2 现代产科超声成像技术的发展

20世纪70年代中后期，动态超声成像技术开始被超声成像设备厂商使用，随后又发展为相控阵动态成像技术。1985年，Kretztechnic公司生产出第一台阴道内传感器的超声成像设备。同年，Aloka公司发明了彩色多普勒成像技术，该技术迅速被其他厂商所采用。1984年，日本的Kazunori Baba提出了3D超声成像的概念，但是直到90年代中期3D超声成像技术才逐渐成熟并在Kretz公司生产的Voluson 530D上首次得以实现，自此3D超声成像技术在妇产科成像诊断中开始扮演重要角色。2003年，DeVore等[2]首次提出了4D超声成像方法。从2000年左右开始，现代超声成像设备开始普及，具有高腹部分辨率和阴道内传感器、谐波成像、彩色多普勒成像以及3D/4D成像等技术是现代超声成像设备的主要特征。利用现代3D超声成像技术完成的胎儿图像，见图2。

图2 3D超声胎儿图像

2 超声成像技术在产科的应用

2.1 超声成像技术在产科的应用范围

经过近80年来不断完善发展，超声成像技术作为产科检查的必备手段已经应用到妊娠生理检查、异常妊娠检查、先天性胎儿检查、胎儿附属结构异常、妊娠期母儿彩色多普勒超声监测等产科检查的各个方面。

（1）妊娠生理检查：早期妊娠的超声诊断、中晚期妊娠的超声表现、胎儿宫内发育指标、胎儿宫内状况评估、正常产褥期子宫检查等。

（2）异常妊娠检查：流产、异位妊娠、多胎妊娠、死胎、胎儿宫内发育迟缓、巨大胎儿、子宫颈机能不全、盆腔病变合并妊娠、异常产褥检查等。

（3）胎儿先天性异常检查：胎儿颜面部畸形、胎儿中枢神经系统发育异常、胎儿心脏畸形、胎儿胸部发育异常、胎儿腹腔脏器发育异常、胎儿腹壁发育异常、胎儿泌尿系统发育异常、胎儿骨骼系统发育异常、胎儿其他畸形、双胎妊娠胎儿发育异常、胎儿染色体异常的超声筛查等。

（4）胎儿附属结构异常检查：前置胎盘、胎盘早期剥离、胎盘植入、其他胎盘异常、脐带疾病及异常、羊水异常。

（5）妊娠期母儿彩色多普勒超声监测：多普勒血流频谱分析方法、正常妊娠期母儿血流检测、胎儿血流频谱与宫内缺氧的关系、胎儿血流频谱检测的评价。

2.2 产科超声成像技术的特征

在产科领域一般选用常规的B型超声仪。要求有较高的灰阶（至少256级）、较高的动态范围（90 dB以上）和较高的帧频（30帧以上）。在经腹体表扫查时首选凸阵探头（频率多为3.0～5.0 MHz），其次是线阵探头（频率多为5.0～12 MHz）。至少具有B型、M型、频谱多普勒、彩色多普勒等多模式以及腔内超声能力的超声诊断仪，以便能够胜任不同应用情景下的临床检查工作。用于产科的彩色多普勒成像技术，要对细小低速血流有较高的敏感性（高于1 mm/s），在产科中评定子宫、胎盘和胎儿的血流情况需要采用彩色多普勒成像技术。

3 产科超声成像新技术发展

进入21世纪，超声成像技术主要的变革是4D成像技术的提出，随后超声成像技术发展主要体现在B型、多普勒、3D/4D等基本超声成像与介入性成像技术、造影剂成像技术、全息成像技术、实时空间复合成像技术、2D灰阶血流成像技术、自动测量诊断技术、弹性超声成像技术、光声成像技术、多模态成像等相结合以提升超声成像质量。除以上技术，与其他成像技术相互融合形成新的多模态成像技术以及超便携式超声成像技术的开发等也是产科超声成像技术未来的发展方向。

3.1 介入性超声成像技术

介入性超声成像技术是在超声成像基础上，借助实时超声引导用穿刺针准确进入靶区，完成穿刺活检、抽吸、引流、注药治疗、肿瘤的冷热消融及放射性粒子的近距离照射等操作，避免创伤性外科手术，达到与外科手术相媲美的效果。介入超声技术早在1983年哥本哈根召开的世界介入性超声学术会议上就被正式确定，但是其在产科中应用发展主要是在21世纪后开始。目前介入超声技术在产科方面的应用主要集中3个方面：① 产前诊断：超声引导下经皮脐静脉穿刺术获取胎儿血标本，可快速进行胎儿染色体核型分析，对基因异常、血液、免疫、内分泌系统疾病，遗传代谢缺陷及病毒感染等有诊断价值[3]。② 宫内治疗：对母儿血型不合所致溶血性贫血、免疫性水肿，超声引导下经脐静脉穿刺可进行宫内输血治疗[4]；对胎儿先天性膈疝，超声监测下行膈疝修补术，术中阻塞气道，阻止了胎肺体液返流，可加快胎肺生长，迫使疝入的内脏复位至腹腔；对胎儿尿道梗阻、脑积水及胸腔积液，超声引导下膀胱羊膜引流、脑室羊膜引流、胸腔羊膜引流术能改善明显预后[5]；对卵巢异位妊娠，超声介入下的手术治疗或药物保守治疗[6]。③ 对一些中、晚期妊娠的畸形胎儿，超声引导下经羊膜腔穿刺注药引产及宫内穿刺引流，可避免因某些部位过度积液造成的部分胎体明显增大，以达顺利经产道娩出的目的[7]。

3.2 造影剂超声成像技术

造影剂超声成像技术是利用与人体具有不同声学特性的增强造影剂，改变扫查对象界面回声声阻抗差，实现血流与组织回声增强，以增强解剖显影甚至功能显影水平。造影剂超声成像最早于19世纪60年代未用于心脏成像研究，但是由于造影剂有潜在的副作用，因此在产科的临床应用比较晚，多集中在研究性应用。目前已知的产科造影剂在超声成像方面的研究主要有：① 异位妊娠研究：国外学者在造影剂超声成像前后，进行彩色多普勒及能量多普勒对比研究，结果表明超声有助于异位妊娠彩色血流及滋养叶血流的显像，还有助于出血性附件包块内绒毛组织的定位诊断[8]。② 双胎输血综合征研究：经静脉注射微泡造影剂观察双胎的血流情况，有助于明确诊断[9]。③ 研究胎盘滞留：国内学者采用能量多普勒增强造影对胎盘残留、粘连及植入患者进行对比研究，结果显示静脉法增强造影有利于3者之间的鉴别诊断，但在胎盘粘连及植入方面无特异性[10]。造影剂超声成像能够明显增强图像的分辨率，但潜在的副作用制约了其在产科临床方面的应用。未来，随着新型造影剂的不断完善以及新的成像技术的推动，造影剂超声成像的潜在副作用会越来越小，使得其在产科的临床应用前景被普遍看好。

3.3 全息超声成像技术

全息超声成像技术是利用两束超声波的干涉和衍射来获取超声波振幅和相位的信息，并用激光重现出振幅和相位，最终获取全息真实3D影像。有报道称，2014年飞利浦与以色列公司RealView合作研发了新型成像系统并开始对该技术进行试验，该成像系统可用于显示通过飞利浦超声系统获取交互实时的全息3D影像。未来，全息成像技术能够让操作者全面的了解和探寻目标检查组织的三维空间解剖，方便、准确的进行临床诊断与治疗[11]。

3.4 实时空间复合成像技术

实时空间复合成像技术（Real-time Spatial Compound Ultrasound Imaging，SonoCT）采用多孔径成像原理,在2D、彩色血流及频谱多普勒成像过程中,应用高精度的多角度空间声学信号处理技术，最大程度地消除斑纹噪声、杂波以及其他超声伪影对图像质量的影响，显著提高图像分辨力，增强组织间的分辨能力，可明显地提高超声图像中低对比度组织及微小病变的清晰度，清晰地显示组织间的边界。SonoCT超声成像技术于2001年左右被飞利浦公司率先使用，随后经过不断的优化演变已经发展到今天的第五代技术。其利用计算机偏角技术，多角度多切面获取图像信息，可得到相当于常规图像9倍的信息量，极大的提高了图像的细微分辨率和对比分辨率，减少了多种伪影的干扰，使获取的图像更加细腻，能够更好的应用于胎儿心脏产前检查[12]。

3.5 2D灰阶血流成像技术

2D灰阶血流成像技术是采用数字编码声学技术以灰阶方式增强血流微弱回声，同时抑制周围组织的强回声信号，从而完成超声成像[13]。该技术由通用医疗公司开发，不依赖传统多普勒血流成像原理，没有角度依赖性，具有非常高的空间分辨率与高帧频。与多普勒血流成像相比，该技术与4D超声成像结合得到的胎儿脉管系统可达到类似心血管造影的效果[14]。随着2D灰阶成像技术的不断改进，其必然会在未来胎儿血管成像中得到更多应用。

3.6 自动测量诊断技术

自动测量诊断技术基于现代超声成像技术获取的丰富的胎儿特征信息图像，利用不断完善的现代数字图像后处理算法及不断提升的计算机处理能力，通过胎儿图像自动定量分析胎儿心脏大小、各径线发育标准化，进行胎儿的准确评估，便于不同研究组间发育数值的比较。自动测量诊断技术，能够减少操作者枯燥的重复性工作和由于人为因素造成的诊断错误，使得产科超声成像更加便捷、智能。自动测量诊断技术目前还存在一定的机器、算法误差等，只能作为一种辅助测量诊断手段。相信未来自动测量诊断技术经过不断优化能够大大减少操作者工作量，提高产科超声诊断效率与准确率。

3.7 弹性超声成像技术

弹性超声成像技术最早于1991年由Ophir[15]提出,该成像技术是使用外力导致组织位移，显示或测量组织应变、弹性或硬度的技术，主要应用在肝脏临床诊断方面。近年来，国外有相关研究将弹性超声成像应用到孕期狒狒胎儿各器官研究[16]、孕期中期胎盘纤维化研究[17]。弹性超声成像目前在产科的临床应用主要处于实验室阶段，但是弹性超声成像固有的具有病灶生物学信息的特性使得其具有广阔的应用前景，包括未来技术进步后可应用到产科相关检查。

3.8 光声成像技术

光声成像技术是一种基于光声效应建立的混合成像技术，在光声成像中需要用脉冲激光照射成像部位，一部分被吸收的光能将会被转化为热能，使附近的组织发生热弹性膨胀，从而形成宽带（MHz级）的超声波发射，这一发射的超声波可以用超声换能器检测，而后者正是一般超声造影中所用的主要探测器。不同于传统超声造影的是，光声成像利用了体内不同组织成分吸收性质的不同，如血红蛋白浓度的大小、组织血氧饱和度的高低均会影响组织的光吸收能力，从而改变超声信号的强度[18]。检测器探测到的（2D或3D）超声信号强度空间分布，实际上反映了成像对象内（与光吸收相关的）病理学信息[19]。通过所获得的成像目标的病理学信息，可以非常简便的区分出正常组织与病变组织。近年来，陆续有将光声成像技术应用到产科的临床研究报道，如利用光声成像作引导的胎儿微创手术等[20]。光声超声成像技术仍属于非常新的技术，有各种技术问题尚待解决，但是其前景被业内人士广泛看好。

4 总结

本文回顾了产科领域超声成像技术的发展历程，简单介绍了主流的超声成像技术的应用范围与特征，最后重点介绍了产科超声成像新技术及发展。

超声成像技术因其无创、无电离辐射、操作简单、结果准确，已成为产科最好乃至唯一可用的成像技术。目前，3D/4D超声成像、介入性超声成像及造影剂成像技术在产科领域开发和应用的结合已逐步深入，并显示出明显的优势与价值。未来，不断演变的超声成像新技术在产科临床诊断及治疗方面也将具有更广阔的应用前景。

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Research Progress on Ultrasound Imaging Technique of Obstetrics

GUO Cui-mei, LIU Xiao-wei
Department of Perinatal Medicine, Beijing Obstetrics and Gynecology Hospital, Capital Medical University, Beijing 100026, China

This paper reviewed the history, application range, and characteristics of ultrasound imaging technologies in obstetrics. The recent research progress of these technologies were mainly introduced and the future development were proposed.

ultrasound imaging; obstetrics; interventional ultrasound imaging

R730.42

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.07.022

1674-1633(2016)07-0075-04

2016-01-15

刘晓巍，主任医师。

作者邮箱：meimei_xiaoxiao@sina.com