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1、北华大学硕士学位论文三维超声在微波定量消融脾组织治疗脾亢实验研究中的应用姓名：盛林申请学位级别：硕士专业：影像医学指导教师：梁萍;董宝玮20040222北华大学硕士学位论文本人签名2 0 0 4 年2 月2 2 日摘要目的：对比不同类型三维超声技术特点。通过对不I 司离、活体模型的检测，寻找适用于能够对脾脏等较大脏器进行重建，且能精确测量的三维设备。利用三维超声定量技术，观测犬脾大模型中脾脏体积变化规律，为进一步的微波消融提供指导。研究微波辐剩能量与消融脾组织体积之间的关系。结合超声造影技术准确判断消融消融范围并探索影i 晌消融体积的各种因素，为临床准确测量微波定量消融脾组织的体积，奠定影像学
2、基础。材料和方法：1 离体实验分别利用G E V O L U S O N 7 3 0 及T O M T E C E C H O V i e w l ”两种不同类型的三维超声对l O 组水囊模型、1 l 组离体组织块及4 组移植肾进行三维重建并测量其体积。2 犬动物实验利用T O M T E C E C H O V i e w l ”三维超声重建及动态测量1 9 只行胂静脉及其属支结扎的犬脾的体积，并与二维超声观察结果对比，分析犬脾的变化规律。对1 3 只犬，分别用6 0 W 3 0 0 S 、5 0 W 3 6 0 S 、4 0 W 4 5 0 S 总能量输出为1 8 0 0 0 J 微波进行
3、4 4 个点的消融治疗。分别于微波消融即刻、一周、二个月，行三维超声的重建和体积的测量。与M R I 三维体积计算结果作对比。于外周静脉注射超声造影剂，动脉期高峰进行三维超卢重建，观察消融范围、并计算消融体积。结果：( 1 ) 磁定位的三维超声成像系统可完成较大及不规则脏器的三维重建，体积的精确测量与真实体积无明显差别( P O 0 5 ) 因此在本实验中更适用于犬脾体积的测量。( 2 ) 三维超声可准确的反映行脾静脉结扎后犬牌的变化规律。即脾静脉结扎后犬脾迅速增大结扎后一个月内脾脏体积基本处于高峰，以后则明显呈下降趋势，但两个月内绝大多数犬脾仍大于原有脾的体积。( 3 ) 三维超声可实时观察
4、微波消融区域，并能对消融体积作较精确的定量测量，三维超声与磁共振所测得的对微波消融体积的对比中，在判断消融区域及精测体积方面均无明显差异( P O 0 5 ) ，但三维超声更加方便快捷，可在消融治疗过程中进行。( 4 ) 三维超声测定的相| 司能量输出情况下，随着功率的进一步提高消融范围有增大趋势，但统计学上无明显差异，另外微波消融区体积还可随时间的推移而呈逐渐缩小的趋势。( 4 ) i 维超声结合造影能更好的观察、评价微波消融效果，造影后三维超声测量的消融体积大于造影前( P O 0 5 ) 。箱图中给出了中位数、上下四分位数、最大值与最小值。两种三维测量方法比较( 图1 - 2 - 5 )
5、 。相关性分析：两种三维测量方法与实际容积之间均存在良好的相关性。三维超声测值与真实容积的相关系数为分别为，V O L U S O N 7 3 0与真实体积R = O 99 95 配对t 检验( P 0 0 5 ) 无统计学差异；T O M T E C - E C H O - V i e w T M 与真实体积间R = 0 9 9 93 均与实际体积高度相关，配对t 检验( P 0 0 5 ) 无统计学差异。两种三维超声测量体积( P O 0 5 ) 亦无统计学差异。图1 - 2 - 5 两种三维超声测量水囊体积两种方法三维测值与实际容积的回归线见图( 卜2 6 ) 。北化人学硕士学位论文鎏
6、趾 喜 稿 ，一弓=实际体积( m 1 )蛮删体积R 朝= 0 9 9 8 6ov o L O S O N 一7 3 0虫删体积R = 09 9 8 9图1 2 6 水囊三维测量体积与实际体积之间的相关性两种方法测得离体及活体组织的体积见( 表1 2 - 2 ) 。表l _ 2 2 离体及活体组织块及器官三维实测体积( 表中后五组为移植肾体积) ( 单位m 1 )编号实际体积V O L U S O I l 73 01 误差( )T O M T E C误差( )199 2 42 6 9 6 67 3 21616 372 3 I6 3 72 3 34 04 1 8 54 6 4 1 6 642 4
7、2 52 4 9 6一0 16 26 0 040 52 93 0 0 03 4 3 1 4 24 9 6505 1 7 53 5 4 9 0 6一1 9 75 557 0 73 8 5 7 6 34 8 87070 4 l0 6 6 8 831 7 9l0 010 5 7 25 7 9 6 0 0一4 0 1010 510 8 6 13 4 10 0 2 3一4 5 1 11 1010 6 633 2 1 14 6 84 3 1 218 4l79 3 3一2 6 l8 9 20一2 8 132 3 52 5 1 3 47 0 2 5 2 4074 北化入学硕十学位论文| ；i27 5 1277
8、 801 O 2 7 8 0 0l8 l56 91 49 3 0一4 8 14 4 6 4一7 8 4 6 0 04 5 1 50一1 8 4 4 4 9 2- 3 3 V O L U S O N 73 0 测得离体组织及活体脏器误差为3 15 1 8 3 ，( 范围一0 16 一7 o ) ( 图卜2 7 ) ，T O M T E C E C H O V i e w “测得水囊体积误差4 1 9 1 9 6 ，( 范围一7 8 7 3 ) 、两者无显著差异( P 0 0 5 ) 。相关性分析：两种三维测。量方法- 9 实际容积之间均存在良好的相关性。三维超声测值i与真实容积的相关系数为分别为
9、，V O L U S O N 73 0 与真实体积R = 0 9 97 8 ；T O M T E C E C H O V i e w 两种三维闰声在离体度活体组蚍测节误杀( - 9 真实体积间R = 0 9 9 65 均与实1 2 77 0 L “8 0 ”73 0 及1 0 ”7 8 。一8 c H o V i e w ”三维测际体积高度相关。配对t 检验，量误差对比两种方法测量体积无统计学差异( P 0 0 5 ) 。两种方法三维测值与实际容积的回归线图见( 图1 - 2 - 8 ) 。真宴悻积ov 0 L U S O N真宴体根R 5 a = 09 9 7 1 1实际体积( m 1 )图
10、1 2 8 离体及活体组织脏器三维测量体积之间的相关性讨论临床工作中要获得某一病变或脏器的体积( 容积) ，以往测量方法均需在假设被测量对象的立体形态接近某一几何模型，然后用相应的数学公式进行运算。三维超声毋须几何模型假设、可准确客观地对脏器容积、重量等进行定量研究。以上两种设备，都是利用二维成像数据进行三维重建的，并对重建后的图像进行后处理。目前各种三维超声成像设备其成像基础，取决于其数学算法，最早的M a r c h i n gC u b e s 算法是W L o r e n s e n 等人于1 9 87 年提出来的，由于计算较复杂，应用比较困难。现在很多三维算法均是根据距离或体积的测度
11、来引导化简的，化简的主要目的也是为了加速对复杂数据的绘制，基于这个原因，最重要的模型近似度不应当是几何的，而应该是图形的，即考察化简后的模型与原模型是否相似。由此我们在对比两种三维超声技术时，便通过其对各种模型的三维采样形态和体积精测进行对比分析。两种三维超声均能完整形像的描绘水囊模型、及离体活体标本的形态，其体积精测北化大学硕士学位论文亦无明显差别。对比其采集及成像特点：( 1 ) 重建图像质量：两种仪器显示方式均采用“互作用容积显示”( i n t e r a c t i v ev o l u m er e n d e r i n g ) 。其三维显示可利用超声诊断仪采集的三维容积数据进行
12、表面和透视图三维显示，并均可对一组图像进行转动显示回放( 图卜2 9 ，图卜2 10 ) 。V O L U S O N 73 0 其二维图像图卜2 9 客积探头三维测量组织块体积图卜2 1 0 答积探头三雏测量不规则组织体积质量中等，重建后的图像质量稳定，其表面成像功能比较突出，因此在妇产科领域可有很好的表现。T O M T E C E C H O V i e w T M 可与各种机器相连接其图像质量往往取决于连接机器的图像质量，本研究即利用该工作站与D U 8 进行配合，充分利用了其在造影方面的独特性能。( 2 ) 就扫查范围来讲，V O L U S O N 73 0虽可实现较大角度的扫查，
13、但其扫查范围有限，无法适应肝、脾等较大脏器的完整成像，T O M T E C E C H O V i e w “可以任意方向和角度对图像进行扫查，从而对较大脏器完成三维重建。( 3 ) 就其体积精测而言，V O L U S O N 73 0 虽具有体积自动测量技术，理论上该方法避免了以往三维容积操作步骤的繁琐和耗时较长的缺点，然而实际应用中大多情况下仍需对勾化线做手动调整。因此实测结果两种设备几无明显差别。( 4 ) V O L U S O N 7 3 0 为集合容积探头的一体化超声诊断仪，操作比较简便，只需固定探头后即能快速扫描进行采集实现三维成像。探头旋转角度最大可达85 度，且利用扫描速
14、度快的特点可达到北化大学硕十学1 _ i ) = 论文近似实时的效果。T O M T E C E C H O - V i e w “属离机工作站通过磁定位实现二维重建，由于磁定位器工作前需进行矫正，且矫正精度直接影响三维成像质量，本组数据即是在对定位器进行多次矫正后采集，其矫正后误差应严格控制在1 以内。但由于磁定位系统易受周围电磁场的干扰，其成像稳定性较前者略差，其采样成功率低于前者。( 5 ) 操作中V O L U S O N 7 3 0 为一体机操作方便，一个人即可轻松完成，可存储图像原始数据进行后处理，也可利用厂家提供的脱机软件进行离机后处理分析。T O M T E C - E C H
15、 O - V i e w “因为离机工作站系统其操作常需两人，一个人完成处理相对较困难处理速度相对较慢。总的来说两种三维超声仍存在许多共有的缺陷：( 1 ) 超声二维图像本身的缺陷，如二维图像的伪像、噪声等都会直接影响三维超声。( 2 ) 三维定位装置的系统误差。尽管机械驱动尤其是容积探头的定位误差最小但仍不可忽视。( 3 ) 操作者人为的误差。各种方法均需对目标体手动勾画，准确性与操作者识别病灶的经验密切相关。( 4 ) 目标的运动伪像造成的误差，如三维采集时患者心跳、呼吸运动，均可使采集的图像产生错位，对体积运算造成一定影响。( 5 ) 各种算法的差异也必然造成系统误差。结论1 、三维超声
16、能够真实地反映待测物的形态及内部结构，两种设备在三维重建以及显像模式上无明显差别。2 、三维超声可精确地测量体积，重复性好，可精确反映出其脏器变化规律，各种设备无明显差别。3 、自由臂扫查更适宜肝、脾等较大脏器的成像，在脾大实验模型的研究中更具有实际价值。4 、基于容积探头及自由臂的三维成像方法，由于均构建于二维成像基础，所以其对实质脏器和感兴趣区的重建，及定量测量判断均受超声声学影像特北化大学硕士学位论文点所限制。第二部分三维超声在脾亢模型制备实验研究中的应用北化人学硕十学位论文第三部分三维超声对微波消融体积的判断及与M R I 的对比研究长期以来，对于微波消融效果及体积的评价一直以二维空间的M R I 或增强c T 为标准、并辅
