郭翠梅，劉曉巍

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院 圍產(chǎn)醫(yī)學(xué)部，北京 100026

產(chǎn)科超聲成像技術(shù)的研究進展

郭翠梅，劉曉巍

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院 圍產(chǎn)醫(yī)學(xué)部，北京 100026

本文主要介紹了產(chǎn)科超聲成像技術(shù)的發(fā)展歷史、應(yīng)用范圍和技術(shù)特征，并綜述了國內(nèi)外產(chǎn)科超聲成像技術(shù)的新進展，對未來產(chǎn)科超聲技術(shù)的發(fā)展進行了展望。

超聲成像；產(chǎn)科；介入超聲成像

1 產(chǎn)科超聲成像技術(shù)發(fā)展歷史

1.1 產(chǎn)科靜態(tài)超聲成像技術(shù)的發(fā)展

1958年，Ian Donald等在《柳葉刀》上發(fā)表了具有開創(chuàng)性的論文Investigation of abdominal masses by pulsed ultrasound[1]，這是臨床上第一次使用超聲成像技術(shù)得到早期胎盤圖像。Ian Donald使用超聲波設(shè)備在恥骨上方1 inch處掃描得到圖像（圖1），囊腔左側(cè)的陰影被確認為早期胚胎，照片頂端的兩個回波與子宮壁和腹壁相吻合。他還利用靜態(tài)超聲成像首先在葡萄胎的早期診斷、早期妊娠囊的評估（1963年）、早期妊娠并發(fā)癥的診斷（1962年）等方面取得了關(guān)鍵性突破。

圖1 14周胎兒超聲圖像

最早關(guān)于胎兒宮內(nèi)發(fā)育的研究是使用A型超聲掃描胎兒雙頂徑（Biparietal Diameter，BPD），直到1968年Stuart Campbell提出了B型超聲成像方法[1]，并通過超聲成像獲得胎兒頭部中線回波的2D圖像。此后，胎兒頭測量圖成為檢查胎兒宮內(nèi)發(fā)育情況的標準方法。1971年，Horace Thompson和Ed Makowsky提出結(jié)合測量胎兒胸椎周長和雙頂徑來預(yù)測胎兒重量與宮內(nèi)發(fā)育情況的方法。1975年，Stuart Campbell提出了比檢測胎兒胸椎周長更可靠的一種測量方法[1]，即在胎兒臍靜脈腹腔內(nèi)段水平測量胎兒腹圍，該方法已經(jīng)成為一種標準檢測方法。1973年，Hugh Robinson開創(chuàng)性地完成了7～16周孕期胎兒頭臀長檢測[1]，頭臀長測量方法一直沿用至今。1972年Stuart Campbell在《柳葉刀》上發(fā)表關(guān)于“17周無腦畸形診斷”的文章，這是真正意義上的超聲產(chǎn)前診斷，隨后他系統(tǒng)地發(fā)表了關(guān)于胎兒脊柱裂診斷的研究成果[1]。

1801年，Thomas Young在研究光譜時提出了“移相”概念，之后該概念在超聲相陣控系統(tǒng)中被用于控制干涉圖樣。1842年，Christian Doppler在研究天體運動時發(fā)現(xiàn)了“多普勒效應(yīng)”，多普勒效應(yīng)是研究盆腔內(nèi)血流及胎兒血流情況的基礎(chǔ)。1880年，Pierre Curie在研究陶瓷晶體時發(fā)現(xiàn)了陶瓷晶體的“壓電效應(yīng)”，基于此研究的“逆壓電效應(yīng)”與“壓電效應(yīng)”是目前所有超聲設(shè)備上換能器產(chǎn)生和接收超聲波的原理。1949年，MIT的George Ludwig將金屬探傷的A型超聲掃描儀經(jīng)修改后，用于膽結(jié)石定位[1]。1952年，Douglass Howry在丹佛發(fā)表了具有里程碑意義的第一幅人體斷層B型超聲圖像[1]。

1.2 現(xiàn)代產(chǎn)科超聲成像技術(shù)的發(fā)展

20世紀70年代中后期，動態(tài)超聲成像技術(shù)開始被超聲成像設(shè)備廠商使用，隨后又發(fā)展為相控陣動態(tài)成像技術(shù)。1985年，Kretztechnic公司生產(chǎn)出第一臺陰道內(nèi)傳感器的超聲成像設(shè)備。同年，Aloka公司發(fā)明了彩色多普勒成像技術(shù)，該技術(shù)迅速被其他廠商所采用。1984年，日本的Kazunori Baba提出了3D超聲成像的概念，但是直到90年代中期3D超聲成像技術(shù)才逐漸成熟并在Kretz公司生產(chǎn)的Voluson 530D上首次得以實現(xiàn)，自此3D超聲成像技術(shù)在婦產(chǎn)科成像診斷中開始扮演重要角色。2003年，DeVore等[2]首次提出了4D超聲成像方法。從2000年左右開始，現(xiàn)代超聲成像設(shè)備開始普及，具有高腹部分辨率和陰道內(nèi)傳感器、諧波成像、彩色多普勒成像以及3D/4D成像等技術(shù)是現(xiàn)代超聲成像設(shè)備的主要特征。利用現(xiàn)代3D超聲成像技術(shù)完成的胎兒圖像，見圖2。

圖2 3D超聲胎兒圖像

2 超聲成像技術(shù)在產(chǎn)科的應(yīng)用

2.1 超聲成像技術(shù)在產(chǎn)科的應(yīng)用范圍

經(jīng)過近80年來不斷完善發(fā)展，超聲成像技術(shù)作為產(chǎn)科檢查的必備手段已經(jīng)應(yīng)用到妊娠生理檢查、異常妊娠檢查、先天性胎兒檢查、胎兒附屬結(jié)構(gòu)異常、妊娠期母兒彩色多普勒超聲監(jiān)測等產(chǎn)科檢查的各個方面。

（1）妊娠生理檢查：早期妊娠的超聲診斷、中晚期妊娠的超聲表現(xiàn)、胎兒宮內(nèi)發(fā)育指標、胎兒宮內(nèi)狀況評估、正常產(chǎn)褥期子宮檢查等。

（2）異常妊娠檢查：流產(chǎn)、異位妊娠、多胎妊娠、死胎、胎兒宮內(nèi)發(fā)育遲緩、巨大胎兒、子宮頸機能不全、盆腔病變合并妊娠、異常產(chǎn)褥檢查等。

（3）胎兒先天性異常檢查：胎兒顏面部畸形、胎兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育異常、胎兒心臟畸形、胎兒胸部發(fā)育異常、胎兒腹腔臟器發(fā)育異常、胎兒腹壁發(fā)育異常、胎兒泌尿系統(tǒng)發(fā)育異常、胎兒骨骼系統(tǒng)發(fā)育異常、胎兒其他畸形、雙胎妊娠胎兒發(fā)育異常、胎兒染色體異常的超聲篩查等。

（4）胎兒附屬結(jié)構(gòu)異常檢查：前置胎盤、胎盤早期剝離、胎盤植入、其他胎盤異常、臍帶疾病及異常、羊水異常。

（5）妊娠期母兒彩色多普勒超聲監(jiān)測：多普勒血流頻譜分析方法、正常妊娠期母兒血流檢測、胎兒血流頻譜與宮內(nèi)缺氧的關(guān)系、胎兒血流頻譜檢測的評價。

2.2 產(chǎn)科超聲成像技術(shù)的特征

在產(chǎn)科領(lǐng)域一般選用常規(guī)的B型超聲儀。要求有較高的灰階（至少256級）、較高的動態(tài)范圍（90 dB以上）和較高的幀頻（30幀以上）。在經(jīng)腹體表掃查時首選凸陣探頭（頻率多為3.0～5.0 MHz），其次是線陣探頭（頻率多為5.0～12 MHz）。至少具有B型、M型、頻譜多普勒、彩色多普勒等多模式以及腔內(nèi)超聲能力的超聲診斷儀，以便能夠勝任不同應(yīng)用情景下的臨床檢查工作。用于產(chǎn)科的彩色多普勒成像技術(shù)，要對細小低速血流有較高的敏感性（高于1 mm/s），在產(chǎn)科中評定子宮、胎盤和胎兒的血流情況需要采用彩色多普勒成像技術(shù)。

3 產(chǎn)科超聲成像新技術(shù)發(fā)展

進入21世紀，超聲成像技術(shù)主要的變革是4D成像技術(shù)的提出，隨后超聲成像技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在B型、多普勒、3D/4D等基本超聲成像與介入性成像技術(shù)、造影劑成像技術(shù)、全息成像技術(shù)、實時空間復(fù)合成像技術(shù)、2D灰階血流成像技術(shù)、自動測量診斷技術(shù)、彈性超聲成像技術(shù)、光聲成像技術(shù)、多模態(tài)成像等相結(jié)合以提升超聲成像質(zhì)量。除以上技術(shù)，與其他成像技術(shù)相互融合形成新的多模態(tài)成像技術(shù)以及超便攜式超聲成像技術(shù)的開發(fā)等也是產(chǎn)科超聲成像技術(shù)未來的發(fā)展方向。

3.1 介入性超聲成像技術(shù)

介入性超聲成像技術(shù)是在超聲成像基礎(chǔ)上，借助實時超聲引導(dǎo)用穿刺針準確進入靶區(qū)，完成穿刺活檢、抽吸、引流、注藥治療、腫瘤的冷熱消融及放射性粒子的近距離照射等操作，避免創(chuàng)傷性外科手術(shù)，達到與外科手術(shù)相媲美的效果。介入超聲技術(shù)早在1983年哥本哈根召開的世界介入性超聲學(xué)術(shù)會議上就被正式確定，但是其在產(chǎn)科中應(yīng)用發(fā)展主要是在21世紀后開始。目前介入超聲技術(shù)在產(chǎn)科方面的應(yīng)用主要集中3個方面：① 產(chǎn)前診斷：超聲引導(dǎo)下經(jīng)皮臍靜脈穿刺術(shù)獲取胎兒血標本，可快速進行胎兒染色體核型分析，對基因異常、血液、免疫、內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病，遺傳代謝缺陷及病毒感染等有診斷價值[3]。② 宮內(nèi)治療：對母兒血型不合所致溶血性貧血、免疫性水腫，超聲引導(dǎo)下經(jīng)臍靜脈穿刺可進行宮內(nèi)輸血治療[4]；對胎兒先天性膈疝，超聲監(jiān)測下行膈疝修補術(shù)，術(shù)中阻塞氣道，阻止了胎肺體液返流，可加快胎肺生長，迫使疝入的內(nèi)臟復(fù)位至腹腔；對胎兒尿道梗阻、腦積水及胸腔積液，超聲引導(dǎo)下膀胱羊膜引流、腦室羊膜引流、胸腔羊膜引流術(shù)能改善明顯預(yù)后[5]；對卵巢異位妊娠，超聲介入下的手術(shù)治療或藥物保守治療[6]。③ 對一些中、晚期妊娠的畸形胎兒，超聲引導(dǎo)下經(jīng)羊膜腔穿刺注藥引產(chǎn)及宮內(nèi)穿刺引流，可避免因某些部位過度積液造成的部分胎體明顯增大，以達順利經(jīng)產(chǎn)道娩出的目的[7]。

3.2 造影劑超聲成像技術(shù)

造影劑超聲成像技術(shù)是利用與人體具有不同聲學(xué)特性的增強造影劑，改變掃查對象界面回聲聲阻抗差，實現(xiàn)血流與組織回聲增強，以增強解剖顯影甚至功能顯影水平。造影劑超聲成像最早于19世紀60年代未用于心臟成像研究，但是由于造影劑有潛在的副作用，因此在產(chǎn)科的臨床應(yīng)用比較晚，多集中在研究性應(yīng)用。目前已知的產(chǎn)科造影劑在超聲成像方面的研究主要有：① 異位妊娠研究：國外學(xué)者在造影劑超聲成像前后，進行彩色多普勒及能量多普勒對比研究，結(jié)果表明超聲有助于異位妊娠彩色血流及滋養(yǎng)葉血流的顯像，還有助于出血性附件包塊內(nèi)絨毛組織的定位診斷[8]。② 雙胎輸血綜合征研究：經(jīng)靜脈注射微泡造影劑觀察雙胎的血流情況，有助于明確診斷[9]。③ 研究胎盤滯留：國內(nèi)學(xué)者采用能量多普勒增強造影對胎盤殘留、粘連及植入患者進行對比研究，結(jié)果顯示靜脈法增強造影有利于3者之間的鑒別診斷，但在胎盤粘連及植入方面無特異性[10]。造影劑超聲成像能夠明顯增強圖像的分辨率，但潛在的副作用制約了其在產(chǎn)科臨床方面的應(yīng)用。未來，隨著新型造影劑的不斷完善以及新的成像技術(shù)的推動，造影劑超聲成像的潛在副作用會越來越小，使得其在產(chǎn)科的臨床應(yīng)用前景被普遍看好。

3.3 全息超聲成像技術(shù)

全息超聲成像技術(shù)是利用兩束超聲波的干涉和衍射來獲取超聲波振幅和相位的信息，并用激光重現(xiàn)出振幅和相位，最終獲取全息真實3D影像。有報道稱，2014年飛利浦與以色列公司RealView合作研發(fā)了新型成像系統(tǒng)并開始對該技術(shù)進行試驗，該成像系統(tǒng)可用于顯示通過飛利浦超聲系統(tǒng)獲取交互實時的全息3D影像。未來，全息成像技術(shù)能夠讓操作者全面的了解和探尋目標檢查組織的三維空間解剖，方便、準確的進行臨床診斷與治療[11]。

3.4 實時空間復(fù)合成像技術(shù)

實時空間復(fù)合成像技術(shù)（Real-time Spatial Compound Ultrasound Imaging，SonoCT）采用多孔徑成像原理,在2D、彩色血流及頻譜多普勒成像過程中,應(yīng)用高精度的多角度空間聲學(xué)信號處理技術(shù)，最大程度地消除斑紋噪聲、雜波以及其他超聲偽影對圖像質(zhì)量的影響，顯著提高圖像分辨力，增強組織間的分辨能力，可明顯地提高超聲圖像中低對比度組織及微小病變的清晰度，清晰地顯示組織間的邊界。SonoCT超聲成像技術(shù)于2001年左右被飛利浦公司率先使用，隨后經(jīng)過不斷的優(yōu)化演變已經(jīng)發(fā)展到今天的第五代技術(shù)。其利用計算機偏角技術(shù)，多角度多切面獲取圖像信息，可得到相當于常規(guī)圖像9倍的信息量，極大的提高了圖像的細微分辨率和對比分辨率，減少了多種偽影的干擾，使獲取的圖像更加細膩，能夠更好的應(yīng)用于胎兒心臟產(chǎn)前檢查[12]。

3.5 2D灰階血流成像技術(shù)

2D灰階血流成像技術(shù)是采用數(shù)字編碼聲學(xué)技術(shù)以灰階方式增強血流微弱回聲，同時抑制周圍組織的強回聲信號，從而完成超聲成像[13]。該技術(shù)由通用醫(yī)療公司開發(fā)，不依賴傳統(tǒng)多普勒血流成像原理，沒有角度依賴性，具有非常高的空間分辨率與高幀頻。與多普勒血流成像相比，該技術(shù)與4D超聲成像結(jié)合得到的胎兒脈管系統(tǒng)可達到類似心血管造影的效果[14]。隨著2D灰階成像技術(shù)的不斷改進，其必然會在未來胎兒血管成像中得到更多應(yīng)用。

3.6 自動測量診斷技術(shù)

自動測量診斷技術(shù)基于現(xiàn)代超聲成像技術(shù)獲取的豐富的胎兒特征信息圖像，利用不斷完善的現(xiàn)代數(shù)字圖像后處理算法及不斷提升的計算機處理能力，通過胎兒圖像自動定量分析胎兒心臟大小、各徑線發(fā)育標準化，進行胎兒的準確評估，便于不同研究組間發(fā)育數(shù)值的比較。自動測量診斷技術(shù)，能夠減少操作者枯燥的重復(fù)性工作和由于人為因素造成的診斷錯誤，使得產(chǎn)科超聲成像更加便捷、智能。自動測量診斷技術(shù)目前還存在一定的機器、算法誤差等，只能作為一種輔助測量診斷手段。相信未來自動測量診斷技術(shù)經(jīng)過不斷優(yōu)化能夠大大減少操作者工作量，提高產(chǎn)科超聲診斷效率與準確率。

3.7 彈性超聲成像技術(shù)

彈性超聲成像技術(shù)最早于1991年由Ophir[15]提出,該成像技術(shù)是使用外力導(dǎo)致組織位移，顯示或測量組織應(yīng)變、彈性或硬度的技術(shù)，主要應(yīng)用在肝臟臨床診斷方面。近年來，國外有相關(guān)研究將彈性超聲成像應(yīng)用到孕期狒狒胎兒各器官研究[16]、孕期中期胎盤纖維化研究[17]。彈性超聲成像目前在產(chǎn)科的臨床應(yīng)用主要處于實驗室階段，但是彈性超聲成像固有的具有病灶生物學(xué)信息的特性使得其具有廣闊的應(yīng)用前景，包括未來技術(shù)進步后可應(yīng)用到產(chǎn)科相關(guān)檢查。

3.8 光聲成像技術(shù)

光聲成像技術(shù)是一種基于光聲效應(yīng)建立的混合成像技術(shù)，在光聲成像中需要用脈沖激光照射成像部位，一部分被吸收的光能將會被轉(zhuǎn)化為熱能，使附近的組織發(fā)生熱彈性膨脹，從而形成寬帶（MHz級）的超聲波發(fā)射，這一發(fā)射的超聲波可以用超聲換能器檢測，而后者正是一般超聲造影中所用的主要探測器。不同于傳統(tǒng)超聲造影的是，光聲成像利用了體內(nèi)不同組織成分吸收性質(zhì)的不同，如血紅蛋白濃度的大小、組織血氧飽和度的高低均會影響組織的光吸收能力，從而改變超聲信號的強度[18]。檢測器探測到的（2D或3D）超聲信號強度空間分布，實際上反映了成像對象內(nèi)（與光吸收相關(guān)的）病理學(xué)信息[19]。通過所獲得的成像目標的病理學(xué)信息，可以非常簡便的區(qū)分出正常組織與病變組織。近年來，陸續(xù)有將光聲成像技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)科的臨床研究報道，如利用光聲成像作引導(dǎo)的胎兒微創(chuàng)手術(shù)等[20]。光聲超聲成像技術(shù)仍屬于非常新的技術(shù)，有各種技術(shù)問題尚待解決，但是其前景被業(yè)內(nèi)人士廣泛看好。

4 總結(jié)

本文回顧了產(chǎn)科領(lǐng)域超聲成像技術(shù)的發(fā)展歷程，簡單介紹了主流的超聲成像技術(shù)的應(yīng)用范圍與特征，最后重點介紹了產(chǎn)科超聲成像新技術(shù)及發(fā)展。

超聲成像技術(shù)因其無創(chuàng)、無電離輻射、操作簡單、結(jié)果準確，已成為產(chǎn)科最好乃至唯一可用的成像技術(shù)。目前，3D/4D超聲成像、介入性超聲成像及造影劑成像技術(shù)在產(chǎn)科領(lǐng)域開發(fā)和應(yīng)用的結(jié)合已逐步深入，并顯示出明顯的優(yōu)勢與價值。未來，不斷演變的超聲成像新技術(shù)在產(chǎn)科臨床診斷及治療方面也將具有更廣闊的應(yīng)用前景。

[1] Campbell S.A short history of sonography in obstetrics and gynaecology[J].Facts Views Vis ObGyn,2013,5(3):213.

[2] DeVore GR,Falkensammer P,Sklansky MS,et al.Spatio-temporal image correlation(STIC): new technology for evaluation of the fetal heart[J].Ultrasound Obst Gyn,2003,22(4):380-387.

[3] Pietropolli A,Vicario R,Peconi C,et al.Transabdominal coelocentesis as early source of fetal DNA for chromosomal and molecular diagnosis[J].J Matern-fetal Neo M,2014,27(16):1656-1660.

[4] 郭曉玲,鄧璐莎,鐘進,等.胎兒宮內(nèi)輸血的臨床應(yīng)用[J].中國婦幼保健,2015,30(6): 891-893.

[5] Leeper CM,G?deke J,Scholz APS.The Thorax[M]American: Springer International Publishing,2016:27-47.

[6] Allison JL,Aubuchon M,Leasure JD,etal.Hyperosmolar glucose injection for the treatment of heterotopic ovarian pregnancy[J].Obstet Gynecol,2012,120:449-452.

[7] Odibo AO.Amniocentesis, Chorionic Villus Sampling, and Fetal Blood Sampling[J].Genetic Disorders and the Fetus: Diagnosis, Prevention, and Treatment,2015:1807.

[8] Glen P,MacQuarrie J,Imrie CW,et al.A novel application of ultrasound contrast: demonstration of splenic arterial bleeding[J].Br J radiol,2004,77(916):333-334.

[9] 陳欣林,許楊青,楊小紅.婦產(chǎn)科超聲造影的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究進展[J].現(xiàn)代實用醫(yī)學(xué), 2009,21(4):300-301.

[10] Desille H,Ouldamer L,Bleuzen A,et al.Novel Use of Contrast-Enhanced Sonography in the Diagnosis of Central Uterine Necrosis Following Embolization for Postpartum Hemorrhage[J].J Ultrasound Med,2013,32(10):1869-1876.

[11] Bruckheimer E,Rotschild C,Dagan T,et al.Computer-generated real-time digital holography: frst time use in clinical medical imaging[J].Eur Heart J Cardiovasc Imaging,2016:jew087.

[12] Dmitrovic A,Jeremic K,Babic UM,et al.Early fetal heart ultrasonography as additional indicator for chromosomopathies[J].Clin Exp Obstet Gynecol,2015,43(2):245-249.

[13] Pooh RK.New application of B-flow sono-angiography in perinatology[J].Ultrasound Obst Gyn,2000,15(2):163.

[14] Lee W,Espinoza J,Cutler N,et al.The “starfish” sign: a novel sonographic finding with B-flow imaging and spatiotemporal image correlation in a fetus with total anomalous pulmonary venous return[J].Ultrasound Obst Gyn,2010,35(1):124-125.

[15] Ophir J,Cespedes I,Ponnekanti H,et al.Elastography: a quantitative method for imaging the elasticity of biological tissues[J].Ultrasonic imaging,1991,13(2):111-134.

[16] Quarello E,Lacoste R,Mancini J,et al.Feasibility and reproducibility of ShearWaveTM elastography of fetal baboon organs[J].Prenatal diagnosis,2015,35(11):1112-1116.

[17] Alan B,G?ya C,Tun? S,et al.Assessment of Placental Stiffness Using Acoustic Radiation Force Impulse Elastography in Pregnant Women with Fetal Anomalies[J].Korean J radiol, 2016,17(2):218-223.

[18] Grinvald A,Lieke E,Frostig RD,et al.Functional architecture of cortex revealed by optical imaging of intrinsic signals[J].Nature,1986,16(324):361-364.

[19] Xu M,Wang LV.Photoacoustic imaging in biomedicine[J].Rev Sci Inst,2006,77(4):041101.

[20] Xia W,Maneas E,Nikitichev DI,et al.Interventional photoacoustic imaging of the human placenta with ultrasonic tracking for minimally invasive fetal surgeries[C].International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention. Springer International Publishing,2015:371-378.

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

劉曉巍，主任醫(yī)師。

作者郵箱：meimei_xiaoxiao@sina.com