自超聲技術應用於臨床診斷60多年來，隨著臨床需求和現代電子技術尤其是計算機技術的發展，使超聲影像技術，從應用初期的一維A型和M型超聲成像發展到了實時灰階二維B型超聲成像，到目前的全數字能實時回放的三維超聲影像系統。超聲影像具有無創性，高靈敏度，應用面廣，低成本和操作方便等優點，發展速度和普及程度近年已成為醫學影像之首。可以預計實時三維(四維)超聲成像必將成為二十一世紀醫學影像系統臨床應用中一項最為有效的診斷工具而造福於人類。
正是由於這種市場需求，世界上許多知名的有遠見的廠商竟相投入高科技開發全數字技術的實時三維(四維)超聲影像系統。東軟數字醫療股份有限公司以獨特的視角推出了具有世界領先實時三維(四維)技術和軟體技術的NAS-2000a，使超聲醫學影像與當代計算機尖端技術完美結合，在軟體上採用了目前臨床要求的最新專業軟體，實現了動態三維實時回放、實時三維(四維)成像，簡化了本來十分複雜的處理過程，提高了效率。
原理與方法
成像原理: 三維超聲成像分為靜態三維成像和動態三維成像，動態三維成像由於把時間的因素加進去，用整體顯像法重建感興趣區域準確實時活動的三維影象(又稱四維)。
1、立體幾何構成法：將人體臟器假設為多個不同形態的幾何組合，需要大量的幾何原型，因而對於描述人體複雜結構的三維形態並不完全適合，現已很少應用。
2、表面輪廓提取法：將三維超聲空間中一系列座標點相互連線，形成若干簡單直線來描述臟器的輪廓，曾用於心臟表面的三維重建。該技術所用計算機記憶體少，運動速度較快。缺點是：(1)需人工對臟器的組織結構勾邊，既費時又受操作者主觀因素的影響;2)只能重建左、右心腔結構，不能對心瓣膜和腱索等細小結構進行三維重建;(3)不具灰階特徵，難以顯示解剖細節，故未被臨床採用。
3、體元模型法：是目前最為理想的動態三維超聲成像技術，可對結構的所有組織資訊進行重建。
在體元模型法中，三維物體被劃分成依次排列的小立方體，一個小立方體就是一個體元。 一定數目的體元按相應的空間位置排列即可構成三維立體影象。
4、隨著高檔超聲儀器軟體的不斷開發，三維成像不經過工作站可直接啟動裝置軟體包進行三維重建或三維電影回放來完成。成像方式：動態三維超聲成像原理與靜態基本相同。
1、表面成像：提取組織結構的表面灰階資訊，然後採取表面擬合的方式進行影象重組。
2、透明成像：採用透明演算法實現三維重建，淡化組織結構的灰階資訊，使之呈透明顯 ，從而顯示實質性臟器內部結構的空間位置關係。
三維超聲重建方法
影象採集：
1、機械驅動掃查：
平行掃查法：探頭由電動馬達驅動以預定的速度和預定的間隔採集影象。
旋轉掃查法：將探頭固定於某一透聲窗，探頭圍繞某一軸心旋轉獲取影象。
扇形掃查法：探頭固定於某一位置，由機械驅動呈扇形運動獲取影象，其掃查間隔角度可調。
2、自由臂掃查法
3、三維探頭法：將晶片包容於一個探頭內，其內另有一機械裝置，可驅動晶片作等距離扇形或環形掃查。
4 三維電子相控陣方法
三維重建：將採集的原始影象進行模數轉換後儲存並對影象間的間隔進行插補、平滑，形成立體資料庫。
臨床應用
一、在產科的應用
二維超聲通常只對胎兒結構進行切面觀察，因而有許多不足。三維超聲不僅可以對胎兒體表結構進行表面重建，還可以用透明成像對胎兒體內結構進行三維成像，可從整體上對胎兒形體結構進行觀察，提高胎兒畸形的產前診斷率，確定不同孕齡胎兒正常及病理形態。
1、不同孕齡的胎兒各器官的成像特點
對64例孕5-40周的胚胎及胎兒不同階段進行了詳細的觀察。結果發現：孕5周可顯示卵黃囊，第六週可見胚胎;並清晰顯示原始心管;第八週可以辨認手、手指和腳趾;11周可見張嘴胎兒;12周可辨認男性外生殖器;13週上下肢和麵部可完全顯示。
2、兒生物學測量
估計孕周;評價胎兒生長髮育情況，瞭解有無宮內發育遲緩(IUGR);診斷胎兒畸形。
3、胎兒泌尿生殖系統
通過三維超聲三個平面的平行移動，可以清晰顯示多囊腎、腎臟發育不良等疾病。三維超聲表面成像能直觀準確地顯示胎兒外生殖器的立體形態，對判斷兩性畸形及陰囊裂等疾病有重要價值。
4、 胎兒中樞神經系統
許多學者通過大量的臨床實踐通過三維超聲成像診斷神經管畸形(無腦兒、腦脊膜膨出、脈絡膜囊腫等)，利用血流彩色多譜勒資訊建立的三維影象可清晰顯示胎兒顱低Willis動脈環結構,對血管畸形等疾病的判斷有一定價值。
5、 胎兒腹壁缺損
6、胎兒面部
胎兒面部觀察是高危妊娠超聲檢查的重要組成部分。面部畸形通常是染色體異常或胎兒其它異常的一個指徵。二維僅能顯示前額、眼、鼻、脣和耳朵，三維更能清晰地觀察胎兒面部解剖極其相互關係。脣裂和顎裂是用常規二維難以確定的畸形，10-15％胎兒脣裂和顎裂與其它畸形或染色體異常有關。Pretorius等對71例胎兒進行面部觀察，結果可顯示68例胎兒面部脣結構，其中5例脣部畸形。(圖4)
7、骨骼發育及畸形
三維較二維更容易全面觀察脊柱和胸廓連續性極其曲率，從不同角度來觀察胎兒脊柱和胸廓有無異常,正確診斷脊柱側彎、脊椎骨缺損、胸廓變形等多種畸形。
8、胎兒心臟及血管
胎兒心臟的動態三維影象在準確估計心室容積及其動態變化、測量射血分數、判斷宮內胎兒心臟先天性複雜畸形等方面可能提供一些有幫助的資訊，但與MRI胎兒心臟三維重建相比，尚不成熟，測量的精確性需提高。
9、臍帶
可直觀地顯示胎兒臍帶有無饒頸(饒體、饒肢)極其圈數，直觀顯示臍帶的纏繞、打結等。
二、在婦科的應用
1、子宮疾病
應用三維超聲顯像可獲取二維超聲不能得到的冠狀面的回聲資訊，並能通過相互垂直平面上的平行移動及旋轉，對感興趣結構做全面分析，如子宮畸形、子宮內膜息肉、黏膜下肌瘤等的判斷有較高價值。
子宮畸形：弓形子宮：子宮腔近宮底處有弧形內凹;
縱隔子宮：宮腔近宮底處有隔形成並向子宮下段延伸，但未達宮頸處;如宮底部有切跡形成，其深度必不超過1cm。
雙角子宮：見相互獨立的子宮內膜影象。上畸形的區別主要有二項指標：宮底部切跡的深度和宮腔內縱隔的長度。
三維超聲可以方便直接地測量這兩項指標，對上述子宮畸形的診斷能達到量化的標準。而以往經腹或經陰道超聲對上述二項指標不能直接測量。有報道三維超聲用於判斷子宮畸形的敏感度與特異性均達100％，與傳統的子宮輸卵管X線造影術相當，具有非侵入性、無創等優點。
子宮內膜息肉及子宮黏膜下肌瘤
由於病變較小常規二維超聲難以作出診斷，經陰道超聲已提高了檢出率，但對二者不易鑑別，經陰道三維超聲增加了C平面的回聲資訊，對二者的鑑別診斷能提供更多的幫助。
子宮內膜癌
應用三維超聲測量容積的方法可以準確測量子宮內膜癌的容積大小，該指標對子宮內膜癌的診斷、分期及預後有重要意義。在三維超聲出現之前，尚無一種方法能準確測量子宮內膜癌的容積。有報道以子宮內膜容積大於13ml作為判斷子宮內膜癌的標準，其敏感性高達100％，特異性為98.8％，陽性預測率為91.7％， 明顯高於二維超聲以子宮內膜厚度作為判斷子宮內膜癌標準的指標。
2、 卵巢疾病
★三維超聲可以觀察囊性腫塊的內部結構(內腔是否單一、內壁是否光滑、有無隔膜等);
囊腫內小的乳頭狀物，二維超聲容易漏診，而三維超聲通過旋轉可直觀顯示其內壁是否有乳頭狀突起、形態是否規則，能清晰觀察到乳頭狀物的表面、大小、數目以及與囊壁的關係;內腔有隔膜時，三維超聲能清晰顯示隔膜的厚薄、隔膜表面是否光滑、是否有侷限性的增厚、表面是否有贅生物等;在判斷內容物性質方面三維比二維更優越，如發現囊性腫塊內有血凝塊，其表面皺縮，多為巧克力囊腫;如呈砂粒狀的皮脂液，多為皮樣囊腫;如其內有實變的結構，可觀察實變區的範圍及表面形態，範圍大、基底寬、表面明顯凹凸不平，多為惡性，反之則為良性。
★三維超聲在判斷婦科腫塊與周鄰臟器如膀胱、直腸等的空間關係，對惡性腫瘤的浸潤範圍及深度等方面可直觀顯示。
★卵巢腫瘤的體積是良惡性判斷、手術指徵及療效判定必不可少的引數之一。
Bonilla-Musoles對76名卵巢腫瘤婦女應用二維和三維測定瘤體體積，同時用水置換法測定腫瘤術後的瘤體體積進行比較，結果三維超聲體積測量更接近實際測量值。
3、 監測卵泡發育
三維能更準確地測量卵巢及卵泡容積，清晰觀察卵泡邊界、飽滿程度，準確指導和監測排卵，指導臨床用藥、治療不孕症。
4、 宮內節育器(IUD)
可清晰顯示IUD的形態、大小及型別，在宮內的準確位置及異常植入子宮等。
三、在腹部、小器官血管成像的應用
1、正常臟器三維影象的表現
(1)血管樹及其分支顯示充分：三維影象從不同角度顯示正常肝、腎、脾血管樹分支，較彩色多普勒血流顯像和能量圖增多、完整、清楚,由淺入深有層次感。並可見二維影象難以顯露的微小血管,如腎弓形動脈,門靜脈的四級分支。
(2)血管的立體空間結構清楚：三維動態影象以血管樹主幹為中心,主幹到末梢連續成像,從不同方位分別出現單或多個血管樹的分支,如門脈樹右前葉、右後葉下段支相互對應,較二維彩超更有立體感。血管樹區域性放大可清晰顯示具體的細節,如腎臟的葉動脈，三維血管造影呈魚刺樣對稱的排列。肝內門靜脈與肝靜脈兩種血管、腎、脾動靜脈的2、3、4級分支,三維影象可動態顯示從主幹到大支，再到小分支逐漸增多;兩種血管樹的分支呈相互交叉或平行的空間結構。相鄰臟器如肝、脾與兩腎的血管樹同時動態轉動,層次深度不同,襯托出臟器相鄰,肝脾覆蓋腎臟上極的立體解剖關係。
(3)增強小器官血管樹的顯示：正常小器官血管細小，走行彎曲，二維影象僅部分可見;
三維重建後形成相對完整的血管結構。如乳腺血管外側來自腋動脈，內側為乳內動脈的小分支，血流朝向乳頭，妊娠晚期血管增粗,血流更加豐富。正常甲狀腺、眼底視網膜中央動脈的血管樹均較二維彩色多普勒超聲清楚。
(4)血管三維動態造影：三維重建是影象疊加的過程，似X線血管造影時造影劑充盈血管的表現。三維成像由動脈主幹開始,依次到分支至末稍的過程似動脈相,從末稍逐級增粗到主幹似靜脈相，為血管三維動態造影。妊娠子宮見子宮動脈及胎盤內的血流自基底部穿過胎盤進入臍帶。
2、病變髒器三維影象的表現
(1)多血管型腫瘤：實質性臟器的多血管型腫瘤，三維影象顯示惡性腫瘤如肝癌血管增多、粗細不等、雜亂，血流豐富,供血動脈增粗並朝向腫瘤病灶,其周圍有粗大的動靜脈血流包繞。少血管型癌瘤僅供血動脈增粗或血流包繞，腫瘤本身回聲模糊。
(2)功能亢進性、血流旺盛病變：脾功能亢進、甲狀腺機能亢進三維影象顯示血管樹主幹粗大，分支和末稍小支增多如網狀。而甲亢伴腺瘤區域性血管充盈缺損。妊娠胎盤內外血管樹隨妊娠時間而增加妊娠晚期子宮、胎盤血管樹多於早期。
(3)血管樹移位、狹窄、中斷：佔位病灶侵犯血管時,三維影象顯示血管樹移位,走向異常,或狹窄變細,分支中斷。腹膜後腫瘤使腸繫膜上動脈向前移位、抬高、壓迫，並加寬血管與腹主動脈的間距。門靜脈內多發性癌栓三維影象顯示血流細狹或血流間斷。
(4)少血管和無血管型病變三維影象血管無特徵性或減少：轉移性腎臟腫瘤三維影象血管較少，因呼吸運動介面改變，形成病灶大小的相對輪廓。肝囊腫僅見周圍組織的血管;脂肪肝的血管分支減少，似枯樹枝。隨病理病因的不同，各病變髒器表現各異。因其對超聲影象分析與鑑別診斷有較大輔助價值，故結合病史與臨床表現將提高超聲診斷水平。病變髒器三維血管能量圖表現可歸納如下：
*實質性臟器惡性多血管型及浸潤進展中腫瘤，病灶部位血管明顯增多、雜亂。
*功能亢進血流旺盛疾病，血管彌慢性增多似網狀，如甲狀腺機能亢進、脾功能亢進。
病變的病理性質不同三維血管重建的表現各有特徵。如肝硬化門脈高壓，腫大脾臟的血管樹脾門部增粗最明顯，向脾實質內逐漸擴充套件;而白血病所致脾臟腫大，血管樹分支增多，但脾門與脾實質內均無明顯增粗，兩病表現不同。
*多血管臟器或多血管病變，三維血管重建出現血管稀少、變細、狹窄、萎縮，提示內部血液迴圈障礙,血流受阻。如脂肪肝三維影象示血管減少似枯樹枝樣，與其病理變化肝靜脈變細相符合。血管增多合併良性少血管病變時在增多似網狀中出現區域性血管缺損。
*少血管、含液性佔位病變無血管樹;病灶較大侵犯血管時，三維影象顯示臟器原有的血管樹受壓、變細、移位,走向與空間結構失常，或分支中斷。
*病灶較小或二維能量圖血管顯示不佳者，三維影象血管顯示亦差。
四、在頸動脈與腦的應用
彩色多普勒血流三維重建頸動脈，能詳細顯示頸動脈粥樣硬化程度，如斑塊的部位、質地、附著關係、頸動脈狹窄的情況，對臨床上評估粥樣硬化有幫助。
三維超聲在顱腦的應用包括腫瘤和動靜脈畸形的定位及其與周圍重要結構的比鄰關係，術中顱腦腫瘤三維超聲可準確顯示腫瘤的大小、範圍、空間關係。
五、眼球及眶內疾病眼球的生物學特性使之成為三維超聲重建的理想部位，三維超聲能清楚顯示玻璃體內條狀及膜狀病變，如視網膜脫離、玻璃體內機化物、玻璃體炎症、脈絡膜病變、晶體後脫位等。視網膜脫離時，三維超聲不僅能直觀顯示網膜脫離的起止部位、大小、範圍，而且能顯示出視網膜破口的形狀、數目。
隨著高頻超聲的應用，三維超聲對球后的病變也能較好地顯示，能準確評價球后病變(如腫瘤)與眼球視神經及眼外肌之間的關係，對於手術醫師選擇合適的治療方案頗為重要。與MRI和CT相比較，三維超聲更省時，費用低、無放射性，並可反覆檢查而不必擔心放射線誘發白內障。另外，三維超聲能更準確計算腫瘤的大小、容積，並可能對病變作出較精確的定位以指導手術醫師及放射治療醫師的工作。
六、泌尿生殖系
對腎臟腫物，尤其是孤獨腎的患者，其手術方法必須保留部分腎臟，因此精確描述腫物與血管樹、集合系統和腎包膜的空間關係至關重要。對移植腎的成像，三維超聲對腎臟區域性血供的可視可能建立其與早期排異之間的相關性，因為排異早期的變化可能是節段性的或部分性的。此外，移植腎容積的判定及其隨時間的變化也可能對排異的診斷有幫助。
三維超聲顯示膀胱腫瘤呈菜花狀、乳頭狀或團塊狀，能顯示腫瘤與壁的空間關係、基底部及表面情況，腫瘤的數目、大小、方位、與輸尿管開口的空間關係也能清晰顯示。前列腺腫瘤的容積對其預後有重要意義，據估計腫瘤轉移容積一般會超過1.5cm3 ，絕大多數容積大於3.0cm 3 的腫瘤將向前列腺外播散。
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