作者：蒲丹，李茂萍，重庆医科大学附属第一医院超声科；廖锐，重庆医科大学附属第一医院普外科
现代医学影像技术的发展为临床诊疗提供了动态、立体、多模态的信息。按照成像原理的不同，可以将现代医学图像分为两大类：解剖结构显像与功能结构显像。解剖层面显像（如超声、CT、MRI等检查）通常具有高空间分辨率和组织对比率，可以显示病变组织的精细解剖细节；而功能结构类显像（如功能MR图像、SPECT、PET等）则可以反映组织、器官的功能状态变化。
理想的图像融合技术，则能将医学不同影像设备采集到的图像信息对病灶采取互相补充，结合各自优势进行智能图像处理，将表达同一疾病特征的多模态信息综合表现到同一图像，使融合处理后图像的确定性、稳定性、纠错力大大增强，从而为临床诊断提供更加有力的信息保障，有利于医师及时、充分掌握病变的详细情况，做出精确及合理的诊疗方案。为实现上述目标，医学图像融合技术在20世纪90年代孕育而生。
从发展时间上来讲，医学图像融合技术最先应用于体层成像，例如SPECT-MRI；紧接着三维系统的重建，结合虚拟导航，应用于外科手术定位与制定术中治疗计划；随后才逐步在非体层方面进展开来，例如二维超声检查、X线摄影检查。超声图像融合技术具有特殊性，图像的精准融合是多模态影像融合的基础，更是微创手术的前提。本文就近年来国内外关于超声图像融合及导航技术在临床的应用与进展综述如下。
1. 融合系统的分类与融合方式
医学图像融合是指将不同图像之间进行严谨的配准、整合，把采集到的功能影像和解剖影像经几何变换关系叠加融合，生成一种新的综合图像。各种影像仪器、处理设备及相应的融合软件共同组成一个完整的图像融合系统。
根据系统处理的目的不同，目前主要分为以下三类：一是同一成像设备（如术前与术后超声检查）所得图像的融合称为单模融合，多用于疾病不同时期的病变对照、病灶治疗前后范围的对照；二是不同成像设备（如CT/MRI与超声检查）所得图像的融合称为多模融合，多用于病灶的诊断与治疗、外科手术的术中定位及术后疗效评估；三是将患者的图像与模板（标准解剖图谱、生理图像或患者本身图像）融合称为模板融合，多用于不同患者中同一类病变的比较以及对某病变诊断与病理方面的研究。
超声图像融合技术即多模态超声图像融合或与其他影像学图像的融合。例如二维/三维超声检查或超声造影与X线摄影检查、CT、MRI、PET/CT、功能MRI、三维CT/MRI等融合，容积超声与实时超声融合。其中以二维超声检查与CT/MRI融合为最早。对于无法显示清楚或不典型的病灶常用超声检查与PET/CT及功能MRI融合定位，能提高超声检查对这类病灶的追踪与显示。
常规超声检查或超声造影与三维CT/MRI融合适用于超声引导下肝肿瘤或
2. TRUS图像融合的方法、过程与评价
多模态图像融合技术是指一个连续图像处理变换的过程，通常分为三步：图像预处理、图像配准与融合。首先是图像预处理，它是指通过噪声去除、几何校正、分割区域等技术对所有图像进行操作，以提高并统一图像对比度和细节分辨率。其次是图像配准，占据整个图像融合技术过程中的最主要地位，其精度直接影响图像融合质量的高低。
该步骤非常重要，主要包括相应图像的配准定位。定位方法有外定标法与内定标法两种。外定标法是基于外部特征的标记法，指用特制物粘贴于患者皮肤表面，以此为标记进行配准。这种体外定位法具有严要求、高标准的标记准则，但体内脏器与粘于体表的标记彼此间可能发生相对运动，很容易导致位置偏差，目前已极少应用。
内定标法是基于内部特征的标记法，一般常用器官或组织内部相对固定的解剖标记、几何点、线、面特征等结构作为对位标志。内定标法在待融合图像中位置相对固定且显示清楚，具有操作简单、便捷的优势，能在处理过程中重复标记至精确配准。因此，基于内部特征的内定标法成为目前在图像融合中进行图像配准的常用方法。
最后是图像融合，在图像配准后也就实现了对两种影像模式的融合，可以在一种影像时同时显示另一影像图像。图像融合的质量评估方法主要是由主观和客观评估法组成。但目前为止，超声图像融合没有特定的主观评估标准。在工作中的体会是想要达到主观上的图像融合，至少需要将病灶周围3个及以上解剖结构在叠加图像上的距离<5 mm。张黎明等研究表明，US-CT影像融合容积导航技术可以达到较高的影像重合率，具有较高的可重复性。
3. 超声检查图像融合的临床应用
超声图像与其他影像学图像配准融合后，在超声引导下实时、直接显示病灶，有利于医师提高对诊断的准确性与评估治疗的有效性。目前超声图像融合技术已在肝脏、前列腺、乳腺、颅脑、子宫、心脏以及骨科疾病中逐渐开展应用。
3.1 在肝脏疾病中的应用
肝癌作为最常见的恶性肿瘤之一，发病率和死亡率均高居不下。图像融合技术在肝脏疾病的诊断、治疗以及术后评估方面应用最早。目前已成为肝癌介入治疗的诊疗手段之一。在诊断方面，肝脏融合成像技术有助于提高病灶的检出率和诊断率。白云路等在研究中表明，通过US-CT/MRI图像融合能将常规超声检查显像困难的病灶成功显影定位率达到94.59%。在治疗方面，肝脏融合成像技术引导微创介入治疗手术，能显著提高肿瘤的热消融率。
宗维等提出消融治疗效果显著，尤其是对小肝癌，可以媲美与手术疗效，具有较高安全性、可行性，已成为小肝癌微创治疗的常用手段之一。钱纪江等表明对于常规超声检查及超声造影显像困难的肝内病灶，使用融合成像技术后提高消融完整性，不增加术后复发率。在术后评估方面，肝脏图像融合技术有利于提升肿瘤术后疗效评估的应用。由于肝脏肿瘤术后病灶及其周围的血流改变，或者在病灶经历过各种放化疗后病灶区的回声与正常组织的差异不明显，常规超声检查难分辨。
YANG等研究表明超声图像融合可以立即评估微波消融术的治疗效果，当与超声造影联合使用时，可以确保消融范围覆盖目标病灶及其周围5 mm处。肝脏超声图像融合能够提供较好的评估方法。
3.2 在前列腺疾病中的应用
以往在经腹的前列腺超声检查中，图像的远场对前列腺部分结构显示欠清，且能在超声检查图像上显示前列腺肿瘤的病灶也较MRI检查少，因此采用经直肠穿刺能更清晰显示前列腺，且利用MRI检查能清楚显示病灶位置的优点，通过MRI-TRUS图像导航技术不仅能有利于前列腺癌的检出，同时还能进行精确穿刺活检，以进一步明确病变性质。
2002年首次提出将MRI-TRUS图像融合引导前列腺靶向穿刺活检的应用。此技术不仅具有MRI较高的灵敏度和特异度，也具有超声检查的简便性、实时性的优点。CLEVERT等研究表明使用MRI-TRUS图像融合活检能提高前列腺癌的检出率，从而降低过度诊疗的风险。
MRI-TRUS图像融合引导下定位的准确性主要取决于前列腺中显示清楚且位置固定的结构在待融合图像中重叠程度，例如前列腺内的小囊肿或小钙化灶等。白文坤等提出融合成像结合导航技术可以使隐匿性前列腺癌的检出率提高，且降低对前列腺的穿刺损伤度。近年来为了提高穿刺操作过程中的简便性与高效性，全自动智能操作已有进一步的研究。LIM等提出了一种用于经直肠超声引导前列腺活检的机器人辅助方法，有增加前列腺癌检出率的可能，且证实该方法是安全可行的。超声图像融合结合人工智能是前列腺靶向穿刺活检的主要研究方向。
3.3 在乳腺疾病中的应用
在对乳腺疾病方面，
3.4 在骨科疾病中的应用
US-CT图像融合技术可以解决超声检查对于解剖结构显像质量差的缺陷，或将成为骨科手术术中理想的显像定位方式。王天艺等对图像融合在脊柱外科领域的研究表明此技术具有可行性。有研究也提示实时超声引导的融合成像技术在不破坏骨皮质基础上的靶向骨病变治疗中是可行的。在结合导航技术的情况下，使术中辐射减少，提高手术的安全效能成为可能。
3.5 在其他疾病中的应用
在脑肿瘤方面，超声图像融合能有效提高颅脑肿瘤的术中定位精准度。脑组织不像肝脏易受
杨丽新等提出了神经外科手术导航通过精准地定位病灶，使得术中保护神经功能，即时评估切除范围，减少对脑组织的损伤。WU等还提出超声成像对病灶边缘不满意时，超声造影与MR图像实时融合也可以是一种安全的神经外科检查方法。目前临床开展的颅脑图像融合技术可以精确定位、术中导航引导切除、术后可结合超声造影评估疗效。
在妇科疾病方面，超声检查与MR图像融合技术对消融子宫肌瘤起着显著效果。超声引导下射频消融已成为治疗肌瘤的有效技术，其完全成功的必要前提是病灶可以清楚的显示。为明确病灶的具体部位与大小，通过超声造影观察其血流灌注特点以达到目的，即可在实时超声造影的指导下进行消融。
消融过程中易受到雾化气体强回声的影响使消融范围无法及时评价，因此通过超声图像融合技术来有效解决上述问题，实现了实时引导并观察整个消融治疗过程。唐海英等认为US-MRI图像融合技术对于子宫肌瘤消融治疗的准确性已有一定提高，将图像融合用于子宫肌瘤消融的准确定位与实时疗效评价是一种发展趋势。
在心脏疾病方面，心脏介入治疗具有创伤小、术后恢复快等优势，其安全性和有效性已得到临床证实。二维（2D）或三维（3D）经食管
陈思楷等提出将超声心脏瓣膜图像融合至CT心脏腔室以获取多模态3D心脏影像。图像融合的使用可以提高非常复杂的手术疗效，特别是在二尖瓣修复技术、瓣旁漏闭合、
4. 超声图像融合技术的局限性与展望
超声图像融合技术已经能够广泛应用于临床疾病的诊断和治疗，在肝脏、前列腺疾病的应用中尤其得到肯定，在乳腺、颅脑、子宫、心脏以及骨科疾病中也得到了初步的研究与应用。但是超声图像融合技术还有着较多待解决的问题，导致该技术不易作为常规诊疗技术开展，主要有如下几个：首先是患者自身状态，患者呼吸动度或心脏搏动及患者疼痛可以造成病灶的移位；其次，器官本身，人体组织属于非刚性结构，一旦受外力影响就会产生形变，例如胃肠道的充盈状态、体位改变、
如膀胱充盈状态的不同可推挤压迫子宫或者前列腺，使其产生三维空间的位置变动与形态变化；过大的乳房导致探头远场的病灶不易定位。其三，图像获取来源，乳腺获取MR图像时患者采取俯卧位和仰卧位而获取超声检查的位置，仰卧位与俯卧位检查位置之间的差异对图像融合也产生一定的影响。其四，操作者，目前的超声图像融合配准多应用人工匹配，难度过大，费时较大，效率过低。
此外，操作者使用探头时手部动作的幅度与力度不同，导致图像发生改变与扭曲；经直肠超声时，探头插入的深度与角度不同，使前列腺受到不同压力产生的形变程度不同。最后，质量控制标准，目前对超声图像融合匹配的精准度的评价尚缺乏一种与主观效果一致的客观评价标准，实际工作中也依赖操作者的经验判断。
基于以上问题已有各种研究正在探索，例如尝试在全麻插管后使用呼吸机调节呼吸动度，再进行图像配准融合；也有应用体表粘贴磁体感应标记定位，以进行自动匹配融合，加快匹配时间；利用人工智能对图像进行自动匹配融合等等。相信在多学科的交叉渗透和配合中，计算机辅助科学、图像分析与处理等技术进步，医学影像融合技术会有巨大的发展。
综上所述，图像融合与人工智能机器人结合将带来更广阔的未来。随着各种研究的深入，使超声图像融合技术日趋成熟，可应用于更多疾病的诊疗之中，有望成为常规诊疗技术之一。
来源：蒲丹,廖锐,李茂萍.超声图像融合及导航技术在临床的应用与进展[J].医学影像学杂志,2024,34(03):121-124.
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