所謂即時動態立體心臟超音波(Live 3D Echocardiography)，與我們今
天在市場上看到的〝動態立體心臟影像〞或是〝4D胎兒動態立體影像〞
是不同的。我們常說2D加上〝景深〞或是多平面影像重組，就是3D。而
一個會動的3D影像就是所謂的4D。而什麼是真實的3D影像？什麼是真實
的動態立體影像？
從現今的一些產品中我們己經知道三維立體影像可以經由一序列的二維
影像，經由電腦重組而呈現出有景深的立體影像。的確，以一個二維平
面螢幕必須以〝景深〞的方式表現立體。而這個景深的影像資訊就必須
以一序列的2D影像組成。這個序列的2D影像可以經由2D平面的搖擺
(sweep) ，亦即探頭切面的搖擺或平行移動(parallel)，或是旋轉
(rotation)取得。這些彼此相互關連的2D影像，我們或可稱之為3D影像
組(3D volume data set)。其後就可經由電腦以Surface rendering或
是Volume rending演繹呈現3D影像。這期間我們需瞭解到，當在擷取一
序列2D影像時是需要時間的。也就是在這一組3D影像組中的各2D平面影
像是不同時間的影像。只是我們必須假定被掃瞄的目標不動，或是以ECG
及呼吸做為Gating，來認定每次呼吸移動心臟都會在同一位置。然而即
使在完全理想的狀況下，各2D平面影像間的時間差依然是存在的。這種
以不同時間的2D影像組成的3D，在邏輯上是不真實的。
為了能達到真實的3D動態影像，必須捨棄傳統2D探頭的設計，及序列影
像擷取的方法，而改以矩陣式的探頭 (Matrix probe) 設計，其實這種
設計並不是今天才發明的。在數年前也曾有過這樣類似的產品問世，但
是不久即告終止。原因在於影像品質及其後續3D影像操作問題。這種稱
之為Sparse array的設計是Matrix array的前身。它以稀疏的晶體陣列
取得影像，所得到的立體像素資訊甚少。所得到的影像好像是隔著一道
網狀柵欄取像，影像品質無法滿足臨床的需求，所以Sparse array的設
計很快的就消失在市場上。而Matrix array的誕生正可以解決Sparse
array的缺點，更可以提供大量影像資訊。但是其困難之處在於其晶體
的陣列，它必須在很小的面積內排列數仟個晶體，而每個晶體皆可以正
常的發射與接收訊號，而不會相互干擾。
這使數仟顆晶體同時工作，也就是同時接收音波訊號。這也意味著無時
差的取像變得可能了。我們可以想像在這一金字塔頂端的Matrix探頭，
可以同時接收到金字塔內每一個立體像素的訊號。利用這同時回來的影
像資訊，組成一個真實的立體影像。而這個金字塔內的每一個立體像素
的資訊都是同一時間的影像。再者因為Matrix array是一全電子陣列的
設計，我們不必因為機械搖擺的振動與frame rate的問題，或是顧慮ECG
及呼吸的gating 造成相位誤差。也不必擔心立體影像的不連續。有了
這項工程技術的突破，可以是即時獲得所有的資訊，也讓我們從2D向
Live 3D 邁進一大步。
Matrix 探頭以金字塔的方式 一次獲取大量資訊
我們不難想像這樣金字塔狀的資料量有多大。系統若是沒有數以萬計的
數位通道(channel)來處理，是無法達到Real Time的。況且若立體影像
資料從Matrix探頭直接送入系統，在系統端的設計勢必要完全更新以適
應新的Matrix 探頭。如此一來，對傳統的2Darray影像處理通道，造成
不一致。工程師巧妙的解決了這個問題。使得3D立體超音波系統與傳統
2D超音波系統完全融合在一起。他們把一部份的3D影像處理置入Matrix
探頭內。也就是說Matrix探頭與傳統2D探頭可以共享接頭及其後續的數
位處理。試想在一個小小的超音波探頭內包含了數佰片的晶片電路組成
的計算機及數以仟計細如髮絲的超音波晶體同時運作。我們或許不能以
贊嘆造物主的話語來形容，但這真是工藝技術上的一大躍晉。
有了這樣龐大且又真實的影像資訊。若是不能方便的應用操作實在也是
前功盡棄。操作2D影像好比是路上行車，而3D影像的操作就好像是在空
中駕駛飛機或是在深海裏操縱潛艇。操作面板的按鍵旋鈕若是不增加，
就得依賴軟體導引的觸控面板。在現階段的工作經驗裏，因為取得3D影
像組就是一件耗時枯燥的工作，必須保持探頭與病人的安靜不動，耐心
的等待心跳與呼吸一起奏出和諧的樂章，在60到90組影像取完後，在3D
電腦工作站上的重組影像時，往往又會懊悔當初取像的誤差。
傳統的2D影像對心臟疾病的診斷居功厥偉，無論是左心室功能評估、腔
室大小、瓣膜構造、血流動力的評估等等，其實2D影像都已經可以提供
相當多的資訊。今天Live 3D影像問世，它可以提供什麼樣突破性的診斷？
它是不是可以完全取代2D影像？或者我們可以問一個問題，到底什麼樣
的診斷在2D影像上做不到，而只能在Live 3D影像上找到答案呢？
我們無法明確的斷言在Live 3D影像深入每一個醫療層面後的景像。例
如，超音波室的工作流程及病患的處置會是怎樣？但是今天工程技術的
發展己經使得Live 3D影像在臨床上變得實際可行，我們可以即刻得知
病人現在的Live 3D圖像來幫助診斷。我們可以預見Live 3D必定可以縮
短病人的檢查的時間。而且可以獲得更完整的影像檢查資訊提高診斷效
率。甚者因為立體圖像的易懂，更可以加強醫護人員間對病情資訊的交
流。快速又有效率的檢查使得病患及醫護人員更舒適完成作業。我們期
望Live 3D Echo不是一個高不可期的尖端科技，而是一種Echo革命的風
潮，因為繼M-mode走到2D，2D走向3D，而Live 3D應當是未來常規檢查
的一部份，是每一位病患都可以享受的科技產物，是你我都可以方便使
用的輕鬆工具，且讓我們拭目以待這世紀新寵兒的誕生﹗
科技的進階解析
3D Echo、Live 3D Echo、Real Time Live 3D Echo (4D) 有何不同？
傳統3D Echo
可以將2D Echo 的影像組合成具有景深的3D影像資訊
即可稱立體心臟超音波 3D Echo，其3D 圖像可能是靜態或動態呈現，圖
像組合的方式是先由超音波儀器抓取各角度或各切面2D影像，再經由專
有3D軟體配合桌上電腦組合完成，但組合成 3D 圖像可能需耗費多時，
影像重組可能有偏失。
Live 3D Echo
由超音波儀器抓取各角度或各切面2D影像，再經由超音波儀器內建3D軟
體組合完成，只要能夠在每秒內同步顯示多張即時3D圖像，即可稱為動
態立體心臟超音波Live 3D Echo。以往由於受限於超音波儀器的技術，
通常只有靜態的組織才能組合成即時3D圖像。
Real Time Live 3D Echo 或 4D
在Live 3D Echo情況下，為了表示每秒內同步顯示即時3D圖像的張數更
多，達到更佳的動態檢視效果，而以即時動態立體心臟超音波Real Time
Live 3D或 4D名稱與Live 3D作區隔。
天在市場上看到的〝動態立體心臟影像〞或是〝4D胎兒動態立體影像〞
是不同的。我們常說2D加上〝景深〞或是多平面影像重組，就是3D。而
一個會動的3D影像就是所謂的4D。而什麼是真實的3D影像？什麼是真實
的動態立體影像？
從現今的一些產品中我們己經知道三維立體影像可以經由一序列的二維
影像，經由電腦重組而呈現出有景深的立體影像。的確，以一個二維平
面螢幕必須以〝景深〞的方式表現立體。而這個景深的影像資訊就必須
以一序列的2D影像組成。這個序列的2D影像可以經由2D平面的搖擺
(sweep) ，亦即探頭切面的搖擺或平行移動(parallel)，或是旋轉
(rotation)取得。這些彼此相互關連的2D影像，我們或可稱之為3D影像
組(3D volume data set)。其後就可經由電腦以Surface rendering或
是Volume rending演繹呈現3D影像。這期間我們需瞭解到，當在擷取一
序列2D影像時是需要時間的。也就是在這一組3D影像組中的各2D平面影
像是不同時間的影像。只是我們必須假定被掃瞄的目標不動，或是以ECG
及呼吸做為Gating，來認定每次呼吸移動心臟都會在同一位置。然而即
使在完全理想的狀況下，各2D平面影像間的時間差依然是存在的。這種
以不同時間的2D影像組成的3D，在邏輯上是不真實的。
為了能達到真實的3D動態影像，必須捨棄傳統2D探頭的設計，及序列影
像擷取的方法，而改以矩陣式的探頭 (Matrix probe) 設計，其實這種
設計並不是今天才發明的。在數年前也曾有過這樣類似的產品問世，但
是不久即告終止。原因在於影像品質及其後續3D影像操作問題。這種稱
之為Sparse array的設計是Matrix array的前身。它以稀疏的晶體陣列
取得影像，所得到的立體像素資訊甚少。所得到的影像好像是隔著一道
網狀柵欄取像，影像品質無法滿足臨床的需求，所以Sparse array的設
計很快的就消失在市場上。而Matrix array的誕生正可以解決Sparse
array的缺點，更可以提供大量影像資訊。但是其困難之處在於其晶體
的陣列，它必須在很小的面積內排列數仟個晶體，而每個晶體皆可以正
常的發射與接收訊號，而不會相互干擾。
這使數仟顆晶體同時工作，也就是同時接收音波訊號。這也意味著無時
差的取像變得可能了。我們可以想像在這一金字塔頂端的Matrix探頭，
可以同時接收到金字塔內每一個立體像素的訊號。利用這同時回來的影
像資訊，組成一個真實的立體影像。而這個金字塔內的每一個立體像素
的資訊都是同一時間的影像。再者因為Matrix array是一全電子陣列的
設計，我們不必因為機械搖擺的振動與frame rate的問題，或是顧慮ECG
及呼吸的gating 造成相位誤差。也不必擔心立體影像的不連續。有了
這項工程技術的突破，可以是即時獲得所有的資訊，也讓我們從2D向
Live 3D 邁進一大步。
Matrix 探頭以金字塔的方式 一次獲取大量資訊
我們不難想像這樣金字塔狀的資料量有多大。系統若是沒有數以萬計的
數位通道(channel)來處理，是無法達到Real Time的。況且若立體影像
資料從Matrix探頭直接送入系統，在系統端的設計勢必要完全更新以適
應新的Matrix 探頭。如此一來，對傳統的2Darray影像處理通道，造成
不一致。工程師巧妙的解決了這個問題。使得3D立體超音波系統與傳統
2D超音波系統完全融合在一起。他們把一部份的3D影像處理置入Matrix
探頭內。也就是說Matrix探頭與傳統2D探頭可以共享接頭及其後續的數
位處理。試想在一個小小的超音波探頭內包含了數佰片的晶片電路組成
的計算機及數以仟計細如髮絲的超音波晶體同時運作。我們或許不能以
贊嘆造物主的話語來形容，但這真是工藝技術上的一大躍晉。
有了這樣龐大且又真實的影像資訊。若是不能方便的應用操作實在也是
前功盡棄。操作2D影像好比是路上行車，而3D影像的操作就好像是在空
中駕駛飛機或是在深海裏操縱潛艇。操作面板的按鍵旋鈕若是不增加，
就得依賴軟體導引的觸控面板。在現階段的工作經驗裏，因為取得3D影
像組就是一件耗時枯燥的工作，必須保持探頭與病人的安靜不動，耐心
的等待心跳與呼吸一起奏出和諧的樂章，在60到90組影像取完後，在3D
電腦工作站上的重組影像時，往往又會懊悔當初取像的誤差。
傳統的2D影像對心臟疾病的診斷居功厥偉，無論是左心室功能評估、腔
室大小、瓣膜構造、血流動力的評估等等，其實2D影像都已經可以提供
相當多的資訊。今天Live 3D影像問世，它可以提供什麼樣突破性的診斷？
它是不是可以完全取代2D影像？或者我們可以問一個問題，到底什麼樣
的診斷在2D影像上做不到，而只能在Live 3D影像上找到答案呢？
我們無法明確的斷言在Live 3D影像深入每一個醫療層面後的景像。例
如，超音波室的工作流程及病患的處置會是怎樣？但是今天工程技術的
發展己經使得Live 3D影像在臨床上變得實際可行，我們可以即刻得知
病人現在的Live 3D圖像來幫助診斷。我們可以預見Live 3D必定可以縮
短病人的檢查的時間。而且可以獲得更完整的影像檢查資訊提高診斷效
率。甚者因為立體圖像的易懂，更可以加強醫護人員間對病情資訊的交
流。快速又有效率的檢查使得病患及醫護人員更舒適完成作業。我們期
望Live 3D Echo不是一個高不可期的尖端科技，而是一種Echo革命的風
潮，因為繼M-mode走到2D，2D走向3D，而Live 3D應當是未來常規檢查
的一部份，是每一位病患都可以享受的科技產物，是你我都可以方便使
用的輕鬆工具，且讓我們拭目以待這世紀新寵兒的誕生﹗
科技的進階解析
3D Echo、Live 3D Echo、Real Time Live 3D Echo (4D) 有何不同？
傳統3D Echo
可以將2D Echo 的影像組合成具有景深的3D影像資訊
即可稱立體心臟超音波 3D Echo，其3D 圖像可能是靜態或動態呈現，圖
像組合的方式是先由超音波儀器抓取各角度或各切面2D影像，再經由專
有3D軟體配合桌上電腦組合完成，但組合成 3D 圖像可能需耗費多時，
影像重組可能有偏失。
Live 3D Echo
由超音波儀器抓取各角度或各切面2D影像，再經由超音波儀器內建3D軟
體組合完成，只要能夠在每秒內同步顯示多張即時3D圖像，即可稱為動
態立體心臟超音波Live 3D Echo。以往由於受限於超音波儀器的技術，
通常只有靜態的組織才能組合成即時3D圖像。
Real Time Live 3D Echo 或 4D
在Live 3D Echo情況下，為了表示每秒內同步顯示即時3D圖像的張數更
多，達到更佳的動態檢視效果，而以即時動態立體心臟超音波Real Time
Live 3D或 4D名稱與Live 3D作區隔。
本文作者：歐陽瑋
