超音波検査を受ける理由はたくさんあります。おそらくあなたは妊娠していて、胎児の発育を確認したり出産予定日を決定したりするために、産科医が超音波検査を受けることを望んでいるかもしれません。
おそらく、手足や心臓の血液循環に問題があり、医師が血流を調べるためにドップラー超音波検査を依頼したのかもしれません。超音波は、長年にわたって人気のある医療画像技術です。
超音波または超音波検査は、高周波音波とそのエコーを使用する医療画像技術です。この技術は、コウモリ、クジラ、イルカが使用するエコーロケーションや、潜水艦が使用する SONAR に似ています。
この記事では、超音波の仕組み、利用可能な超音波技術の種類、および各技術の用途について説明します。
超音波とは何ですか?
超音波では、次のようなイベントが発生します。
- 超音波装置は、プローブを使用して高周波 (1 ～ 5 メガヘルツ) 音波パルスを体内に送信します。
- 音波は体内に伝わり、組織間の境界（体液と軟組織、軟組織と骨など）に当たります。
- 音波の一部は反射してプローブに戻りますが、一部の音波はさらに進み、別の境界に到達して反射されます。
- 反射波はプローブによって拾われ、機械に中継されます。
- この機械は、組織内の音速 (5,005 フィート/秒または 1,540 m/秒) と各エコーの戻り時間 (通常は 100 万分の 1 のオーダー) を使用して、プローブから組織または臓器 (境界) までの距離を計算します。 2 番目)。
- 機械はエコーの距離と強度を画面上に表示し、以下のような 2 次元画像を形成します。
一般的な超音波では、毎秒数百万のパルスとエコーが送受信されます。プローブは体の表面に沿って移動したり、角度を付けてさまざまなビューを取得したりできます。
超音波検査装置
基本的な超音波装置には次の部品が含まれています。
- トランスデューサプローブ– 音波を送受信するプローブ
- 中央処理装置 (CPU) – すべての計算を実行し、それ自体とトランスデューサー プローブ用の電源を備えたコンピューター
- トランスデューサーパルス制御– トランスデューサープローブから発せられるパルスの振幅、周波数、持続時間を変更します。
- ディスプレイ– CPU によって処理された超音波データからの画像を表示します。
- キーボード/カーソル– データを入力し、ディスプレイから測定を行います。
- プリンター– 表示されたデータから画像を印刷します。
トランスデューサプローブは超音波装置の主要部分です。トランスデューサ プローブは音波を発生させ、エコーを受信します。いわば、超音波装置の口と耳です。トランスデューサ プローブは、1880 年にピエールとジャック キュリーによって発見された圧電(圧力電気)効果と呼ばれる原理を使用して音波を生成および受信します。プローブ内には、圧電結晶と呼ばれる 1 つまたは複数の水晶結晶があります。これらの結晶に電流を流すと、結晶の形状が急速に変化します。結晶の急速な形状変化、つまり振動により、外側に伝わる音波が生成されます。逆に、音または圧力波が結晶に当たると、電流が放出されます。したがって、同じ結晶を音波の送受信に使用できます。このプローブには、プローブ自体からの後方反射を除去するための吸音物質と、放射された音波の焦点を合わせるのに役立つ音響レンズも備えています。
上の写真に示すように、トランスデューサー プローブにはさまざまな形やサイズがあります。プローブの形状によって視野が決まり、発せられる音波の周波数によって音波がどの程度の深さに浸透するか、および画像の解像度が決まります。トランスデューサプローブには 1 つ以上の結晶要素が含まれる場合があります。複数素子のプローブでは、各結晶に独自の回路があります。複数素子のプローブには、各素子がパルス化されるタイミングを変更することで超音波ビームを操作できるという利点があります。ビームの操作は心臓超音波検査では特に重要です。体の表面を横切って移動できるプローブに加えて、一部のプローブは、検査対象の器官 (子宮、前立腺) に近づくことができるように、体のさまざまな開口部 (膣、直腸、食道) から挿入するように設計されています。腺、胃）;臓器に近づくと、より詳細な観察が可能になります。
CPUは超音波検査装置の頭脳です。 CPU は基本的に、マイクロプロセッサ、メモリ、アンプ、およびマイクロプロセッサとトランスデューサ プローブ用の電源を備えたコンピュータです。 CPU はトランスデューサー プローブに電流を送って音波を放射し、戻ってくるエコーから生成された電気パルスをプローブから受け取ります。 CPU は、データの処理に必要なすべての計算を実行します。生データが処理されると、CPU はモニター上に画像を形成します。 CPU は、処理されたデータや画像をディスクに保存することもできます。
トランスデューサーのパルス制御により、超音波検査者と呼ばれるオペレーターは、超音波パルスの周波数と持続時間、および機械のスキャン モードを設定および変更できます。オペレータからのコマンドは、トランスデューサ プローブ内の圧電結晶に印加される電流の変化に変換されます。
さまざまな種類の超音波
これまで説明してきた超音波は、3 次元の物体 (胎児、臓器) の 2 次元画像、つまり「スライス」を表示します。現在、他の 2 種類の超音波、 3D 超音波イメージングとドップラー超音波が使用されています。
三次元イメージングが可能な超音波装置が開発されています。これらの機械では、体表面上でプローブを移動させるか、挿入されたプローブを回転させることによって、いくつかの 2 次元画像が取得されます。次に、2 次元スキャンが専用のコンピューター ソフトウェアによって結合されて 3-D 画像が形成されます。
3D イメージングを使用すると、検査対象の臓器をより詳細に観察できるため、次の用途に最適です。
- 癌性腫瘍および良性腫瘍の早期検出（腫瘍の早期発見のための前立腺の検査、結腸および直腸の腫瘤の検索、生検の可能性のための乳房病変の検出）。
- 胎児を視覚化して発育を評価し、特に顔や手足の異常な発育を観察します。
- さまざまな臓器や胎児の血流を可視化します。
ドップラー超音波は、ドップラー効果に基づいています。超音波を反射する物体が移動すると、エコーの周波数が変化し、プローブに向かって移動するとより高い周波数が生成され、プローブから遠ざかるとより低い周波数が生成されます。周波数がどの程度変化するかは、物体の移動速度によって異なります。ドップラー超音波は、エコーの周波数の変化を測定して、物体の移動速度を計算します。ドップラー超音波は、主に心臓および主要動脈を通る血流速度を測定するために使用されてきました。
超音波の主な用途
超音波は、産婦人科、心臓病、がん検出など、さまざまな臨床現場で使用されています。超音波の主な利点は、放射線を使用せずに特定の構造を観察できることです。超音波は、X 線や他の X 線撮影技術よりもはるかに高速に実行できます。超音波のいくつかの用途の短いリストを次に示します。
産婦人科
- 胎児の大きさを測定して出産予定日を決定します。
- 胎児の位置を測定して、正常な頭が下がっているのか、逆子なのかを確認します。
- 胎盤の位置をチェックして、子宮の開口部（子宮頸部）上で胎盤が不適切に発育していないかどうかを確認します。
- 子宮内の胎児の数を調べます。
- 赤ちゃんの性別を確認します（生殖器部分がはっきりと見えるかどうか）。
- 時間をかけて何度も測定することで胎児の成長速度をチェックします。
- 子宮外妊娠、つまり赤ちゃんが子宮ではなく卵管に着床するという生命を脅かす状況を検出します。
- 赤ちゃんの衝撃を和らげる適切な量の羊水があるかどうかを判断します。
- 特殊な処置中に赤ちゃんを監視する – 超音波は、羊水穿刺 (遺伝子検査のための針を使った羊水の採取) 中に赤ちゃんを確認したり避けたりするのに役立ちました。何年も前まで、医師はこの処置を盲目的に行っていました。しかし、超音波の併用により、この処置のリスクは劇的に減少しました。
- 卵巣や乳房の腫瘍を観察します。
心臓病学
- 心臓の内部を観察して、異常な構造や機能を特定します。
- 心臓および主要血管を通る血流を測定します。
泌尿器科
- 腎臓を通る血流を測定します。
- 腎臓結石が見えます。
- 前立腺がんを早期に発見します。
これらの分野に加えて、救急治療室での診断のための迅速な画像ツールとして超音波の使用が増加しています。
超音波の安全性については多くの懸念があります。超音波はエネルギーであるため、「このエネルギーは私の組織や赤ちゃんに何をしているのでしょうか?」という疑問が生じます。妊娠中に頻繁に超音波検査を受けた母親から低出生体重児が生まれたという報告もいくつかあります。超音波の主な可能性は次の 2 つです。
- 熱の発生 – 組織または水は超音波エネルギーを吸収し、局所的に温度が上昇します。
- 気泡の形成 (キャビテーション) — 超音波によって引き起こされる局所的な熱により、溶解したガスが溶液から出てくるとき。
しかし、人間や動物を対象とした研究では、超音波の悪影響が実証されていません。そうは言っても、超音波は必要な場合にのみ使用する必要があります（つまり、注意したほうがよいでしょう）。
超音波検査
超音波検査では、技師と超音波装置のある部屋に入ります。次のようなことが起こります。
- 衣服を脱ぎます（衣服をすべて脱ぐか、関心のある領域の上の服だけを脱ぎます）。
- 超音波検査技師は、検査に必要のない露出部分に布を掛けます。
- 超音波検査技師は、ミネラルオイルベースのゼリーを皮膚に塗ります。このゼリーは、プローブと皮膚の間の空気を排除し、音波を体内に通過させやすくします。
- 超音波検査技師はプローブをプラスチックのカバーで覆います。
- 超音波検査技師はプローブを皮膚の上に通過させて、必要な画像を取得します。検査の種類によっては、プローブが体内に挿入される場合があります。
- 関心のある領域をよりよく見るために、位置を変更するよう求められる場合があります。
- 画像が取得され、測定が行われた後、データが保存されます。画像のハードコピーを入手できる場合があります。
- 掃除用のタオルが渡されます。
- 服を着ます。
超音波の未来
他のコンピューター技術と同様に、超音波検査装置も高速化され、データを保存するためのメモリが増加する可能性が高くなります。トランスデューサープローブはさらに小さくなる可能性があり、内臓のより良い画像を取得するためにより多くの挿入可能なプローブが開発されるでしょう。おそらく、3D 超音波はさらに高度に開発され、さらに普及するでしょう。の開発におけるエキサイティングな新しい分野の 1 つは、羊水穿刺や生検などの低侵襲または非侵襲的処置を実行する医師が体内を「見る」ことを可能にします。
