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お腹の中を覗く(超音波画像診断装置)
2009.11.30

基礎医学実習にて、超音波エコーの実習がありました。
臓器の形態学的な検査には、腹部超音波(腹部エコー)、コンピュータ断層撮影(CT;computed tomography)、核磁気共鳴画像法(MRI;magnetic resonance imaging)などがあります。

超音波エコー01 超音波エコー02

CTには放射線被曝、または造影剤を用いる場合は副作用の問題があります。MRIでは放射線被曝はありませんが、MRIを持ってる病院は数多くありません。

一方で、腹部エコーは全く侵襲のない検査です。また、血流が評価できる点もあります。だだし、欠点としては検査を行う人の技術(手技)によって検査結果に差が出やすいことがあります。



超音波エコー03 超音波エコー04

<原理>
超音波って・・・?
人間の聞くことができる音の範囲は、耳の良い人でもおよそ16Hz〜20kHzと言われています。超音波は20kHz以上の音波を言います。
超音波とは「人が聞くことを目的としない音」と定義します。
ちなみに、超音波診断装置に使われている音の周波数は、1MHz〜10MHzが主流です。

超音波パルス反射法を応用したもです。
超音波検査では、プローブと言われる装置から超音波を発した後、反射して返ってきた超音波をプローブで受け止め、その反射波を解析して、2次元画像に白黒の色の濃さとして表示しています。
また実際の超音波は反射だけではなく、進んでいく過程で吸収や反射・散乱などの現象が起きます。この現象によって、様々なノイズが生じたり、その物体の特性を知ることができたりします(固有の音響インピーダンスが異なる組織の境界面では反射する)。

しかし、超音波は水分を含む組織はよく通過しますが、空気の多い肺などは超音波の減衰が大きいので、肺ガンなどの診断には不向きです。

超音波エコー05 超音波エコー06

超音波エコー07

<基本モード>
1.Aモード
AはAmplitude(振幅)の頭文字を取っています。
プローブから超音波を出し、波形が高いほど音(反射波)が強く、低ければ音(反射波)が弱く、一番下は0(反射エコーなし)と判断出来ます。
このように波形の高さで反射波の強さを表現するのがAモード表示です。
横軸(ブラウン管の時間軸)に深さ、縦軸に反射強度(受信波形)を示したもので、もっとも基本的な表示法ですが、臨床では使われなくなってきています。

2.Bモード
Bは Brightness(明るさ)のBの頭文字を取っています。
超音波ビームを走査しながら得られる反射信号をブラウン管上で輝度変調し、走査に応じた表示を行うもので、超音波断層像が得られます。明暗で反射波強さを表現して表示するものがBモードです。このBモードが一般的に超音波画像診断とよばれるものです。

3.Mモード
Mは Motion(動き)のMの頭文字を取っています。
反射源の時間的位置変化を反射信号の時間変化ととらえ、運動曲線として表示するもので、Mモード心エコー図として広く使われています。
すなわち、体の中の臓器が、時間的にどのように動いたかを、軌跡で表示します。これは考え方として、心電図と同じように、時間的変化を見るものです。
Mモードでは、動きのある臓器、例えば心臓の弁の運動や、心筋の運動はこのMモードのパターンで正常か異常かを判断することができます。

4.Dモード
Dは Doppler(ドップラ効果を発見した学者の名前)のDの頭文字を取っています。
ドップラ効果とは、音を出している物が近づいてくるか、遠ざかっているかで、音の高さが変わる現象です。超音波診断装置でのDモードは、同じようにドップラ効果により、送信した音が動いている血流に当たって(近づいてくる血流からの反射音は高くなり、遠ざかる血流からの反射音は低くなります)、音の高さがかわったことを判別して表示します。

5.カラーモード(FLOW)
この表示はドップラの応用となります。
Dモードが任意のポイント(連続波ドプラの場合は、任意の方向)のドップラ情報の表示に対し、カラーモードはBモードの画像の上に、近づいてくる血流に当たった音波の場合は赤く(暖色系)、遠ざかる血流に当たった音波の場合は青く(寒色系)色づけすることにより、Bモードの中で血液がどのようにながれているかを表示するものです。

<走査方法>
超音波の走査形式には、以下のものがあります。
・リニア走査(視野が均一)
・セクタ走査(広い視野)
・アーク走査(特殊用途向け)
・ラジアル走査(360度の視野)
・コンベック走査(近距離視野の広いセクタ)

走査方法には、振動子を先端に1つだけ装着したプローブをモータなどにより動かし、そのプローブをモータなどにより動かし、そのプローブの位置や角度の情報と合わせて画像としてモニタに表示する機械走査と、振動子を多数像着したプローブを用いて電子スイッチにより制御して操作を行う電子走査があります。

・機械走査
1個の振動子を機械的に高速機械走査するもので、高速回転させる方法と反復往復(首振り)運動する方法の2種類があります。
通常は、いずれもセクタ走査(超音波ビームを扇状に広げる走査方式:スイッチを入れるとワイパーの動きに沿って、振動子も右に向いたり、左に向いたりします)です。
また、機械操作には、振動子を回転させ、360度の円形画像を得ることのできるラジアル走査(1個の振動子を中心に置いて、グルグルと回します)があり、体腔内走査用として、とくに消化管や血管内へ挿入するカテーテルタイプの細径プローブに用いられています。

・電子走査
超音波の走査方法を電子的にコントロールする方法です。
これは基本的にリニア走査とセクタ走査があります。
リニア走査は、多数子の振動子を直線上に配列し、電子的に順次切り替えて超音波ビームを直線的に移動するものです。
セクタ走査はN個の配列振動子からの波面が走査角θ方向で一致するように、各振動子からの駆動時間をそれぞれ変化させるもので、電気的に制御することによって、合成された超音波ビームはθ方向のみ伝搬します。」

超音波エコー08 超音波エコー09

超音波エコー10 超音波エコー11

電子走査は機械走査にくらべ可動部が少なく、そのため機械走査のような音を振動子から体表接触部まで伝えるための音響媒体も少ないため信頼性が高いといえます。また、一般にプローブが小型、軽量で操作性に優れているほか、電子的制御による超音波ビームの収束やBモード走査、BモードとMモードを同時に行うM/D走査などが可能です。

これに対し、機械走査は、比較的簡単なシステムでセクタ走査が可能なほか、7.5MHz以上の高周波化が可能です。

超音波エコー12 超音波エコー13

超音波画像診断装置を理解するためには、非常に難しいと言えます。
しかし、治療の診断や治療効果を知る検査機器としては非常に有用です。
今すぐ、完全に理解しなくても、少しずつ理解していきましょう。

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基礎医学実習にて、超音波エコーの実習がありました。
臓器の形態学的な検査には、腹部超音波(腹部エコー)、コンピュータ断層撮影(CT;computed tomography)、核磁気共鳴画像法(MRI;magnetic resonance imaging)などがあります。

超音波エコー01 超音波エコー02

CTには放射線被曝、または造影剤を用いる場合は副作用の問題があります。MRIでは放射線被曝はありませんが、MRIを持ってる病院は数多くありません。

一方で、腹部エコーは全く侵襲のない検査です。また、血流が評価できる点もあります。だだし、欠点としては検査を行う人の技術(手技)によって検査結果に差が出やすいことがあります。



超音波エコー03 超音波エコー04

<原理>
超音波って・・・?
人間の聞くことができる音の範囲は、耳の良い人でもおよそ16Hz〜20kHzと言われています。超音波は20kHz以上の音波を言います。
超音波とは「人が聞くことを目的としない音」と定義します。
ちなみに、超音波診断装置に使われている音の周波数は、1MHz〜10MHzが主流です。

超音波パルス反射法を応用したもです。
超音波検査では、プローブと言われる装置から超音波を発した後、反射して返ってきた超音波をプローブで受け止め、その反射波を解析して、2次元画像に白黒の色の濃さとして表示しています。
また実際の超音波は反射だけではなく、進んでいく過程で吸収や反射・散乱などの現象が起きます。この現象によって、様々なノイズが生じたり、その物体の特性を知ることができたりします(固有の音響インピーダンスが異なる組織の境界面では反射する)。

しかし、超音波は水分を含む組織はよく通過しますが、空気の多い肺などは超音波の減衰が大きいので、肺ガンなどの診断には不向きです。

超音波エコー05 超音波エコー06

超音波エコー07

<基本モード>
1.Aモード
AはAmplitude(振幅)の頭文字を取っています。
プローブから超音波を出し、波形が高いほど音(反射波)が強く、低ければ音(反射波)が弱く、一番下は0(反射エコーなし)と判断出来ます。
このように波形の高さで反射波の強さを表現するのがAモード表示です。
横軸(ブラウン管の時間軸)に深さ、縦軸に反射強度(受信波形)を示したもので、もっとも基本的な表示法ですが、臨床では使われなくなってきています。

2.Bモード
Bは Brightness(明るさ)のBの頭文字を取っています。
超音波ビームを走査しながら得られる反射信号をブラウン管上で輝度変調し、走査に応じた表示を行うもので、超音波断層像が得られます。明暗で反射波強さを表現して表示するものがBモードです。このBモードが一般的に超音波画像診断とよばれるものです。

3.Mモード
Mは Motion(動き)のMの頭文字を取っています。
反射源の時間的位置変化を反射信号の時間変化ととらえ、運動曲線として表示するもので、Mモード心エコー図として広く使われています。
すなわち、体の中の臓器が、時間的にどのように動いたかを、軌跡で表示します。これは考え方として、心電図と同じように、時間的変化を見るものです。
Mモードでは、動きのある臓器、例えば心臓の弁の運動や、心筋の運動はこのMモードのパターンで正常か異常かを判断することができます。

4.Dモード
Dは Doppler(ドップラ効果を発見した学者の名前)のDの頭文字を取っています。
ドップラ効果とは、音を出している物が近づいてくるか、遠ざかっているかで、音の高さが変わる現象です。超音波診断装置でのDモードは、同じようにドップラ効果により、送信した音が動いている血流に当たって(近づいてくる血流からの反射音は高くなり、遠ざかる血流からの反射音は低くなります)、音の高さがかわったことを判別して表示します。

5.カラーモード(FLOW)
この表示はドップラの応用となります。
Dモードが任意のポイント(連続波ドプラの場合は、任意の方向)のドップラ情報の表示に対し、カラーモードはBモードの画像の上に、近づいてくる血流に当たった音波の場合は赤く(暖色系)、遠ざかる血流に当たった音波の場合は青く(寒色系)色づけすることにより、Bモードの中で血液がどのようにながれているかを表示するものです。

<走査方法>
超音波の走査形式には、以下のものがあります。
・リニア走査(視野が均一)
・セクタ走査(広い視野)
・アーク走査(特殊用途向け)
・ラジアル走査(360度の視野)
・コンベック走査(近距離視野の広いセクタ)

走査方法には、振動子を先端に1つだけ装着したプローブをモータなどにより動かし、そのプローブをモータなどにより動かし、そのプローブの位置や角度の情報と合わせて画像としてモニタに表示する機械走査と、振動子を多数像着したプローブを用いて電子スイッチにより制御して操作を行う電子走査があります。

・機械走査
1個の振動子を機械的に高速機械走査するもので、高速回転させる方法と反復往復(首振り)運動する方法の2種類があります。
通常は、いずれもセクタ走査(超音波ビームを扇状に広げる走査方式:スイッチを入れるとワイパーの動きに沿って、振動子も右に向いたり、左に向いたりします)です。
また、機械操作には、振動子を回転させ、360度の円形画像を得ることのできるラジアル走査(1個の振動子を中心に置いて、グルグルと回します)があり、体腔内走査用として、とくに消化管や血管内へ挿入するカテーテルタイプの細径プローブに用いられています。

・電子走査
超音波の走査方法を電子的にコントロールする方法です。
これは基本的にリニア走査とセクタ走査があります。
リニア走査は、多数子の振動子を直線上に配列し、電子的に順次切り替えて超音波ビームを直線的に移動するものです。
セクタ走査はN個の配列振動子からの波面が走査角θ方向で一致するように、各振動子からの駆動時間をそれぞれ変化させるもので、電気的に制御することによって、合成された超音波ビームはθ方向のみ伝搬します。」

超音波エコー08 超音波エコー09

超音波エコー10 超音波エコー11

電子走査は機械走査にくらべ可動部が少なく、そのため機械走査のような音を振動子から体表接触部まで伝えるための音響媒体も少ないため信頼性が高いといえます。また、一般にプローブが小型、軽量で操作性に優れているほか、電子的制御による超音波ビームの収束やBモード走査、BモードとMモードを同時に行うM/D走査などが可能です。

これに対し、機械走査は、比較的簡単なシステムでセクタ走査が可能なほか、7.5MHz以上の高周波化が可能です。

超音波エコー12 超音波エコー13

超音波画像診断装置を理解するためには、非常に難しいと言えます。
しかし、治療の診断や治療効果を知る検査機器としては非常に有用です。
今すぐ、完全に理解しなくても、少しずつ理解していきましょう。

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