SRIの75年間のイノベーションについて：Ultrasound

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超音波技術によって内部から生じる画像

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「75年間のイノベーション」シリーズでは、SRIが設立された1946年から現在に至るまでの数々の画期的なイノベーションを取り上げます。SRIの英語ブログでは、2021年11月の75周年を迎える日まで、毎週1つずつイノベーションに関する記事をリリースしています。この日本語ブログでは、その中からいくつかを日本語にてご紹介します。

「21世紀に超音波は目で見る聴診器となった」――Scandinavian Journal of Trauma, Resuscitation and Emergency Medicine（外傷、蘇生、救急医療に関して：スカンジナビア・ジャーナル）より

画面に映る赤ちゃんとその心臓が規則的に脈打つのを見つめる瞬間は、妊娠期間中で最も夢のような感動的な瞬間のひとつです。これを可能にしたのが、超音波技術の医療への適用でした。

超音波は、非侵襲的に私たちの体の中を見るための手段として利用されています。医療分野での超音波の利用は、SRIインターナショナルが「反射透過撮像（Reflex Transmission Imaging：RTI）」という画期的な技術を発明したことで、一層効果を発揮するようになりました。超音波技術が幅広く医療診断ツールとして実用化されるには微粒子レベルの撮像技術が必要でしたが、RTIがそれを可能にしたのです。

今では、超音波は医療用画像を必要とする様々な場面で利用されています。そして私たちに生命の発達を見せてくれるだけでなく、時には命も救ってくれます。

それでは、超音波技術はどのように誕生したのでしょうか。そして、この技術が世界中の医療の現場で利用されるツールとなる過程で、SRIはどのような役割を果たしたのでしょうか。

音が画像になる仕組み

超音波技術は医療診断の方法に革命を起こしました。この技術は、侵襲的手法を一切使わずに体の中を観察し、診断に必要なデータを医師に提供します。体内の臓器などの画像を作成する手法は、暗い部屋の中で何かを見つけるために灯りをつけることと似ています。

超音波スキャンによって出力される画像を「ソノグラム」といいます。この画像は、トランスデューサ（変換器）というプローブ（探触子）が発する高周波音波を利用して作られます。トランスデューサは、患者の皮膚の上で使用されるのが一般的ですが、最適な画質を得るために体内（消化管内など）で使用される場合もあります。

トランスデューサには水晶振動子が使用されています。交流の電場をかけるとこの水晶が振動して高周波の音波が発生し、発生した高周波音波は体内に向けて送信されます。その音波が体内の軟部組織などに当たると、超音波エコーが返されます。エコーが戻ってくるとトランスデューサ内の水晶振動子が検知します。

体を構成する物質（水分、骨、軟部組織など）の違いによって、戻ってくる音波エコーも異なります。エコーが戻るために要する時間と、音速に基づいて画像が表示されます。つまり、トランスデューサに当たる音波によって、水晶振動子が解剖学的な位置と戻ってくるエコーの強度を反映した電流を発生させ、この電流が超音波装置に送られて2D画像が生成されます。

現在使われているトランスデューサでは水晶振動子が多数配列されており毎秒20回以上活性化されることから、画像に経時的変化（胎児の心臓の鼓動など）を映し出すことが可能です。

現在の超音波技術では、解剖学的診断と機能診断の両方を行うことができます；

• 解剖学的な超音波技術によって、体内の臓器やその他の組織などの画像を作成することができます。

• 機能面の超音波技術はRTIによって発展が促進された技術で、血流や組織の動きなどをマッピングするために使用されています。この技術によって、医師は体内の機能を可視化することができます。

かつての透過撮像では、体の両側の広範囲に対して音響結合が必要でした。それに対して、単一のトランスデューサ・プローブで同一検査範囲の超音波反射とエコーリターンの両方を単一のトランスデューサで発生させることを可能にしたのが、反射透過撮像（RTI）の技術でした。