超音波スキャンすると、腹部または腎臓石灰化または結石 (上図の腎臓結石や胆石など) について言及されると、多くの場合、まず最初に連想されますが、同等のサイズの結石であっても、音や影の程度が異なる場合があります。たとえば、石の組成の違いや、石の表面の滑らかさの影響などです。これらの物性が根本的に音や影の大きさを決定するのかどうかについては、当面は超音波ビームそのものの形状における音や影の性能を解析してみることにする。
まず第一に、音と影について一般的に言われているのは、発せられた超音波ビームが石の位置でブロックされるため、石の背後には超音波が照射されず、当然、これらの位置の組織はエコーを生成できないため、音と影が発生するということです。 。超音波放射のビームは放射の焦点で最も細く、焦点の外側の領域のビームは徐々に広がり、鞍型に見えることがわかっています。慣習的に、私たちは今でもカメラによる超音波イメージングのアナロジーを使用しています。一眼レフカメラのレンズの絞り値が小さい（実際の絞りが大きい）のと同じように、フォーカスポイントの位置の解像度が向上し、前景と背景のボケがより強調されます。鉄檻の中の動物たちをカメラで撮影すると、写真上では鉄檻が半透明の網目状になっているのにお気づきでしょうか？下の写真はバンコク野生動物公園の檻の中で筆者が撮影したつがいの猿と母親で、よく見ないと薄い格子を見落としてしまうかもしれない。しかし、鉄檻に注目してみると、黒い鉄檻が本当に後ろを塞いでいます。興味のある人は家に帰って、下の写真の作者がフォークにまたがる少女の乞食人形を撃っているように、さまざまな焦点位置でこの実験を体験してみてください。
超音波イメージングに戻りましょう。この問題を定量的に研究するために、音と影の現象を実証するために透過性と解像度を測定する超音波ボディ モールド (KS107BG) を使用します。このボディ モデルのターゲットは、実際には存在しない細い線です。透明なので、サウンドシャドウの効果をうまくシミュレートできます。オクルージョンの効果をより適切に示すために、中心周波数が 100 の高周波プローブを使用します。8.5MHzなぜなら、高周波プローブはより微細な超音波ビームを得ることができるからです（したがって、高い横方向分解能も得ることが容易です）。
まず、発光焦点を深さ1cmに調整します。1cmの位置のターゲットが最も鮮明に見えます。5mm程度のターゲットの後ろに少し暗くなった領域がかすかに見えますが、1cmより下のターゲットは見えません。長い黒いチャンネル、いわゆる音と影に引きずられます。1cm以内は写真の前景のようなもので、焦点深度が1cmで、1cm以降が背景となります。明らかに、1 cm 以内の前景のターゲットは、先ほどの猿の写真の檻のようなもので、1 cm の深さに焦点を合わせると、超音波はそれをバイパスして、ほとんど影響を受けることなく前方にエネルギーを送信し続けることができるようです。ただし、ターゲットの周囲の焦点の下の領域をブロックすることはできないため、ターゲットの背後では超音波エネルギーの後援がほとんどなくなり、エコーが発生しません。私たちの仮説をよりよく確認するために、この時点で集束する超音波ビームをシミュレーションしました。さまざまな瞬間における超音波パルス波の波面を次の図に示します。
どうやら、深さ1cmでは発光焦点のエネルギーが集中してビームが細くなり、焦点深度から遠ざかるにつれてビームの幅が徐々に広がっていくようです。ターゲットの深さが 1cm 未満の場合、ターゲットによってエネルギーの一部が遮られますが、ターゲットのサイズは比較的小さく、側面で遮られなかったエネルギーは焦点に向かって上昇し続けるため、これらのターゲットの音と影は非常に弱く、探査機の表面に近づくほど音と影は目立たなくなります。ターゲットの位置がちょうど焦点深度の場合、超音波ビーム自体が非常に細いため、ターゲットが遮断できるエネルギーが比較的大きく、その結果、ターゲットの周囲に継続できるエネルギーは非常に少なくなり、その領域も大きくなります。この深度の背後にあると、実際の暗い領域が生成されます。ケージに集中しているようで、ケージのグリッドの後ろのエリアは完全にブロックされています。
ターゲットが焦点の後ろ（背景領域）にある場合はどうなりますか?音のビームも非常に広く、ターゲットはその一部しかカバーできないと言う人もいますが、それは前景領域と同じでしょうか、エネルギーはターゲットをバイパスして音と影を減らすことができますか？答えは明らかにノーで、上の図の左斜め列のターゲットがすべて深さ 1 cm 以降にあるのと同じように、発生する音と影は 1 cm の位置のターゲットに劣りません。このとき、超音波ビームの形状を注意深く観察すると、焦点の前後のビームの波面は平坦ではなく、焦点を中心とした円弧状になっています。プローブの表面に近いビームは焦点に向かって収束しますが、焦点より深い波列は焦点とともに外側に広がります。つまり、ターゲットが前景領域にある場合、ターゲットによって隠されていない音波は焦点の方向に伝播し続け、ターゲットによって隠されていない音波は背景領域にあります。走査線から外れる方向に伝播し続けますが、私たちは走査線上のエコー信号しか受信できないため、走査線から外れたエネルギーは受信できないため、音や影が形成されます。
発射焦点を深さ 1.5 cm に調整すると、深さ 1 cm のターゲットの背後の音と影も大幅に減少しましたが、1.5 cm 以降のターゲットは依然として長い黒い尾を引きずっていました。以下は超音波放射のビームプロットです。ビームの形態と組み合わせて音と影の現象を解析してみましょう。
さらに焦点深度を2cmにすると、対象物後方2cm以内の音と影が大幅に弱まります。下の図は、対応する超音波放射ビームのプロットです。
前の例の画像は焦点深度のみを調整したもので、他のインターフェイスの条件は変更されませんが、焦点深度を調整すると、背景も条件を暗示します。つまり、発光焦点の深さが深くなるにつれて、放射開口も増加します（ビーム図のタイトルの前の数字は焦点深度、後ろの数字は放射開口に対応するアレイ素子の数です）、プローブのビーム幅を観察することによって、表面では、実際の放射開口の変化もわかります。一般に、一定の口径を持つズーム レンズと同様に、発光焦点の口径は焦点深度に比例します。
では、同じ焦点深度や絞りサイズが異なると、音や影にどのような影響があるのでしょうか?同じ1.5cm深度フォーカスを例にとると、機械の内部パラメータを調整することで、射出開口部のサイズが2倍になります。
上記の例を通じて、ビーム マッピングを通じてターゲットの音と影の現象を分析する方法を学習したはずなので、この例のビームグラムを直接見ることができます。絞りが小さくなるとビームの焦点深度は広がりますが、サドルの曲がりは少なくなります。同じ前景と背景のビームの歪みは目立たなくなり、ビームの波面がどの程度よく湾曲しているかを観察すると、超音波エネルギーが前方に伝播するプローブの表面に平行な平面に似ていることがわかります。したがって、元の前景領域の超音波エネルギーがターゲットによって部分的にブロックされているにもかかわらず、焦点位置に向かってターゲットの周りを伝播し続けることができますが、小さな開口部が小さい場合、前景の幅が小さくなるという悪影響が生じます。まずビームが絞られ、遮られるエネルギーの割合が大きくなり、側面の音波は発射焦点位置に向かって収束しないため、遮られなかった超音波エネルギーは前方に伝播し続けるものの、ほとんど寄与しない。走査線位置のエコーが影響し、これも絞りの縮小につながります。前景領域にあるターゲットの音や影も、ますます明瞭になります。携帯電話をかご越しに使って、かごに入れられた鳥の写真を撮るのと同じように、携帯電話の口径がどれだけ大きいと主張しても、写真上にかごの暗い格子が目立つようになります。携帯電話のカメラが小さすぎます。
以前は、より良い音と影を得るために、小さな石のスキャンについて、実際の超音波スキャンと組み合わせて、音と影の放射焦点の位置と放射開口部のサイズに関するいくつかの実験的分析を行っただけでした。効果を考慮すると、一般に絞りのサイズを変更することは不可能ですが、焦点位置を石の正面にできるだけ近づけることを考慮することは可能かもしれません。あるいは、音や影がはっきりしない場合は、必ずしも石が小さすぎるためではなく、あるいは焦点が正しい位置にないことが原因である可能性があります。さらに、最初に述べたように、音と影の強さには多くの影響要因がある可能性があります。最も直接的な性質は石の大きさであり、さらに、基本的な音と影は多くの場合、石の大きさよりもはるかに弱いです。高調波音や影など、一概には言えません。
したがって、超音波製品を選択してください。その画像品質が最も重要です。優れた高調波画像はあなたの医療キャリアをより高いレベルに引き上げます。興味のある超音波製品やその他の医療機器についてご相談ください。
ジョイユウ
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投稿時間: 2022 年 9 月 8 日
