超音波画像の品質を向上させる方法(2)

超音波画像の鮮明度によって診断が正確かどうかが決まることは誰もが知っていることですが、実際には、機械の性能に加えて、画像の鮮明度を向上させる他の方法もあります。

前回の記事で説明したことに加えて、次の要因が超音波画像に影響を与えます。

1. 解決策

超音波には、空間分解能、時間分解能、コントラスト分解能という 3 つの主な分解能があります。

●空間分解能

空間分解能は、特定の深さの 2 点を区別する超音波の能力であり、軸方向分解能と横方向分解能に分けられます。

軸方向分解能は、超音波ビームに平行な方向 (縦方向) の 2 点を区別する能力であり、トランスデューサーの周波数に比例します。

高周波プローブの軸方向の分解能は高いですが、同時に組織内の音波の減衰も大きく、その結果、浅い構造の軸方向の分解能は高くなりますが、深部の構造の軸方向の分解能は低くなります。構造は比較的低いため、高周波トランスデューサをターゲット（経食道心エコー検査など）に近づけるか、低周波トランスデューサに切り替えることで、深部構造の軸方向分解能を向上させたいと考えています。このため、表層組織の超音波には高周波プローブを使用し、深部組織の超音波には低周波プローブを使用することが推奨されます。

横方向分解能は、超音波ビームの方向 (水平) に垂直な 2 点を区別する能力です。プローブの周波数に比例することに加えて、焦点の設定にも密接に関係します。超音波ビームの幅は焦点エリアで最も狭いため、焦点が合っているときの横方向の解像度が最高になります。上図では、プローブの周波数と焦点が超音波の空間分解能と密接に関係していることがわかります。1

図1

● 時間解像度

時間解像度はフレーム レートとも呼ばれ、1 秒あたりのイメージングのフレーム数を指します。超音波はパルスの形で送信され、次のパルスは前のパルスが超音波プローブに戻った後にのみ送信できます。

時間分解能は、深度および焦点の数と負の相関があります。深さが深くなり、焦点が増えるほど、パルス繰り返し周波数が低くなり、フレーム レートが低くなります。イメージングが遅くなると、短時間に取得できる情報が少なくなります。通常、フレーム レートが 24 フレーム/秒を下回ると、画像がちらつきます。

臨床麻酔手術中、針が速く動いたり、薬剤が急速に注入されると、フレームレートが低いと画像がぼやけてしまうため、穿刺中の針の視覚化には時間分解能が非常に重要です。

コントラスト解像度とは、機器が識別できる最小のグレースケールの違いを指します。ダイナミック レンジはコントラスト解像度と密接に関係しており、ダイナミック レンジが大きいほどコントラストが低くなり、画像が滑らかになり、2 つの類似した組織または物体を識別する能力が高くなります (図 2)。

図2

2.周波数

周波数は空間分解能に正比例し、超音波の透過に反比例します (図 3)。高周波、短波長、大きな減衰、貧弱な透過性、および高い空間分解能。

図3

臨床現場では、ほとんどの手術の対象は比較的表面的なものであるため、高周波リニアアレイプローブは医師の日々の手術ニーズを満たすことができますが、肥満患者や深い穿刺対象（腰神経叢など）に遭遇する場合には、低周波コンベックスアレイが使用されます。プローブも必須です。

現在の超音波プローブのほとんどは広帯域であり、これが周波数変換技術を実現するための基盤となっています。周波数変換とは、同じプローブを使用するときにプローブの動作周波数を変更できることを意味します。ターゲットが表面的な場合は、高い周波数を選択します。ターゲットが深い場合は、低い周波数を選択します。

Sonosite 超音波を例にとると、その周波数変換には 3 つのモードがあります。つまり、Res (解像度、最高の解像度を提供します)、Gen (一般、解像度と透過性の最適なバランスを提供します)、Pen (透過性、最高の透過性を提供します) ）。したがって、実際の作業では対象領域の深さに応じて調整する必要があります。