超音波装置の基礎 / 画像形成

4. 超音波診断装置

A. 超音波の生体特性

a. 音速、波長、音響インピーダンス (2016 37 2015 27

・特徴:被曝がなく非侵襲的なので繰り返し行える

    リアルタイムに観測が可能

    比較的小型安価であり、移動も可能

    ドプラ法血流の評価が可能

    断層面を自由に選択できる

・使用されている周波数

3.55MHzが多く、用途に応じて120MHz程度を用いる

  乳房:510MHz  体表:7.510MHz  腹部510MHz

・超音波の発生原理

:「圧電効果(ピエゾ効果)」を利用し、極性を切り替えて送受信を行う

   「圧電物質に外力が加わることで、その表面に歪みが生じて表面に正負の電気が生じること

 振動子の近傍では平面波で、遠くでは球面波となる。

 

・主な組織の物理特性

組織・臓器

音速[m/s]

音響インピーダンスZ Pas/m3

空気

340

0.0004

1480

1.5

4080

7.8

 

b. 伝搬特性

c. 反射、散乱 (2015 27

・屈折

音速の異なる媒質の境界で音波は屈折をする

音速のみに依存する

   入射角と屈折角は次式(スネルの法則)で表される
    sinθ1÷C1 = sinθ2÷C2

・干渉

:複数の波が出会って、互いに影響し合って振幅位相が変化すること

・回析

:進行方向に障害物がある場合、その陰となる部分に回り込む現象

  障害物に対して波長が大きい

 多く回り込む

・反射 (2013 06)

:音波は音響インピーダンスの異なる境界の一部で反射する。

  音響インピーダンスZρ×C  

ρ媒質の密度  C媒質固有の媒質中の音速

   反射率R(1から2)Z2-Z1)÷(Z2+Z1

 

d. 減衰 (2015 272014 10

音波の振動の強さが媒質中で、吸収散乱反射によって減衰する

距離遠いほど、周波数高いほど減衰する

周波数の減衰[dB]μ×z×f    

μ減弱係数 z通過距離 f周波数

 

B. 超音波の画像形成

超音波の分解能 (2017 39 、2016 39 2015 282013 30

・空間分解能:一般的に分解能は>である。

距離分解能

ビーム方向に並んだ2点の反射エコーの識別可能な最小距離

パルス幅短い周波数高い高距離分解能  

方位分解能

ビーム直角方向に並んだ2点の反射エコーの識別可能な最小距離、焦点域で高分解能

方位分解能=1.22×λ÷D

λ波長  D振動子の直径

振動子の直径大きい(ビームが細い)周波数高い

  高方位分解能

スライス方向分解能

 :プローブの周波数に依存する

 

*ダイナミックフォーカス:方位距離分解能が上昇する

 

・コントラスト分解能

組織間の輝度差の分解能

 

・時間分解能

フレームレートによる評価

 

a. 表示モード

○A(Amplitude)モード

反射エコーの強さグラフ状に表したもの

縦軸に時間(深さ)、横軸に反射強度をとる

○M(Motion)モード

:反射エコーの強さの変化を輝度変調し、画面に表示する

Bモードと違いプローブの移動を行わずに行う

動いているもの(心筋など)の変化のパターンを知ることができる

○B(Brightness)モード

反射エコーの強さの変化を明るさ(輝度)の変化にして表示する

  反射エコーが得られた位置(深さ)にのみ輝点を表示する

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