超音波の仕組み：コウモリから医療画像まで

要約

本記事では、コウモリが暗闇を進むために使用する超音波から、医療専門家が非侵襲的な画像診断に使用する方法まで、超音波の仕組みについて探求します。超音波は、媒体内の分子を振動させて作られ、ピーク間の距離が波の周波数を決定します。コウモリは超音波を放出して環境の内部マップを作成し、これが人間が音響探知と超音波画像を開発するきっかけとなりました。医療用超音波では、導電性のゲルを使用して体と超音波ワンドの間に気密性を作ります。液体を通過するが固体構造物に反射するため、内部器官の画像を作成します。超音波は、負の副作用が知られておらず、現場で使用できるため、他の画像技術に比べて優れています。

コウモリと超音波

コウモリは、真っ暗な洞窟でも驚異的な速度で進む能力で知られています。彼らは、目だけでなく耳でも行います。コウモリは、近くの表面に反射する高いピークの超音波を放出し、多くの情報を運ぶエコーを生み出します。このエコーの微妙なニュアンスを感じ取ることで、コウモリは環境の内部マップを作成します。この能力は、人間が音響探知と超音波画像を開発するきっかけとなりました。

音響探知と医療用超音波

第一次世界大戦で、フランスの科学者たちは、超音波ビームを使用して海中の近くの敵潜水艦を検出し、巨大な成功を収めた早期の音響探知を作り出しました。医療専門家は後に、非侵襲的な方法で患者の体内を見るための超音波画像を試みました。今日、超音波画像は、器官の損傷を評価し、組織の厚さを測定し、胆嚢の石、腫瘍、血栓などの状態を検出するために使用されています。

医療用超音波の仕組み

医療用超音波を実行するには、まず、導電性のゲルを皮膚に塗布して、体と超音波ワンドの間に気密性を作ります。その後、機械オペレーターは、液体を通過する超音波ビームを体内に送り、エコーを作成せずに通過し、固体構造物に反射します。これらのエコーは、イメージングスクリーン上の点として描画され、骨は最も多くの波を反射し、明るい白い形を形成する密集した点として現れます。密度の低いオブジェクトは、灰色の薄い色合いで表示され、徐々に内部器官の画像が作成されます。完全な画像を得るために、複数の周波数の波が一緒に使用され、リアルな画像に合成されます。オペレーターは、異なる領域にズームインして焦点を合わせることができ、機械はリアルタイムで移動を視覚化することができます。

医療用超音波の利点

超音波画像は、他の画像技術に比べて利点があります。放射線を使用した画像診断や侵襲的な手術に対して、超音波は正しく使用される限り、負の副作用が知られていません。超音波波による高温によって、非常に高いレベルで感度の高い組織を損傷する場合がありますが、技術者は通常、可能な限り低いレベルを使用します。現代の超音波機は小型で携帯性が高く、医師が現場で使用し、どんな医療緊急事態でも明確に見ることができます。