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超音波



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(超音波診断装置)
ヒトに聞こえない高い周波数の音波(超音波)を利用して、体内臓器の形態や腫瘍などの病変、血流などを画像化する診断法。

@超音波は臓器や組織の境界で反射する性質を持っている

A反射波(エコー波)が探触子に戻ってくる時間差を画像化して、臓器の形、大きさなどから異常の有無を検出する。

B超音波は、水の中の透過性に優れ、空気を含まない臓器のなかを伝わりやすいので、X線検査などでは診断しにくい「肝臓 」などの実質性臓器や「心臓」の検査に用いられる


C人体に全く無害で、副作用がない


Dつねに鮮明な画像が得られるとは言えない。


E以下の組織は検査に適さない
   「骨」「腱」・・・かたい組織
   「胃」「腸」・・・空気が多い組織

F検査直前に食事をすると・・・
  • 胆嚢が収縮するので「胆嚢」の観察には適さない。

G「子宮」や「卵巣」・・・・
  • 膀胱内に水が溜まっているの方が観察しやすいので、通常は排尿しない状態で検査する。



主な検査部位
  1. 「甲状腺」「乳房」・・・ガンや腫瘍の有無
  2. .「心臓」・・・先天性心疾患の有無
    • ※心腔の大きさ
    • ※心筋の動き具合
    • ※心臓内の血流の方向や速度から心機能を検査
         
  3. .「肝臓」「胆嚢」「膵臓」「腎臓」「膀胱」「子宮」「卵巣」
    • ※臓器の大きさやガンなどの有無
    • ※臓器内血管とその狭窄拡大
    • ※結石や嚢胞、嚢腫の有無
           
  4. .「脳底動脈」「頸部の動静脈」「大腿動脈」「指の側背動脈」
    • ※動脈硬化や狭窄の判定。

         







病気の前兆を超音波で調べる
超音波はX線と違って被爆の心配が無い。

繰り返し検査ができる。

生体組織の柔らかさや成分の違い、粘りけなどを解析できる。

@脳梗塞の発症リスク

A脂肪肝の進行ぐあい

B血管にたまった脂質「プラーク」を調べる
  • 徳島大学病院超音波センターの佐田政隆センター長や山田博胤副センター長らが技術を開発した。
  • 超音波を頸動脈に当てて、反射波の伝わりかたの違いからプラークの脂質分が多いかどうかを調べる。
  • 線維などに比べて脂質が多いと、血管の壁からはがれやすい。
  • 血管内を流れて、血小板が凝集して血栓になる。
  • 頸動脈や冠動脈で起こると脳梗塞心筋梗塞の危険が増える。

C臓器の変形しやすさ(弾性)を調べる
  • 椎名毅・京都大学教授らが技術を開発した。

超音波で肝ガンの進行ぐあいを把握

2013年、東芝メディカルシステムズと飯島尋子・兵庫医科大学教授らは、肝臓がんの進行を超音波で正確にとらえる技術を開発した。

超音波診断装置は被爆の心配が無く、負担をかけずに体内の様子を動画で描き出す。



小さな病巣・・・・正確に画像化
2012年、日立製作所は体の奥深くにある小さな病巣を正確に画像化する技術を開発した。
光が当たると超音波を出す微粒子を造影剤に混ぜ、超音波診断装置で患部を画像化する。

超音波診断装置は肝臓や前立腺のガン診断、妊婦の胎児の検査などに使われている。
外から患部に向けて超音波を当てて、跳ね返ってくる超音波を計測する。
超音波は体の奥深くに届くが、、細かい部分はうまく画像化できなかった。
造影剤を注射して患部に届いた頃にレーザー光を外から当てる。造影剤に混ぜた微粒子が気泡となり、強い超音波を出す。
レーザーを吸収して超音波を出す従来型の造影剤に比べて、超音波の信号の強さが3倍になるあめ、腹膜などに転移した小さなガンなどのハッキリ見える。
微粒子は泡になっても、しばらくすると液体に戻るため、レーザーを定期的に当てて診断作業を繰り返すことができる。




がん細胞を破壊
1997年、東芝は、肝臓や腎臓など体内深部のガンを切り取らずに治療することを目指した新技術を開発した。

強力な超音波を照射して患部だけを100℃近くまで加熱、ガン細胞を殺す。照射時間が短くて済み、正常な組織を傷める危険も少ないという。

新しい方法は、周波数「1.5メガヘルツ」の強力な超音波を体内へ断続的に照射する。患部に焦点を絞り込むと、わずか「0.3秒」ほどで焦点部分は「100℃」近い高温状態になり、ガン細胞が死ぬ。
 これまでも超音波やマイクロ波によって患部を「43℃」程度に加熱する温熱療法は知られているが、より高温の新手法はガン細胞を殺す能力が高い。
 強い超音波を当て続けると、ガンに到達する手前の正常な組織を加熱する恐れがあるが、東芝の研究陣は超音波の波長をうまく制御して正常な組織を傷めずに焦点部分だけを加熱する手法を編み出した

超音波で治療 (集束超音波治療)
細く絞った超音波を患部に当てて、発生する熱でガン細胞を焼き切る治療法。
海外では2000年以降子宮筋腫や乳ガン・前立腺ガンなどで実用化が始まった。
イスラエルのインサイテック社が先行。照射時間が長かった。
日立製作所と東京女子医大などは薬と超音波を組み合わせて短時間で治療効果を上げる手法を開発中で、患者にガン細胞にだけ集まる薬剤を注射し、薬が集まった患部に超音波を当てる。乳腺治療の動物実験に成功。

超音波の熱でガン治療
2010年、日立製作所は体内のガンを超音波の熱で効果的に壊死させる技術を開発した。超音波診断の造影剤として使う小さな気泡をガン組織だけに送り込むように工夫し、気泡を目印にして超音波でガンを狙い撃ちする。正常な組織は傷めずにすむ。

まず、特殊なガスを数百ナノbの液滴に変えて注射する。
液滴はガン細胞に養分を与える新生血管にのみ入り込み、ガン組織に集積する。

そこへ超音波を当てて数マイクロbの気泡を作る。
この気泡を目印に、治療医用の強いエネルギーの超音波をガン組織に集中的に当てる。狙った場所の温度は50℃〜60℃に上がり組織が壊死する。
ネズミを使った実験で、ガン組織のみが破壊され周囲の正常な血管などは傷つかなかった。
成果は、サンディエゴで開催される米国電気電子学会で発表する。



狭心症に

2014年、東北大学のグループは心臓に超音波を当てて毛細血管の形成を促す手法を開発した。
  • ブタの実験で効果を確認した。

胎児の臓器を透過する

2014年、GEヘルスケア・ジャパンは産婦人科向け超音波診断装置で、胎児の臓器を透かして表示する機能を搭載した機種を発売。

新たに開発したプローブは8000以上の素子を縦横に並べ3次元データが得られる。

これまで難しかった妊娠6週目の胎児の状態を調べたり、立体画像が得られる。


○2010年、キャノンMJは仏メーカーの超音波診断装置に参入。探触子を皮膚に当てると体内組織の硬さを色分けして表示する機能があり、腫瘍の状態を把握するのに役立つ。
医師らの技能の差に左右されない。


○ 2010年、GEヘルスケア・ジャパンは小型で白衣に入れることができる重さ390cの超音波診断装置を発売。
大きさは73mm×28mm×135mm。3.5インチの画面




超音波セラノスティックス

バブルと超音波で診断だけでなく治療も同時に実施する手法。

2013年、帝京大学の丸山一雄教授がバブルを使って血栓を溶かす成果を発表。

血栓に集まるように、脂質でできた泡の表面にタンパク質をくっつけ、実験で血栓ができたウサギの静脈にバブルを導入すると、血栓部分に集まった。そこへ、超音波を当てバブルをゆさぶって血栓を壊し、血流が回復した。
超音波スピーカー

2009年、東京農工大学の越田信義特任教授らは、人間の耳には聞こえない超音波を発生できる超小型スピーカーを開発した。
一般のスピーカーは電線を伝わってきた音の電気信号を、最後にコーン紙と呼ぶシートに伝え、その振動が音になる。コーン紙で発生できる上限がほぼ20`Hzで、それより高周波の信号は捨てていた。人間の耳にはそれ以上は聞こえないので困ることはなかった。
テロ対策
新型スピーカーは少なくとも150`Hzまで出せる。そのため“真っ暗な室内の隅々まで不法侵入者を発見できるようになる”(越田特任教授)超音波は水中ではよく伝わるため実用化がはやかった(たとえば、胎児の発育状況を調べる検査)。しかし、空中では音速が1/4になるうえに、減衰が大きく、既存の技術では超音波は空気中をほとんど伝わらなかった。
越田特任教授らは、コーン紙の機械的振動のかわりに、「空気との熱交換」と呼ぶ新方式で音を出すことのチャレンジした。空気に接する面の温度を電気信号の変化に合わせて瞬時に上下させる。空気は熱膨張と圧縮を繰り返し、これが音になる。


音ルミセンス効果の解明に手がかり

1998年、米オハイオ州立大学とメリーランド大学の研究チームは、気泡に超音波を当てると光を放つ『音ルミセンス効果』の解明の有力な手掛かりを見つけた。泡の中にあるガスの原子が励起状態から一挙に基底状態になると強い光を放つことを実験で確認。

音ルミセンスは
1934年に発見された現象で、気泡が超音波によってつぶれる瞬間に100億分の1秒という極めて短いパルス光を放つ。ただ、その仕組みはほとんど分かっていなかった。研究チームは実験により、音ルミセンスによる光の波長が原子1つ1つが放つ光の波長と同じで、光の強さは整数倍になっていることを解明。冷気状態にある多数の原子が同時に光を発していると考えれば、この現象をうまく説明出来るという。



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