超音波のアーチファクトと安全性（多重反射・音響陰影・鏡面反射・MI/TI）

超音波シリーズの最終回です。アーチファクト——実際にはないものが写ったり、あるものが写らなかったりする現象を扱います。

国家試験では、超音波のアーチファクトは毎年のように画像問題で出ます。しかも聞かれ方は「矢印が示すアーチファクトはどれか」という形にほぼ固定されています。つまり、どこに・どんな形で出るかさえ整理できていれば、確実に得点できる分野です。

そしてもうひとつ。アーチファクトは装置の欠陥ではありません。むしろ、装置が置いている4つの決めつけの裏返しです。ここから入ると、丸暗記せずに済みます。

アーチファクトは「決めつけ」から生まれる

超音波装置は、画像を作るときに次の4つを前提にしています。

装置の決めつけ	現実	そこから生まれるもの
① 音速はどこでも1,530 m/s	脂肪1,450・筋肉1,580と幅がある	位置ずれ、屈折
② 音はまっすぐ進む	境界で屈折する	外側陰影、レンズ効果（二重像）
③ 反射は1回だけして戻る	何度も往復する	多重反射、鏡面反射
④ 信号はビームの主軸から来る	脇に漏れたビームも拾う	サイドローブ、グレーティングローブ

これに、深さに応じて一律に増幅している（STC） という前提を加えると、音響陰影と後方エコー増強も説明がつきます。

減衰の違いから生まれるもの

音響陰影（acoustic shadow） … 結石・石灰化・骨・ガスのように、強く反射して、しかも中でよく吸収されるものの真後ろが黒く抜けます。音がその先へ進めないからです。胆石や尿路結石を見つける手がかりにもなります。

後方エコー増強（acoustic enhancement） … 囊胞・膀胱・血管など、液体の真後ろが明るくなります。理屈はやや逆説的で、装置は「この深さならこれくらい減衰しているはずだ」と見込んで一律に増幅しています（STC）。ところが液体の中ではほとんど減衰しないので、増幅しすぎて明るくなるわけです。囊胞と充実性腫瘤を見分ける決め手になります。

外側陰影（側方陰影・lateral shadow） … 囊胞や胆囊など丸い構造の両脇の縁から、下向きに細い影が左右対称に2本伸びます。縁では音が斜めに入るため、屈折して外へ逃げてしまうのが原因です。

音響陰影と外側陰影は混同されがちですが、真後ろが広く黒いのが音響陰影、縁から細く2本なのが外側陰影と覚えれば迷いません。

反射が1回で終わらないから生まれるもの

多重反射（リバーベレーション） … プローブと強い反射面の間で、音が行ったり来たりします。装置は「2倍の深さから返ってきた」「3倍の深さから返ってきた」と素直に解釈するので、等間隔に同じ像が並びます。深いほど淡くなるのも特徴です。

膀胱の前壁、腸管ガス、金属など、強い反射面のあるところで起こります。プローブの当てる角度を変えると位置が変わるので、実務ではそれで見分けます。

コメット様エコー・リングダウン … 多重反射の一種で、ごく狭い間隔で往復するため、尾を引くように見えます。胆囊壁のロキタンスキー・アショフ洞（胆囊腺筋腫症）、金属クリップ、腸管ガスなどが原因になります。

鏡面反射（ミラーイメージ） … 横隔膜のようなきわめて強い反射面が鏡の役をします。音がそこで跳ね返って寄り道してから戻るので、装置は「もっと遠くから返ってきた」と解釈し、反射面の向こう側に虚像を描きます。

肝臓の超音波で横隔膜の向こう（胸腔側）に肝臓が写っているように見えたら、これです。実際にはそこに肝臓はありません。強い反射面をはさんで対称な像があることが決め手になります。膀胱や胸膜でも起こります。

ビームの主軸の外から来るもの

サイドローブ … プローブから出るビームは、主軸（メインローブ）だけではありません。脇に弱いビームが漏れています。この弱いビームが主軸の外にある強い反射体を拾うと、装置はそれを主軸上にあるものとして描いてしまいます。

胆囊や膀胱のような無エコー（真っ黒）の中に、うすい弧状の偽像として現れるのが典型です。本物の胆泥や隆起性病変との見分け方は、体位を変えると形が変わったり消えたりすることです。

グレーティングローブ … 同じく主軸外に出る副ローブですが、原因が違います。アレイの素子の間隔が原因で、間隔が波長の1/2より大きいと、主軸から離れた方向に強い副ローブが生じます。だから素子は細かく分割されています。

まっすぐ進まないから生まれるもの

レンズ効果（屈折による二重像） … 腹直筋と皮下脂肪のように音速の違う組織の境界で、音がプリズムのように曲げられます。すると1つの構造が2つに見えることがあります。腹部大動脈が2本に見える、胎児の頭が2つに見える、といった形で現れます。プローブを少しずらすと消えます。

音速の違いによる位置ずれ … 装置は1,530 m/sで距離を計算しています。脂肪（1,450 m/s）を通ってきた音は思ったより遅いので、装置は実際より深い位置に描いてしまいます。厚い脂肪層の向こうの構造がわずかにずれるのはこのためです。

部分体積効果 … これはスライス厚が原因です。スライス方向分解能はいちばん悪いので、細い囊胞ではスライスの中に周囲の組織が混ざり込み、囊胞の中に偽の内部エコーが出ることがあります。CTやMRIと同じ原理です。

一覧で整理する

アーチファクト	どこに出るか	形	原因
音響陰影	強い反射体の真後ろ	広く黒く抜ける	反射と吸収
後方エコー増強	液体の真後ろ	明るくなる	減衰が少ない
外側陰影	丸い構造の両脇の縁	細い影が2本	屈折
多重反射	強い反射面の奥	等間隔の線	何度も往復
コメット様エコー	小さな強反射体の奥	尾を引く	狭い間隔の多重反射
鏡面反射	強い反射面の向こう側	対称な虚像	鏡のように跳ね返る
サイドローブ	無エコーの中	うすい弧状	主軸外のビーム
レンズ効果	腹直筋などの奥	像が二重になる	屈折

「どこに」と「形」の2つで、ほぼすべて切り分けられます。

安全性：超音波に電離作用はない

超音波は電磁波ではなく音なので、電離作用がありません。X線やγ線のようにDNAを直接壊すことはなく、被ばくという概念自体がありません。だから妊婦にも小児にも繰り返し使えます。

ただしまったく無害というわけではありません。生体作用は2つあります。

熱作用と TI（熱指数）

前回までに見たとおり、減衰の主役は吸収で、吸収されたエネルギーは熱になります。つまり組織の温度が上がります。

これを表す指標が TI（Thermal Index：熱指数） で、TIが1なら約1℃の温度上昇に相当するという目安です。対象によって3つに分かれます。

• TIS … 軟部組織（soft tissue）
• TIB … 骨（bone）が焦点付近にある場合。胎児の骨など
• TIC … 頭蓋骨（cranial bone）。経頭蓋の検査

骨は吸収が大きく、温度が上がりやすい点に注意が必要です。

機械的作用と MI（機械的指数）

音は圧力の波なので、陰圧のときには組織が引っ張られます。この力で微小な気泡がふくらみ、やがてつぶれる現象がキャビテーション（空洞化現象） です。つぶれる瞬間には局所的に高温・高圧が生じます。

指標は MI（Mechanical Index：機械的指数） です。

$$\mathrm{MI} = \frac{\text{最大陰性音圧}}{\sqrt{\text{周波数}}}$$

周波数が低いほどMIは大きくなります。診断用装置ではMIは1.9以下に制限されています。

なお超音波造影剤（ペルフルブタン）はマイクロバブルそのものなので、MIが高いと壊れてしまいます。だから造影検査では低MIで観察します。

ALARA の原則

放射線防護と同じ考え方が、超音波にも適用されます。必要な情報が得られる範囲で、出力は低く、時間は短く。

実務上のポイントを挙げておきます。

• 音響出力は最小限にして、明るさはゲインで作る（前回の装置の話とつながります）
• パルスドプラは1か所に音を集中させるため、Bモードより出力が高くなりやすい。胎児では特に慎重に
• 産科では必要のない長時間の観察や、記念撮影目的の使用は避ける

まとめ

• アーチファクトは、装置の4つの決めつけの裏返し。音速一定・直進・反射は1回・主軸から来る
• 音響陰影＝強い反射体（結石・石灰化・骨・ガス）の真後ろが黒。後方エコー増強＝液体の真後ろが明るい（STCが補正しすぎるため）
• 外側陰影＝丸い構造の縁から細い影が2本。屈折による
• 多重反射＝等間隔の線が奥へ並ぶ。深いほど淡い。コメット様エコーは狭い間隔で尾を引くもの
• 鏡面反射＝横隔膜などを鏡にして、向こう側に対称な虚像
• サイドローブ＝主軸の脇に漏れたビームの信号が主軸上に描かれる。無エコーの中のうすい弧状。体位で変わる
• グレーティングローブは素子の間隔が原因（波長の1/2より広いと生じる）
• レンズ効果＝屈折による二重像。部分体積効果＝スライス厚による囊胞内の偽エコー
• 見分け方は、どこに出るかとどんな形かの2つで足りる
• 超音波に電離作用はない。生体作用は熱作用（TI） と機械的作用（MI） の2つ
• TIは温度上昇の目安（TIが1で約1℃）。TIS・TIB・TICがあり、骨は温度が上がりやすい
• MI ＝ 最大陰性音圧 ÷ √周波数。キャビテーションの目安で、診断用は1.9以下。造影検査は低MIで行う
• ALARAは超音波にも適用。出力は低く、時間は短く。パルスドプラと胎児では特に慎重に

これで超音波シリーズは完結です。物理 → 装置 → ドプラ → アーチファクトと安全性、という順で見てきましたが、振り返るとすべてが1本目の物理につながっていたことが分かると思います。音響インピーダンスの差が音響陰影を作り、吸収が熱になることがTIの根拠になり、減衰の補正が後方エコー増強を生んでいます。

過去問での問われ方は、過去問解説の記事一覧や国家試験まとめから確認できます。