1. はじめに
物理学では、「超音波」という用語は、人間の聴覚（20,000ヘルツまたは20キロヘルツ）以上の周波数を持つすべての音響エネルギーに適用されます。 一般的な診断用超音波スキャナーは、人間の聴覚の限界の数百倍にあたる2～18メガヘルツの周波数帯で動作しています。 周波数が高いほど波長は短くなり、より微細な超音波画像を作成することができます。 超音波診断装置は、腱、筋肉、関節、血管、臓器などの皮下組織を画像化し、病変の有無を確認するための超音波による画像診断技術である。 超音波検査は、身体の軟部組織の画像化に有効である。 超音波検査士は通常、手持ちのプローブ（トランスデューサと呼ばれる）を直接患者の上に置いて移動させます。
X線より12年前に発見された超音波ですが、医療への応用はずっと後になってからです。 超音波の最初の実用化は、第一次世界大戦中の潜水艦の探知に使われたのが最初とされている。 超音波の医療への応用は前世紀50年代に始まりました。 まず産科に導入され、その後、あらゆる分野（一般腹部診断、骨盤内診断、循環器、眼科、整形外科など）に導入された(3)。 臨床面では、非侵襲的で視認性に優れ、管理が比較的容易であることから、超音波診断の意義は計り知れないものがある(4,5)。 1974年にグレースケールの信号処理が導入され、B-modeの超音波診断が広く受け入れられるようになりました。 また、トランスデューサーの改良により、空間分解能が向上し、腹部の微小構造物（0.5～1cm）の撮影が可能となりました。 また、リアルタイムシステムの開発により、継続的な可視化や超音波透視の可能性さえ生まれています（1）。 超音波診断では、2つの技術（2）：透過と反射
透過技術は、超音波の異なる吸光度を持つ組織を区別することに基づいています。 超音波画像の不均一な吸収のため、明るい場所と暗い場所のモザイクで構成される内部構造を提供します。 この技術は現在放棄されている（6,1）。
反射技術（エコー）は、パルスが異なる音響抵抗と2つの組織の境界から反射されて登録されます。 この技術は、ソナー（「Sonar Navigation and Ranging」）の機能原理に基づいている。 音波は通常、プローブに包まれた圧電変換器によって発生します。 超音波診断装置からの強く短い電気パルスは、トランスデューサを希望の周波数で鳴動させます。 音はトランスデューサーの形状、トランスデューサーの前にあるレンズ、または超音波スキャナーマシンからの複雑な制御パルスのいずれかによって集束されます。 この集束により、トランスデューサーの表面から弧状の音波が発生します。 この音波は体内を伝わり、希望の深さで焦点に合います。 新しい技術のトランスデューサは、超音波検査装置が焦点の方向と深さを変更できるようにするために、フェーズドアレイ技術を使用しています。 ほとんどすべての圧電トランスデューサーはセラミックでできています(1)。
2D-画像を生成するために、超音波ビームは掃引されます。 振動子は、回転したり揺れたりすることで機械的に掃引されることがある。 また、1次元のフェーズドアレイ振動子を用いて電子的にビームを掃引してもよい。 受信したデータは処理され、画像を構築するために使用されます。 画像は、体内のスライスの2次元表現である。 3D画像は、隣接する一連の2D画像を取得することによって生成することができる。 一般的には、従来の2D画像変換器を機械的にスキャンする専用プローブが使用される。 しかし、機械的走査は低速であるため、動いている組織の3D画像を作成することは困難である。 近年、3次元的にビームを掃引できる2次元フェーズドアレイ振動子が開発された。
医用画像診断では、4つの異なる超音波モードが使用されます（1、3）。 Aモードは、最もシンプルなタイプの超音波診断です。 1つのトランスデューサが体内をスキャンし、エコーを深さの関数として画面上にプロットします。 また、特定の腫瘍や結石を対象とした治療用超音波もAモードで、破壊波のエネルギーをピンポイントに正確に集中させることが可能です。 このような場合、「SpaceMode」と呼ばれます。 Mはmotionの略。 mモードでは、Bモードスキャンを高速で連続して行い、その画像を画面上で互いに追いかけることで、反射を生じる臓器の境界がプローブに対して相対的に移動するため、医師は可動域を確認し測定することができます。 このモードでは、血流の測定と可視化においてドップラー効果を利用します。 ドップラー超音波検査は、医学において重要な役割を果たします。 ドップラー効果を利用して、構造物（通常は血液）がプローブに向かっているか、プローブから遠ざかっているか、その相対速度を評価することで、超音波検査を強化することができます。 例えば、心臓弁の上を流れる血流のような特定のサンプル量の周波数シフトを計算することで、その速度と方向を決定し、視覚化することができます。 これは特に循環器系の研究（血管系や心臓の超音波検査）で有用であり、門脈圧亢進症における肝血管の逆流を判断するなど、多くの分野で不可欠です（6,7）。 ドップラー情報は、スペクトラルドップラーによるグラフ表示、カラードップラー（方向性ドップラー）、パワードップラー（無方向性ドップラー）により画像として表示されます。
経食道エコー心臓撮影（TEE）は、心電図、心臓外科、麻酔の分野での画像診断の窓を開いた。 2次元のTEEを用いることで、麻酔科医は心臓の動きをモニターすることができ、心臓外科医は重要な外科的処置の後に心臓の状態についての貴重な情報を得ることができるようになった。