超音波診断技術は.60年以上前から臨床診断に利用されており.臨床ニーズと現代の電子技術.特にコンピュータ技術の発展に伴い.超音波画像技術は.当初応用された一次元のA型とM型超音波画像から.リアルタイムでグレースケールな二次元のB型超音波画像へと発展し.現在はリアルタイムに再生できるオールデジタルな三次元超音波画像システムとなっています。 超音波画像は.非侵襲性.高感度.広い応用範囲.低コスト.操作性などの利点から.近年.最も急速に普及している医療用画像診断です。 リアルタイム3次元（4次元）超音波画像は.21世紀の人類に役立つ医療画像システムの臨床応用において.最も有効な診断ツールのひとつになると期待されます。
このような市場の要求から.世界有数の先見性を持つ多くのメーカーが.オールデジタル技術によるリアルタイム3D（4次元）超音波画像診断装置のハイテク開発に投資しています。 東軟デジタル医科は.独自の視点で.世界をリードするリアルタイム3D（4次元）技術とソフトウェア技術を搭載し.超音波医用画像と現代の最先端コンピュータ技術の完璧な融合を可能にしたNAS-2000aを発表しました。 処理と効率化を実現します。
原理と方法論
イメージング原理：3D超音波画像は.3次元画像（四次元としても知られている）の正確なリアルタイム活動の関心領域を再構築するための全体的なイメージング手法で.静的な3Dイメージングとダイナミック3Dイメージング.時間要因の添加によるダイナミック3Dイメージングに分けられます。
1.3次元幾何学的構成法：人間の有機体は.幾何学的なプロトタイプの数が多いため.人体の複雑な構造の記述のために必要とする幾何学的な組み合わせの異なるフォームの数であると仮定されている完全に3次元フォームに適していない.今ではほとんど使用されていません。
2.表面輪郭抽出法：3次元超音波空間における一連の座標点を相互に接続し.臓器の輪郭を表す単純な直線を多数形成し.これを用いて心臓表面の3次元再構築を行った。 この技術では.コンピュータのメモリ使用量が少なく.動作も高速になります。 欠点は.(1)臓器の組織構造を手動でアウトライン化する必要があり.時間がかかり.操作者の主観が入る.(2)左右の心室の構造しか再現できず.心臓弁や腱などの細かい構造は再現できない.(3)グレースケール機能を持たず解剖学的詳細表示が難しいため臨床では使われない.ことである。
3.身体要素モデル法：現在.最も理想的な動的三次元超音波画像技術であり.構造のすべての組織情報を再構築することができます。
ボクセルモデル法では.3次元の物体を順次配置された小さな立方体に分割し.その小さな立方体を1つのボクセルとする。一定数のボクセルが対応する空間位置に配置され.3次元画像が形成される。
4.高品位超音波機器ソフトウェアの継続的な開発と.ワークステーションなしで三次元画像は.直接完了するために三次元再構成または三次元フィルムの再生のための機器のソフトウェアパッケージを起動することができます。 イメージングモード：ダイナミック3次元超音波イメージングの原理と静的は基本的に同じです。
1.表面イメージング：組織構造の表面グレースケール情報を抽出し.表面フィッティングのアプローチで画像再構成を行う。
2.透過イメージング：3次元再構成を実現するために.組織構造のグレースケール情報をフェードアウトさせて透過させ.実質的な臓器の内部構造の空間的位置を表示する透過アルゴリズムを採用した。
3次元超音波再構成法
画像取得。
1.機械駆動式スイープ
パラレル掃引：プローブを電気モーターで駆動し.所定の速度で所定の間隔で画像を取得する。
回転掃引法：プローブを振動子窓に固定し.プローブを軸に回転させながら画像を取得する方法。
ファンスイープ方式：プローブをある位置に固定し.機械的に駆動して扇形に画像を取得する方式で.スイープ間隔の角度を調整することができます。
2.フリーアームスイープ方式
3.三次元プローブ方式：プローブ内にウェーハを収納し.内部に別の機械装置を設置し.ウェーハを等距離扇状または円形掃引に駆動することができます。
4.3次元電子フェーズドアレイ方式
三次元復元：原画をアナログ・デジタル変換して保存し.画像の間隔を補間・平滑化して三次元データベースを形成する。
臨床応用
I. 産科領域での応用
2次元超音波は通常.胎児構造の断面図に過ぎないため.多くの欠点があります。 3D超音波は.胎児の身体構造の表面再構成だけでなく.胎児の内部構造を透過的に3D撮影することができ.胎児の形態や構造を全体的に観察でき.胎児奇形の出生前診断率の向上や.異なる妊娠期間の胎児の正常形態と病理形態を判断することができます。
1.妊娠時期の異なる各種胎児臓器の画像特性
妊娠5週から40週までのさまざまなステージの64個の胚と胎児を詳細に観察した。 その結果.妊娠5週目に卵黄嚢.6週目に胚が確認でき.原始心管がはっきりと確認でき.8週目に手.指.足指が認識でき.11週目に口を開けた胎児が確認でき.12週目に男性の外生殖器が認識でき.13週目に上肢.下肢.顔が完全に見えることが確認されました。
2.小児生物学的測定
妊娠期間の推定.胎児の成長と発達の評価.子宮内発育遅延（IUGR）の診断.胎児奇形の診断。
3.胎児泌尿器系
3次元超音波の3面を平行移動させることで.多嚢胞腎や腎異形成などの疾患を鮮明に映し出すことができます。 超音波表面3D画像は.胎児の外陰部の3次元形状を視覚的に正確に示すことができ.両性具有や陰嚢裂などの疾患の判断に重要です。
4.胎児中枢神経系
多くの学者が.多くの臨床現場で3D超音波画像により神経管異常（無脳症.脳脊髄膨張症.脈絡膜嚢胞など）を診断しています。
5.胎児腹壁欠損
6.胎児の顔
ハイリスク妊娠の超音波検査では.胎児の顔を見ることが重要です。 顔面の異常は.染色体異常やその他の胎児異常の兆候であることが多いのです。 二次元では額.目.鼻.唇.耳しか見えませんが.三次元では胎児の顔面解剖学とその相互関係を明確に把握することができます。 口唇裂・口蓋裂は従来の2次元では識別が困難な奇形であり.胎児口唇裂・口蓋裂の10～15％は他の奇形や染色体異常と関連している。retoriusらは71人の胎児に顔貌検査を実施し.5人の唇奇形を含む68人の胎児で顔面唇構造を示すことができた。 (図4)
7.骨格の発達と奇形
2次元よりも3次元の方が背骨や胸郭の連続性や湾曲を観察しやすく.様々な角度から背骨や胸郭の異常を観察し.側弯症.椎体欠損.胸郭変形などの奇形を正しく診断することが可能です。
8.胎児の心臓と血管
胎児心臓のダイナミック3D画像は.心室容積とその動的変化の正確な推定.駆出率の測定.子宮内胎児心臓の複雑な先天奇形の判定などに有用な情報を提供すると考えられるが.MRIによる胎児心臓の3D再構成と比べるとまだ未熟で.測定精度の向上が必要である。
9.臍帯（へその緒
胎児の臍帯にラペ（ラペ本体.ラペ肢）があるかどうか.極端な巻き数などを視覚的に示すことができ.臍帯の巻き方.結び方を視覚的に示すことができます。
II.婦人科領域での応用
1.子宮の病気
3次元超音波画像の応用により.2次元超音波では得られない冠状面のエコー情報が得られ.子宮奇形.子宮内膜ポリープ.粘膜下筋腫など.相互に垂直な面における平行移動と回転により.目的の構造を総合的に解析できる。 子宮奇形の判断に高い価値を持つ。
子宮奇形：弓状子宮：子宮底部付近の子宮腔が湾曲した凹みになっている。
縦長の子宮：子宮の基部付近に隔壁が形成され.子宮の下部まで伸びているが.子宮頸部に達していない。子宮の基部に切れ目ができた場合.その深さは1cmを超えてはいけない。
双角子宮：子宮内膜の像がそれぞれ独立して見える。 上方奇形の指標は.子宮底部の切開の深さと子宮内縦隔の長さの2つである。
3D超音波では.この2つの指標を簡単かつダイレクトに測定することができ.これらの子宮異常の診断を数値化することが可能です。 従来.経腹・経膣超音波検査では.この2つのパラメータを直接測定することはできませんでした。 子宮奇形の判定における3D超音波の感度・特異度は100％と報告されており.従来の子宮卵管造影と同等であり.非侵襲的であるという利点があります。
子宮内膜ポリープ.粘膜下筋腫
従来の2次元超音波では小さな病変の診断が困難であったため.経膣超音波検査により発見率が向上しましたが.その鑑別は容易ではありません。
子宮内膜がん
3次元超音波による体積計測は.子宮内膜がんの診断.病期分類.予後判定に重要な体積を正確に計測することが可能です。 3D超音波検査が登場する以前は.子宮内膜がんの体積を正確に測定する方法はありませんでした。 子宮内膜体積13ml以上の子宮内膜がんの判定基準としての感度は100％と高く.特異度は98.8％.陽性予測率は91.7％と.2次元超音波検査における子宮内膜がんの判定基準としての内膜厚よりも大幅に高いことが報告されています。
2.卵巣の病気
3D超音波により.嚢胞性腫瘤の内部構造（内腔が単一か.内壁が滑らかか.隔壁があるかなど）を観察することができます。
嚢胞内の小さな乳頭の場合.2D超音波では診断を見落としやすいのですが.3D超音波では.内壁に乳頭状の突起があるかどうか.回転して形状が規則的かどうか.乳頭の表面.サイズ.数.嚢胞壁との関係などが視覚的にわかり.内腔に隔壁がある場合には.隔壁の厚さや表面が滑らかか.肥厚に制限があるか.表面にredundant organismがないかなどを明確に観察できるのが特徴です。 嚢胞性腫瘤の中に血栓があり.表面にしわがある場合はチョコレート嚢胞の可能性が高く.砂状の皮脂液がある場合は皮膚腺嚢胞の可能性が高く.その中に固形物がある場合は固形部分の範囲と表面の形態を観察し.範囲が広く.底部が広く.表面が明らかに凹凸している場合は悪性の可能性が高く.その逆は悪性の可能性が高いと考えられます。
婦人科領域の腫瘤と膀胱や直腸などの周辺臓器との位置関係や.悪性腫瘍の浸潤範囲や深さを把握するために.3次元超音波検査は有用である。
卵巣腫瘍の体積は.良性・悪性の判定.手術の適応.予後の判定に不可欠なパラメータの一つである。
卵巣腫瘍の女性76名を対象としたBonilla-Musoles研究では.腫瘍体積の2次元および3次元計測と.水置換法による術後計測を比較し.超音波による3次元体積計測がより実測に近いことを明らかにしました。
3.卵胞の発育のモニタリング
卵巣や卵胞の容積をより正確に測定し.卵胞の境界や充実度を明確に観察し.排卵を正確に誘導・監視し.薬物の臨床使用や不妊症の治療を誘導することができます。
4.子宮内避妊器具(IUD)
IUDの形態.大きさ.種類.子宮内の正確な位置.子宮内への異常着床などを明確に示すことができます。
腹部および小臓器血管イメージングへの応用
1.正常臓器の3次元画像の性能
(1) 血管樹とその枝が完全に表示される：三次元画像は.正常な肝臓.腎臓.脾臓の血管樹の枝をさまざまな角度から表示し.カラードプラフロー画像やエネルギーマップよりも完全で明確で.浅部から深部までの階層が感じられるものである。 また.腎弓動脈や門脈の4等分岐など.2D画像ではわかりにくい細い血管も映し出すことができます。
(2) 血管樹の3次元空間構造が明確：3次元動態画像は.血管樹の主幹を中心とし.幹から末端までを連続的に撮像し.血管樹の単枝または複数枝が異なる方向から現れ.例えば門脈樹の右前葉と右後葉の下枝が対応し.2次元超音波診断より立体感がある。 血管樹の局所拡大では.例えば腎臓の葉状動脈が3D血管像では魚の棘状に対称的に配置されているなど.細部まではっきりと確認することができます。 門脈と肝静脈の2種類の血管と.腎動脈と脾臓動脈の2.3.4次分岐を.主幹から大枝.小枝へとダイナミックに表示でき.2つの血管木の枝は交差または平行した空間構造を示す。 肝臓.脾臓.両腎臓などの隣接臓器の血管樹が.深さを変えながら同時にダイナミックに回転し.肝臓と脾臓が腎臓の上極を覆うという.隣接臓器の立体的な解剖学的関係を打ち出しています。
(3) 小臓器の血管樹の表示強化：通常の小臓器は.血管が曲がっていて.2D画像では部分的にしか見えません。
3次元的な再構築により.比較的完全な血管構造を形成しています。 例えば.乳房の血管は.外側は腋窩動脈に由来し.内側は内乳動脈の小枝で.血流は乳首に向かっているが.妊娠後期には血管が太くなり.血流も多くなる。 正常な甲状腺の血管樹や眼底の網膜中心動脈が2Dカラードップラー超音波検査よりも鮮明に映し出されます。
(4) 三次元ダイナミック血管造影：X線血管造影時の造影剤を充填した血管の表現に似た画像を重ね合わせることで.三次元の再構成を行うこと。 三次元画像は.動脈幹から始まり.枝分かれして動脈の末端まで動脈相に似た経過で進み.動脈の末端から幹まで静脈相に似た経過で太くなります。 妊娠中の子宮では.子宮動脈と胎盤内の血流が.根元から臍帯に渡っているのが確認できます。
2.疾患臓器の3次元画像の提示
(1) 多枝腫瘍：実質的な臓器の多枝腫瘍では.肝細胞癌などの悪性腫瘍では.太さや乱れが異なる血管が増加し.血流が豊富で.血液供給動脈が太くなって腫瘍病巣に向かい.その周囲を動脈血流と静脈血流が厚く流れていることが立体像で確認されます。 血管の少ないタイプのがんは.周囲に太い血液供給動脈や血流があるだけで.腫瘍そのものはエコー的に不鮮明です。
(2) 機能亢進.充血病巣：脾機能低下症や甲状腺機能亢進症の3D画像では.幹が太く.枝や小末端枝が網目状に増加した血管樹が確認できる。 一方.腺腫を伴う甲状腺機能亢進症では.局所的に血管の充填欠損が見られます。 胎盤内外の血管樹は妊娠期間とともに増加し.妊娠後期には妊娠初期よりも多くの血管樹が子宮と胎盤に存在します。
(3) 血管樹の変位.狭窄.中断：占拠病変が血管に侵入した場合.3D画像では血管樹の変位.異常配向.あるいは狭窄.菲薄化.枝の中断が見られる。 後腹膜腫瘍は上腸間膜動脈を前方に移動.隆起.圧迫し.腹部大動脈との距離を拡大させる。 門脈の複数のがん腫血栓の3次元画像では.血流が細く狭くなっていたり.途切れていたりする。
(4)低血管・無血管型病変は3D画像上で非特徴的または血管が減少する：転移性腎腫瘍は3D画像上で血管が少なく.呼吸運動インターフェースの変化により病変の大きさの相対的輪郭を形成します。 肝嚢胞では周辺組織の血管のみが見え.脂肪肝では血管の分岐が少なくなり.枯れ木の枝のようになる。 それぞれの病変は.病態の病因により.その現れ方が異なります。 超音波画像の解析や鑑別診断に大きな価値を持つため.病歴と臨床症状の組み合わせは超音波診断の向上につながる。 疾患臓器の3Dアンギオグラフィーの発現は.以下のように要約される。
* 実体臓器における悪性多枝型・浸潤性進行性腫瘍で.病変部位の血管が著しく増加し.無秩序になっているもの。
*血管が慢性的に増加し.網目状に見える機能亢進型血流障害.例：甲状腺機能亢進症.脾臓機能低下症。
3次元血行再建術の発現により.病変の病態は様々である。 例えば.肝硬変の門脈圧亢進症では.肥大した脾臓では.脾臓門脈の血管樹の肥厚が最も顕著で.それが次第に脾臓実質に拡大するのに対し.白血病では.肥大した脾臓では血管樹の分岐が増加するが.脾臓門脈や実質の肥厚は著明ではない。
*多枝臓器や多枝病変の場合.3D血管再構成では.血管がまばらで細く.狭く.萎縮しており.内部循環障害や血流阻害が示唆されます。 例えば.脂肪肝の3D画像では.枯れ枝に似た血管の減少が見られ.その病態における肝静脈の菲薄化と一致する。 良性乏血管症を併発した血管増加例では.増加した網目模様の中に局所的な血管欠損が見られます。
*血管侵襲のある大きな病変の場合.3D画像では.臓器本来の血管樹の圧迫.菲薄化.変位.そのコースや空間構造の狂い.分岐の中断が見られます。
*病変が小さい場合や.2次元のエネルギーマップでは血管がよく見えない場合.3次元画像でも血管がよく見えるようになります。
頸動脈と脳への応用
頸動脈のカラードプラーフロー3D再構成は.プラークの位置.質感.付着関係.頸動脈狭窄など.頸動脈の動脈硬化の程度を詳細に示すことができ.動脈硬化の臨床評価に有用である。
頭蓋内脳における3次元超音波診断の応用には.腫瘍や動静脈奇形の位置や周囲の重要な構造との近接性が含まれます。 頭蓋内腫瘍の術中3次元超音波診断では.腫瘍のサイズ.範囲.空間関係を正確に表示することが可能です。
眼球の生物学的特性や眼窩疾患は.3D超音波による再構成に適した部位です。3D超音波は.網膜剥離.網膜内生物.硝子体炎症.脈絡膜病変.水晶体後方脱臼などの網膜内線条や膜性病変を鮮明に表示することが可能です。 網膜剥離の場合.3D超音波は網膜剥離の発生源.大きさ.範囲だけでなく.網膜の破裂の形や数も可視化することができます。
また.高周波数超音波の使用により.3D超音波は後球性病変をよりよく描出することができ.後球性病変（腫瘍など）と視神経や眼球外筋との関係を正確に評価できるため.術者が適切な治療方針を選択する上でかなり重要なものとなっています。 3D超音波は.MRIやCTに比べ.時間やコストがかからず.放射線を使わず.放射線による白内障の心配もなく.繰り返し利用することができます。 さらに.3D超音波画像は腫瘍の大きさや体積をより正確に計算することができ.外科医や放射線治療医を導くために病巣の位置をより正確に特定することができるかもしれません。
VI. 泌尿器系
腎腫瘤.特に孤立性腎では.腎臓の一部を残して手術する必要があるため.血管系.集散系.腎包と腫瘤の空間的関係を正確に説明することが重要である。 移植腎の画像診断では.腎臓への局所的な血液供給を3次元超音波で可視化することで.拒絶反応の初期段階における変化が分節的あるいは部分的であることから.早期拒絶反応との相関を確立できる可能性があります。 また.移植された腎臓の体積やその経時変化の把握も.拒絶反応の診断に有用であると考えられる。
三次元超音波検査では.膀胱腫瘍をカリフラワー状.乳頭状.塊状で表示し.腫瘍と壁.底面.表面との空間関係.腫瘍の数.大きさ.方向.尿管口との空間関係を明確に表示することができる。 前立腺腫瘍の体積は予後にとって重要です。 通常.腫瘍の転移体積は1.5cm3を超え.3.0cm3を超える腫瘍の大部分は前立腺外に広がると推定されます。