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Nov 01, 2023

超音波は聴診器の代わりになるでしょうか?

Di Clifford Marks Il paziente, un uomo sui vent'anni, entrò zoppicando in ospedale.

クリフォード・マークス著

患者は20代前半の男性で、水曜日の朝、不安とあえぎ声を上げながらよろよろとERに入ってきて、シャツは血だらけだった。 1980 年代のミネアポリスでは暴力犯罪が増加しており、後にマーデラポリスというあだ名が付けられるようになりました。 市内のセーフティネット病院であるヘネピン郡医療センターでは、刺傷や銃撃による傷が日常的に発生していた。 そこの医師たちは胸に傷を負った数十人の患者を治療したが、結果は悲惨なもので、約半数が死亡し、多くの生存者が脳損傷を負った。

胸には心臓、肺、身体最大の血管が存在します。 医師にとっての課題は、臓器ごとに異なる治療が必要となるため、損傷がある場合、どの臓器が損傷しているかを把握することです。 何十年もの間、医学書ではこの作業に聴診器を使用することが推奨されてきました。理論的には、医師は患者の呼吸パターンを使用して肺の虚脱を検出したり、血液で満たされた心臓のくぐもった音を聞くことができるのです。 しかし実際には、救急治療室での聴診器の性能はあまり良くありませんでした。 ただ治療し、最善の結果を期待することは危険でした。医師は、明確な診断なしに行動することで、表面的な損傷しかなかったことが判明する患者を傷つけたり、場合によっては死亡させたりする可能性があります。

もしヘネピンの血まみれの男性が一日早く到着していたら、医師らが監視を続けている間に死亡していたかもしれない。 しかし、彼はある実験に遭遇してしまいました。 ヘネピンの医師の小グループは、心臓の出血を迅速に診断できるかどうかを確認するために、ER の外傷ベイに超音波装置を設置することにしました。 超音波を使用すると、反響定位によってコウモリが夜間に移動できるのとほぼ同じ方法で、臨床医が体内を見ることができます。プローブは人間の聴覚をはるかに超えた周波数で音波を放射し、これらの波は骨で反射しますが、液体を通過するため、プローブは次のようになります。体の内部を感知する受信機でもあります。 超音波画面では、骨は明るく白く見え、流れる血液は黒く見え、その他のほとんどの身体組織はさまざまな灰色で見えます。

医師と看護師が負傷した男性のもとに向かうと、誰かが重さ0.5トンの超音波検査装置を転がして、そのプローブを男性の胸に当てた。 音波が彼の体中に気づかれないうちに広がり、次の瞬間に彼の心臓が画面を満たしました。 それは明るい灰色に囲まれており、血がそれを窒息させ始めていました。 男性は手術室に急送され、外科医がすぐに侵入した血液を抜き、心臓の傷を修復した。 彼は重大な障害もなく回復した。

超音波は古い技術であり、そのルーツは第二次世界大戦中に使用されたソナー スキャナーにあります。 何十年もの間、この検査は主に子宮内にいる胎児を検査したり、病気の心臓を検査したりするために使用されてきました。 しかし、過去数十年間でコンピューター技術の急速な進歩と臨床医の試行錯誤の結果、超音波は損傷した臓器から結核に至るまであらゆるものに対する強力な診断装置に変わりました。 超音波の伝道者の言うことが正しければ、超音波はすぐに典型的な医師のツールとして聴診器に取って代わられるかもしれません。 一方、その隆盛により、テクノロジーがどのように機能するかについて何かが明らかになりました。 場合によっては、発明は完全な形で届くこともあります。 しかし、ゆっくりと真の可能性を明らかにし、時間の経過とともに真の意味で真価を発揮する人もいます。

ソナーは人間に聞こえる ping を使用します。 超音波周波数はより高く、耳には聞こえないため、造船所が船体の欠陥を見つけるために使用する機械である金属欠陥検出器に最初に使用されました。 当初、このテクノロジーを医療に適応させる方法は明らかではありませんでした。 ある先駆者は超音波を使って脳を観察しようとしました。 残念ながら、この臓器は反射性の骨の頭蓋骨に包まれているため、超音波画像診断が最も困難な臓器の 1 つです。 最初の超音波装置は巨大でした。その理由の 1 つは、空気によって超音波が散乱するため、患者を水に浸す必要があったためです。 (現在、臨床医はプローブと患者の間に空気のないインターフェースを作成するためにジェルを使用しています。)

超音波の先駆者のほとんどは、実験に熱心な技術者兼医師でした。 第二次世界大戦中、英国空軍の若い軍医として、英国の産科医イアン・ドナルドはソナーとレーダーの両方の威力を直接目撃しました。 その後、彼は、良性嚢胞と癌性腫瘤を区別するのに、身体検査よりも超音波の方が効果的ではないかと考えました。 彼はグラスゴーのボイラーメーカーを説得して、最近切除した腫瘍、嚢胞、筋腫が入ったトランク 2 杯分の金属欠陥検出器を作動させてもらいました。 1956年、ドナルドともう一人の若い内科医ジョン・マクヴィカーは、手術不可能な癌と診断された患者に、独自に設計した原始的な超音波装置を使用した。 診断はX線検査と身体検査に基づいて行われた。 対照的に、超音波検査では、その塊が大きな卵巣嚢腫であることが示唆されました。これは手術で簡単に除去できる良性の腫瘍です。 医師が嚢胞を除去すると、患者の症状は消えた。

伝えられるところによると、ドナルドさんは「この時点からはもう後戻りはできない」と語ったという。 しかし同僚たちは納得していなかった。 初期の超音波装置は使いにくく、画像が不鮮明でした。 ドナルドのチームは、ウォーターバスをプローブに置き換えるという前向きな措置を講じましたが、プローブと本体の間のギャップを埋めるためにオリーブオイルを使用しました。これは、患者と医師の両方にとって面倒な提案です。 多くの医師にとって、超音波検査は身体検査の技術を習得していない人にとっての松葉杖のように見えました。 ある医師はマクヴィカーに対し、超音波検査は「目が見えず、両手が使えない産婦人科医にとって」のみ価値があると語った。

医学の最もトーテム的な対象である聴診器も、同様の障害に直面していました。 1816年、ルネ・ラエンネックという医師が心臓病を患う若い女性を治療していた。 彼女の胸に直接耳を当てるのは不適切ではないかと心配した彼は、紙を丸めて筒状にし、一方の端に自分の耳を置き、もう一方の端に患者を置きました。 驚いたことに、彼は心臓と肺の音を耳だけで聞くよりもはっきりと聞くことができることに気づきました。 ラエンネックは、自分の聴診器の改良と改善に何年も費やしました。その名前はギリシャ語で「見る」と「胸」を意味する言葉に由来しています。その後、彼の発見を説明する本を出版しました。 しかし、採用は遅かった。 批評家は、このツールの使用が難しすぎ、必要なトレーニングが専門的すぎると主張しました。 ラエンネックの論文を英語に翻訳したスコットランドの医師ジョン・フォーブスでさえ、聴診器が「一般に使用されるようになる」のは疑問だと書いている。 これらの反対意見を克服するには、装置の設計に何度も修正を加える必要があり、初期のモデルはまだ丸めたチューブに似ていましたが、ラエンネックと彼の信者たちが再現可能で有意義な結果を実証する必要がありました。

社会学者のエベレット・ロジャースは、1962 年の著書『イノベーションの拡散』の中で、新しいテクノロジーの成功または失敗を説明する 5 つの特徴を特定しています。 最も明白なのは相対的な優位性です。新しい発明は、以前のものに対して明らかな改善を提供する必要があります。 ただし、現在の練習パターンと適合し、使いやすく、試しやすいものでなければなりません。 これらの点では、初期の超音波検査は惨めに失敗しました。 1960 年代になっても、超音波装置は依然として大型で持ち運びが難しく、特別な訓練を受けたオペレーターが必要でした。 彼らは、最初はポラロイドフィルムで撮影された粒子の粗い静止画像を生成しました。 産科医は、胎児が X 線によって生成される放射線にさらされることを避けたかったため、超音波検査に前向きでした。 他の医師たちは様子見の姿勢をとった。

大幅な改善の最初の波はデジタル化によってもたらされました。 真空管がシリコンチップに取って代わられると、超音波はムーアの法則の恩恵を受けるようになりました。 マシンのサイズが小さくなったにもかかわらず、画質は劇的に向上しました。 メーカーはユーザー インターフェイスを簡素化し、技術者以外でもマシンにアクセスできるようにしました。 1990 年代、国防高等研究計画局である DARPA は、戦場に持ち運べる携帯性と耐久性を備えた超音波ユニットの設計に助成金を与えました。 1999 年に、Sonosite という会社が、初の手持ち式超音波装置の商用版をリリースしました。 小型化への競争は続きました。今日では、スマートフォンに接続できる超音波装置があります。

テクノロジーが普及するにつれて実験が行われ、新しいアイデアが洗練され、標準化されます。 1990 年代初頭、当時アトランタのグレイディ メモリアル病院の外科医だったグレース ロジツキは、外傷患者の評価に超音波をどのように使用できるかを研究しました。 「外科医は、超音波の最も価値のある性質として迅速性を認識していました」と Rozycki 氏は私に語った。 彼女と彼女の同僚は、治療法をより早く決定できるようにするために、FAST 検査 (外傷を伴う超音波検査の集中的評価) の使用の先駆者となりました。

私は救急医療インターンとして FAST 試験の実施方法を学びました。 私は、検査で陽性反応が出た最初の患者のことを決して忘れないだろう。その患者は、自殺未遂の可能性が高く、道路に横たわった後、車にはねられた50代の患者だった。 担架は救急車入口の両開きドアを通って滑って来た。 閾値を超えると、看護師が急いで患者の腕に点滴を注入し、別の看護師がバイタルを表示し始めるモニターに患者を接続した。 憂慮すべき兆候として、患者はますます混乱していました。

私は超音波検査装置をベッドサイドに転がし、プローブ全体にジェルを噴射し、患者の腹部の右側に置きました。 ほとんどの探査機は超音波を円弧状に外側に放射するため、濁った水に懐中電灯を当てているかのような幻想的な画像が得られます。 患者の腎臓が見えると、それは黒い水たまり、つまり腹部出血に囲まれていました。 手術と輸血が人生を変える可能性があることを私たちは瞬時に知りました。

初期の超音波ブースターの多くは、このシナリオを想定していました。 しかし、眼科、リウマチ科、整形外科などのさまざまな分野の実験者もこの技術を利用し、緊急事態をはるかに超えてその限界を押し広げました。 最近救急外来で勤務していた数時間で、私は超音波検査を使用して、ある患者の骨折と別の患者の膿瘍を発見しました。また、他の 2 つの症例では、脳内圧の上昇と胆嚢感染症を除外することができました。それぞれ。 現在、臨床医は超音波を使用して、肺炎、肝硬変、血栓、結核、腱断裂、網膜剥離、腸閉塞、虫垂炎、眼球出血、関節リウマチ、痛風、大動脈解離、腎臓結石などを診断しています。 彼らはこれを、血管を見つけるのが難しい患者の部位点滴に使用したり、オピオイドの必要性を減らすことができる標的を絞った痛みの注射を提供したりしています。

この多用途性は、医療へのアクセスが限られている場所では特に価値があることが証明されています。 「私は基本的にすべての患者の診察に超音波検査を持ち込んでいます」と、主に地方で診療する救急医のアシュリー・ワイズマン氏は私に語った。 ワイズマンさんは一時期、米国で最も辺鄙な病院の一つ、アラスカ州コッツェビューにある小さな病院で働いていた。 彼女は家庭訪問や村の診療所で超音波を使い始めました。 「息切れを訴える60代や70代の患者がいるかもしれないが、その患者を診療所に連れて行くには、救急車がない。村によっては道路すらない」と彼女は言う。 「しかし、彼らの家に行き、ベッドサイドで肺の超音波検査をすれば、心不全が悪化したことが分かり、薬を変えることができます。必ずしも彼らをATVの後ろに縛り付けたり、乗せたりする必要はありません」飛行機の中です。」 結核が蔓延しているマラウイのリロングウェの病院で勤務するタピワ・クムウェンダ氏は、そこの臨床医が結核の診断に日常的に超音波を使用していると語った。 従来の結核検査には数日かかる場合があり、多くの場合、遠隔設定での実行は困難です。 「超音波検査では微小膿瘍とリンパ節が確認でき、結核であることが分かります」とクムウェンダ医師は語った。 「治療を開始すると、2週間後にはほとんどの患者が安定します。」

現在のハンドヘルド超音波検査器の価格は約 3 ～ 5,000 ドルです。これは十分に安いため、多くのアメリカの医学部では、従来の聴診器のプレゼントに加えて、ハンドヘルド超音波プローブを 1 年生に贈り始めています。 「私はいつも冗談を言います。大きなたき火をするつもりで、聴診器を全部持って行って燃やしてしまいます。なぜなら、今日では聴診器が役に立つことはあまりないからです」と救急救命士のディク・マンダビアさんは言う。ポイントオブケア超音波の初期のパイオニアである彼は私に語った。 「しかし、超音波は低コストで、放射線を使わないため、患者のケアに非常に価値があり、どこにでも普及するでしょう。」

それでも、前に進む道には障害がないわけではありません。 1980 年代以来、多くの放射線科医は、超音波は放射線科医以外の者に解釈責任を委ねることで、誤った診断につながる可能性があると主張してきました。 ヘネピン郡病院では、放射線科医がERでの超音波の早期使用に強く反対したため、関連医科大学は、もしそれが続けば研修医を引き揚げると脅迫した。 米国医師会は、放射線科医が他の専門分野での超音波の使用を阻止することをさらに困難にしました。しかし、ほとんどの新任医師が十分な超​​音波トレーニングを受けておらず、ほとんどの専門分野がまだ超音波の使用を重視していないという事実は変わりません。

超音波推進派は、人工知能の統合により、プライマリケアやまだ普及していない医療分野への参入に必要な勢いがこの技術に与えられると主張している。 私が働いていた病院は昨年、心臓が拍動ごとに体に送り出す血液の量を自動的に計算する新しい超音波装置を購入しました。これは、患者の心臓が衰弱しているかどうかを判断する上で重要な情報です。 私は以前、画面を見ながらどれだけの血液が送り出されているかを推定していました。あるいは、より定量的に知りたい場合は、心臓弁の 1 つの動きを注意深く測定することによって推定していましたが、これは比較的時間のかかるプロセスでした。 超音波を専門とする救急医のマイケル・ブレイバス氏は、「鍵となるのはスマートマシンだと思う」と語った。 「マシンは途中で私たちに会う必要があります。そうすることで、実際に大規模なアクセスを増やすことができます。」

超音波は、医学生に超音波を何年も教えてきたリウマチ専門医のリチャード・ホップマン氏の言う「畏怖の念」からも恩恵を受ける可能性がある。 「学生たちは初めて超音波を使って皮膚の下を調べ、体の内部を観察するのですが、信じられないほどの興奮を感じます」と彼は私に言いました。 最近、私は新入医学生のグループに超音波セミナーを教えましたが、同様の反応を目の当たりにしました。 心臓の弁について読むことと、胸にプローブを当てて鼓動が流れるたびに自分自身が羽ばたくのを見るのは別のことです。 患者さんもこの畏怖の念を共有できるのです。 ホップマン氏は、高血圧患者が定期的に超音波検査を受け、自身の心筋の肥厚を観察するプロジェクトを指揮しました。これは、血圧がコントロールされていないと、すぐに心不全につながる可能性があることを示しています。 「血圧に対抗して心筋が肥厚していく様子を確認し、何について話しているのかを指摘できることの価値は、患者が薬を遵守するという点で変化をもたらし始めました」と同氏は語った。 現在、ベッドサイドで超音波検査を行うときは常に、私が見ているものと探しているものを患者と家族に見せるようにしています。 痛みを抱えている人は安らぎを求めますが、答えも求めます。 医師と一緒に、同じ画面に顔を上にして彼らを見ることができるのは、最高の贈り物です。

医学は、診断がどのように行われるべきかについての内部議論に長い間取り組んできました。 一部の医師は、今日の医師は先進的な画像検査や臨床検査に依存しすぎ、心雑音の聴取などの身体検査技術を無視していると主張する。 彼らは、身体検査をより徹底することで、費用がかかり、時間がかかり、場合によっては放射性物質を含む医療検査の使用を抑制できる可能性があると主張している。 彼らはまた、遠隔診断が医師と患者の出会いに及ぼす影響を嘆いている。 彼らによれば、今日の医師は患者とのやり取りよりも、注文を出したり、電子医療記録のカルテを確認したりすることに多くの時間を費やしているという。

他の医師は、身体検査の一部の信頼性と再現性について懸念を示しています。 心停止の可能性があるときに脈拍を感じることさえ難しい場合があります。 超音波は他の検査とは異なり、患者がどこにいてもリアルタイムで使用できます。 患者と過ごす時間を増やすことを声高に主張する医師であり作家のアブラハム・ヴェルゲーゼ氏は、超音波を医師をベッドサイドに戻す方法とみなしている。 「ベッドサイドでの検査は衰退しつつある」と同氏は昨年語ったが、超音波検査によって「新たな命が見つかる」かもしれない。

AI と遠隔医療の改善により、別の興味深い可能性が生じます。それは、患者に専用の超音波装置が与えられ、それを自宅で慢性疾患のモニタリングに使用できるようになるということです。 AI の誘導により、呼吸困難に陥っている心不全患者は、小型の超音波を使用して肺に液体が蓄積していないかどうかを確認したり、心臓を検査したりすることができます。 画像は医師に中継され、医師は患者を病院に呼ぶか薬を更新するかを決定することができる。 血圧装置、血糖計、透析装置はすべて、かつては病院や診療所のみに設置されていましたが、現在では患者が日常的に自宅で使用しています。

実際、このアプローチは現在、地表から 250 マイル上空でテストされており、そこでは国際宇宙ステーションの乗組員が超音波を使用して目の怪我、骨折、その他の病気がないかを診断しています。 地上の医師の指導を受けて、宇宙飛行士は高品質の画像を撮影しており、これは自分自身のケアに役立つだけでなく、軌道上の生命体が人体にどのような影響を与えるかについての研究にも貢献しています。 「私には医学的背景がなく、研究を始めたときは超音波検査について何も知りませんでした」と、ISS で初期の超音波実験の実施に貢献した現在は退役した宇宙飛行士であるリロイ・チャオ氏は私に語った。 「しかし、数時間のトレーニングで、良い超音波画像と悪い超音波画像を認識できるようになりました。」 チャオ氏は、彼と他の乗組員が「宇宙で互いの内臓、骨、目を画像化する」方法をすぐに学んだと語った。 外科医のスコット・ダルチャフスキー氏は最近、NASA の多くの超音波研究調査を主導しました。 人工知能が進歩し、ポータブル超音波装置の価格が下がり続ければ、「すぐに超音波はダミー用のものになるだろう」と同氏は語った。 聴診器は医師専用のものでした。 超音波は誰にでも使えるかもしれません。 ♦