The History of Imaging in Obstetrics

学習目標：

記事を読み、テストを受けた後、読者は以下のことができるようになります。

• ■時代による技術の変化が画像診断にどのような影響を与えたかを説明できる

• ■過去の革新が現在の放射線医学の実践にどのようにつながっているかを明示できる

• ■ 画像および画像処理による診断をいかに説明できるかを説明できる

• ■ 画像診断の歴史は長い。

認定および指定声明

RSNAは、医師のための継続的医学教育を提供するAccreditation Council for Continuing Medical Education (ACCME) によって認定されています。 RSNA は、このジャーナルベースの活動を、最大 1.0 AMA PRA Category 1 CreditTM に指定します。

開示声明

ACCMEはRSNAに対し、CMEの認定プロバイダーとして、この活動の著者、編集者、査読者から署名入りの開示声明を入手するよう要求しています。

はじめに

1世紀あまり前にX線が発見され、医学に導入されるまでは、産科医療従事者は妊娠中の子宮の中で何が起こっているのかについてほとんど知識がなかったのです。 その時点から、1960年代に医療用超音波検査（US）が開発されるまでは、妊娠と発育中の胎児の画像化は原始的なままでした。 超音波診断技術の進歩に伴い、産科画像診断への応用は飛躍的に拡大しました。 今日、リアルタイム2次元および3次元スキャン、スペクトル・カラードップラー超音波検査により、USは胎児、胎盤、臍帯、子宮、子宮頸部、付属器の詳細な画像、さらに胎児心臓、胎児運動、胎児呼吸パターンの動的可視化も可能にしている。

1980年代まで、放射線科医は産科画像の研究と臨床診療において非常に中心的な役割を担っていました。 しかし、この分野への参入を阻むコストや放射線関連の規制がかなり低くなったこともあり、2～30年前から変化し始めた。

妊娠中の患者の画像診断の歴史を振り返りながら、さまざまな画像診断技術の過去と現在の状況を検討します。

この画像診断の歴史では、妊娠中の画像診断の大部分を占めるUS画像診断に焦点を当てます。

産科における画像診断の歴史

放射線撮影

妊婦における放射線撮影の利点は、ロチェスターで開催された北米放射線学会（RSNA）の第9回年次総会で初めて発表されました。 1923年12月にミネソタ州のロヨラ大学の産婦人科医であるDorland（1）とシカゴのマイケルリース病院の産婦人科医であるSteinとArens（2）により1924年にRadiology誌に発表されました。 これらの初期の研究において、著者らは、胎児の骨構造を可視化することによる妊娠の確認、胎児の位置の評価（図1）、妊娠期間の推定、および軟骨無形成症などの胎児の骨の異常の診断にX線写真を使用することについて述べている。 さらに、分娩妨害の原因となりうる母体骨盤の変形を評価するためにX線写真を使用することも報告されている。 彼らは、Edling (3)と同様に、母体の脊椎や骨盤骨、また母体の肥満によって不明瞭となるため、胎児の構造を可視化することが技術的に困難であることを指摘した(1-3)。

図1:

その後20年間にわたり、X線が胎児に害を与える可能性について、懸念が生じました (4,5). Murphy (4) は，受胎後に放射線を照射された女性の新生児では，受胎前に照射された女性と比較して，小頭症や発達遅延などの重大な異常の割合が増加することを報告した。 彼は、妊娠中の放射線被曝は最小限にとどめ、治療用ではなく診断用のX線に限定するよう勧告した。 RussellとRussell（5）は、動物実験に基づいて、たとえ低線量であっても、特に妊娠4週から8週の重要な初期発生時期に放射線を受けると、胚は非常に奇形になりやすいと結論付けている。 高線量は流産を引き起こす可能性がある。

このような警告にもかかわらず、X線写真は母体骨盤計測と胎児頭蓋計測のために使われ続け、胎児が頭骨骨盤不均衡のために大きすぎて産道を通れない場合の出産時の合併症を防ごうとしている（6-8）。 さらに、他のいくつかの診断的使用法も研究された。 それらは、低置胎盤を診断するために胎盤の位置を決定しようとするもの（9,10）、羊水検査（図2）、胎児の嚥下状態の評価、胎児死亡の診断（11）、奇胎妊娠の診断（12）であった。 また、X線羊水検査は、胎児腸管内の造影剤を可視化して注入部位を特定し、胎児腹部への輸血に用いられた（13）

図2a：

図2b:

図2c：

図2d:

1975年までに、妊娠中の放射線被曝が流産を引き起こすこと、白血病やその他の悪性腫瘍のリスクを高めるなど胎児に深刻な悪影響を及ぼすこと、新生児の性比を変化させることを証明する強い証拠がまとめられました (14). ほぼ同時期に、妊娠中の患者を撮影する別の方法としてUSが登場したため、これらの患者に対するX線の使用は急速に減少した。

放射線撮影は、注意しながらも、産科以外の適応のために妊娠中に使用され続けている。

妊娠初期の被爆を避けるよう努力し、可能な限り骨盤を遮蔽する（15）。

核医学イメージング技術は、胎盤位置を決定するためにインジウム113m（図3）または放射性ヨード化人血清アルブミンを用いた1960年代の少数の研究を除いて、ほとんど産科患者に適用されていない（16-18）。 1960年代には、羊水穿刺の前に胎盤の位置を特定するためにラジオアイソトープ走査を使用する医師もいた(13)。

図3：

CTイメージング

CTはUSがイメージングモダリティとして浮上したのとほぼ同時に広く利用可能になった。 放射線被曝のリスクがあるため、CTは妊娠や胎児の評価に使われることはほとんどなかった。 ある研究では、頭蓋骨盤不均衡を正確に評価する方法として、従来のX線撮影の代わりに低線量CT（図4）を使用できることが示された（19）。

図4a:

図4b:

胎児への放射線被曝に関する注意の増加にもかかわらず、妊娠中のCT使用は、妊娠そのものとは無関係な適応のために過去10年間で急速に増加しました。

MRイメージング

磁気共鳴（MR）は1980年代にイメージングシーンに登場し、電離放射線を使用しない新しい横断的イメージングモダリティを提供しました。 その最初の10年間で、妊娠中の患者におけるMRイメージングの主な使用は、母体の解剖学的および病理学を評価することであった（20-22）。 卵巣捻転と胞状奇胎妊娠は、初期に報告された診断の一つである。

MR画像技術が向上し、より迅速な画像取得が可能になるにつれ、胎児異常の評価にも用いられるようになった。

MR画像技術が向上し、より迅速な画像取得が可能になるにつれて、胎児異常の評価における役割を果たすようになり、今世紀に入る頃には、妊娠中の母親の合併症の評価と胎児異常の補完的評価の両方において、MR画像はUSへの重要な補助手段となった（23～30歳）。 MR画像は胎児の中枢神経系の異常の診断と特徴づけに特に有用で、特に妊娠第3期には、大脳皮質、後頭蓋窩、脳幹、脳梁、脳室などの構造がUSよりもよく撮影される場合がある（図5）（23、27-30）。 また、先天性横隔膜ヘルニア、先天性肺気道奇形、気管支閉鎖症などの胸部異常を持つ胎児において、MR画像は胎児の肺活量を推定する役割を果たすようになった（31～37）。

図5a:

図5b：

妊娠中の腹痛や他の母体の症状を評価するのにUSが主要な画像手段だが、USでは診断できない場合、MR画像は今や選択の画像手段である。 虫垂炎やその他の消化器疾患、肝胆膵や泌尿器系の異常は、妊娠中のMRイメージングで診断できることが多い（図6）（38-42）

図6a:

図6b:

産科におけるUSイメージング

US技術開発の歴史

診断技術としてのUS開発はAモードまたは振幅モードUSとして1940年代末から1950年代に開始されました。 高周波の音波を体内に送り、その反射波がトランスデューサと呼ばれる信号源に戻ってきたときの信号を記録するものである。 送信から戻ってくるまでの時間から、戻ってきた信号（エコー）をグラフにプロットし、組織内を伝わる超音波の速度から、それぞれの反射構造物までの距離を計算することができるのだ。 この技術は、胎児の頭の位置を正確に把握し、頭の大きさを測定することができることが証明されました。 RSNAの年次総会で発表されたUS画像に関する最初の論文は、1965年のBarry Goldberg博士による胎児の頭部計測に関する研究で、この研究はその後1966年にRadiology誌に掲載されました（43,44）。 彼の研究でGoldbergは、AモードUSを用いて胎児の頭部を双頭径で測定する方法を示し（図7）、この方法は安全で正確であり、出生前の頭部測定と出生後の頭部サイズに優れた相関があることを報告した（43）。

図7：

A-wave USの導入後まもなく、連続波ドップラーが開発されて妊婦に適用された。 連続波ドップラーでは、トランスデューサから投影される線に沿って安定した周波数の波を連続的に放射し、戻ってくる信号を評価して周波数の変化を特定します。 このような変化はドップラー効果と呼ばれ、トランスデューサーから遠ざかる、または向かって流れる血液などの動く構造物からの音波の反射によるものである。 周波数の時間的変化はグラフにプロットすることができ、これは胎児の心拍数のモニター（図8）やその他の用途に使用することができる（44,45）。 しかし、連続波ドップラーの限界は、伝送が連続的であるため、反射パルスがトランスデューサに戻るまでの時間がわからないため、流れの信号の位置が確定できないことである。

Figure 8:

1960 年代半ばに、M モード (motion-mode) US が開発されました。 これは、Aモードの超音波を繰り返し送信し、その反射波を送信線に沿って検出する方法である。 反射波は経時的にグラフ化され、振動子からさまざまな深さで起こる変化を示すことができる。 Mモード超音波の胎児心拍数測定への有用性はすぐに認識された(44)。 さらに、胎動も記録することができた。

1970年代初期にBモード（輝度モード）静止画像が開発されたとき、US画像における大きなブレークスルーがあった。 この技術は、妊娠中の子宮と発育中の胎児の最初の二次元画像を提供した。 超音波は、トランスデューサーを体内で移動させながら、一連の線に沿って送信されました。 反射された信号は互いに隣接してプロットされ、テレビモニターに画像が表示されました。 胎児の頭部を可視化できるようになったことで、両頭径の測定面を改良し、精度を向上させることが可能になりました（Fig.9）。 USによる胎児頭部の計測は、胎児を電離放射線に曝すことなく、より確実かつ安全に行うことができるようになった(44,46)。

図9:

当初、BモードUSでは、黒い背景に白いドット、またはその逆の二値画像を作成しました。 1970年代半ばまでに、Bモード画像は、戻ってくる信号の振幅がグレースケールに変換され、振幅の大きい信号が小さい信号よりもUSモニター上で白く見えるようになり、より洗練されたものとなっていきました。

次の重要な開発は、リアルタイムの超音波検査でした（44,49）。 USトランスデューサーが開発され、1秒間に多くの画像を取得できるようになり、モニター上のUS画像が連続的に動いているように見えるほど速く更新されるようになった。 1970年代後半から1980年代前半には、静的なBスキャンに代わってリアルタイムの画像撮影が行われるようになった。 リアルタイムのUS画像は、産科の患者にとって非常に貴重なものであった。 より多くの胎児の解剖学的構造を、胎動による歪みなしに評価することができるようになった。 胎児の頭蓋内構造も、脊椎、腎臓、胃、膀胱と同様に可視化することができました。 胎児の成長を評価するために、胎児腹囲や大腿骨の長さなど、両頭径以外の測定値を再現性よく得ることができるようになった。

1980年代から現在に至るまで、新しいトランスデューサーの技術と計算能力の向上により、グレースケールのリアルタイムUSの急速な改善とUSシステムの新機能の開発が促進された。 1980年代半ばから後半にかけて開発された経膣トランスデューサーは、子宮と卵巣の高解像度画像を提供し、従来よりも早期に、より良い妊娠の評価を可能にした(35,50-54)。 ほぼ同時期に、特定部位からのドップラーシフトを表示するパルス波ドップラーがUSシステムに組み込まれた。 このドップラー技術は、ピーク速度を決定し、特定の血管または構造からの波形構成を評価するために、心周期を通して血流を評価することを可能にする。 1990年代初頭には、グレースケール画像に重ねて血流の方向と速度をカラーで表示するカラードップラーが普及し、血管や臓器内の血流の有無をリアルタイムで知ることができるようになった（44）。

一般に、AモードからBモード、静止からグレースケール静止、リアルタイムスキャン、経膣スキャン、パルス波ドップラー、カラードップラーと、USの新しい進歩はそれぞれ産科の診断機器に非常に早く採用されました。 これにより、胎児異常や産科合併症の診断がより正確かつ迅速に行われるようになりました。 このような急速な普及の例外として、体積造影法（3D）USがある。 3D画像は、CTなどの他のモダリティでは1980年代に早くも開発されていたが（55）、3D USの開発と採用は1990年代を通じて遅々として進まず、その理由はおそらく画像解像度の低さとコンピュータ処理速度の遅さであった。 静止画およびリアルタイムの3D US（4次元USとも呼ばれる）と胎児を評価する価値について議論する研究が徐々に現れたが（56-60）、これらの技術は臨床に採用されるのが遅かった。 21世紀に入ってから、ようやく3Dおよび4D USが広く利用されるようになった(61)。 3D撮影機能により、検査が終了し、患者がUSスウィートを離れた後でも操作可能なボリュームを保存することが可能になった。 通訳の医師は、もはや胎児構造の選択的な画像に頼る必要はなく、保存されたボリュームを見ることによって胎児全体を見ることができる（図10a）(61)。

図10a：

図10b:

図10c：

産科における3D USの使用を推進する一つの大きな要因は、患者が胎児を立体表示したいという圧力があることです（図10b）。 表面レンダリング技術は、驚くほどリアルな画像を提供し、両親を興奮させるだけでなく、顔面裂傷のような異常のデモンストレーションを可能にします。 胎児のボリュームを操作する他の技術も、多くの異常、特に顔や骨格系の異常の評価に有用である。 たとえば、取得したボリュームに骨の窓の設定を適用すると、椎骨の骨の詳細を視覚化して、半椎骨の診断を容易にしたり（図10c）、髄膜孔のレベルを決定したりすることができます。

他の2つのUS技術は最近利用可能になったが、産科画像にはほとんど浸透していない。1つ目はUS造影剤の使用で、米国では食品医薬品局による認可がないため、心臓以外の用途には広く使用されていない。 英国で行われた少なくとも1つの研究では、造影剤が双胎妊娠の絨毛性の判定に役立つことが示されている（62）が、造影剤を使用しないUSでも一般的にこの目的を達成できるため、その価値と用途は限定的であろう。 2つ目の技術として、組織の硬さを定性的、定量的に評価できるUSエラストグラフィが登場する。

産科におけるUSの現在の役割

US画像は、妊娠第1期において非常に価値のある診断ツールであることが証明されています。 産科で選択される画像診断法としてUSが出現して以来、研究の焦点の1つは、妊娠初期の正常なマイルストーンの順序を説明することであった。 妊娠嚢は、妊娠5週目に経膣超音波検査で初めて確認され、小さな子宮内嚢胞構造として現れる（図11a）。 その後1週間で、平均的な嚢の直径は1日あたり1mmの割合で成長する。 妊娠嚢内の小さな円形構造である卵黄嚢は、5.5週目に初めて目にすることができる。 胎芽は、心拍動を伴いながら、概ね6週目までに確認できる。 胚又は胎児の長さは、頭頂から尻の長さとして測定され、6週で3mmであり、第1期の終わりまでに約70mmまで増加する（64）

図11a：

図11b:

第一期の正常なUS所見に関する情報は、妊娠年齢の割り出しと早期妊娠不全（流産）の診断という、二つの重要な臨床応用があります。 胚が可視化される前の5～6週から、妊娠は平均的な嚢の直径または妊娠嚢の内容物のいずれかに基づいて日付を決定することができる。 後者の方法では、内部構造が確認できない妊娠嚢がある場合は5週、卵黄嚢はあるが胚がない場合は5.5週、3〜4mmまでの胚が確認できる場合は6週として妊娠年齢を割り出しています。 6週以降、年代測定は頭頂から尻の長さに基づいて行われます（64）。

初期の妊娠が期待される正常な超音波検査のマイルストーンを満たさない場合、妊娠の失敗が疑われるべきです（65）。 1990年代初頭までに、妊娠失敗の一般的に受け入れられた基準は、経膣超音波検査で卵黄嚢が見えない平均嚢直径8mm以上または胚が見えない16mm以上（53）、または心拍が見えないクラウンからランプの長さが5mm以上（54）であった。 しかし、それ以来、これらの基準が確実でないことが明らかになり(66)、現在ではより厳しい基準が使用されている：平均嚢直径が少なくとも25mmで胚がない、またはcrownからrumpの長さが7mmで心拍がない(67)。 妊娠不全を疑うが決定的ではないUS所見には、小さな妊娠嚢サイズ、不規則な嚢の形状、大きな卵黄嚢、空の羊膜などがある(65,67-69)。

USスキャンで胚が最初に見えるとき、妊娠の約6週間で、その後1〜2週間、心拍以外の解剖構造は明確に識別することはできない。 妊娠8週目くらいになると、いくつかの解剖学的構造が識別できるようになる（Fig.11b）。 この年齢で、あるいはその直後に見える2つの正常な構造は、生理的な腸のヘルニア（70）と胎児脳内の菱形脳（71）である。 第一期中期から後期にかけて見えるもう一つの解剖学的特徴は、後頚部の低エコー領域であり、これは核膜透光と呼ばれている。 1990年代までに、このような透光性の肥厚は、構造的な異常と同様に、トリソミー21やその他の異数性のリスクの上昇を示すことが明らかになりました(72)。 異数性と構造異常の診断に関するさらなる研究は1990年代から続いていますが、その研究のほとんどは放射線医学の文献以外で発表されています。

すべての妊娠が子宮内に着床するわけではありません。

すべての妊娠が子宮内に着床するのではなく、一部は子宮腔以外の異所性の場所に着床します。 妊娠初期の女性が出血や痛みを訴える場合、重要なのは、その妊娠が子宮内なのか子宮外なのかを区別することです。 USで卵黄嚢または胚を含む子宮内液貯留が確認されれば、子宮内妊娠と確実に診断することができます。 しかし、内容物が見えない子宮内液貯留がUSで示された場合、診断のジレンマが生じる。なぜなら、1980年以前は、このような所見は子宮内妊娠でも子宮外妊娠でも存在しうることが認識されていたからである（73）。 子宮外妊娠の女性における子宮内液は、偽妊娠嚢（74）、十二指腸嚢（73）、十二指腸嚢胞（75）など、様々な名称で呼ばれてきた。 1980年代初期から中期にかけての多くの研究では、子宮内妊娠嚢と仮性妊娠嚢の区別に役立つ超音波徴候を評価している。 これらのうち最初のものは、2つのエコー源性リングに囲まれた子宮内液溜りとして記述されたダブルサックサインである(74,76)。 この徴候の根拠は、妊娠嚢は部分的に2層の脱落膜に囲まれているが、子宮外妊娠の女性に見られる子宮腔内の液体は、1層の脱落膜に囲まれているだけだからである。 第二の徴候、子宮腔内徴候は、崩壊した子宮腔を表すエコーラインの片側に位置する液溜りとして記述された(77)。 この徴候の根拠は、子宮内妊娠は子宮腔に隣接する脱落膜内に着床するのに対し、子宮外妊娠の女性の子宮内液は一般的に子宮腔そのものに存在することである。

1980年代初期から中期にかけての研究により、2嚢徴候と脱落膜内徴候は感度および特異度が高く、予測値が高いことが判明した。 徴候の存在は子宮内妊娠の診断的であり、それらの欠如は子宮外妊娠を示唆するものであった(74,77)。 これらの徴候の初期の記述に関する重要な点は、経腹超音波検査での妊娠嚢の外観に基づいて定義されていたことである。 1980年代後半から普及し始めた経膣超音波検査は、妊娠の早い時期に、より詳細に妊娠嚢を見ることができる新しい方法を提供するものであった。 したがって、以前から言われていたこれらの徴候が、現在のUS技術でははるかに有用性が低いことは驚くにはあたらない(78)。 妊娠嚢は、現在では直径2〜3mmと小さくても見ることができ、これらの小さな液体の集まりは、しばしば特別な特徴のない一般的な嚢胞の外観をしている（Fig.11a）。

子宮外妊娠に対する診断的アプローチの探求において、子宮外妊娠に伴う付属器超音波所見が検討されている。 経腹超音波法は子宮外妊娠の診断に有用であることが判明したが（48）、経膣超音波法の方が明らかに優れていることが証明された（50,79）。 後者の技術では、ほとんどの子宮外妊娠の女性が、心拍および/または卵黄嚢を伴う付属器妊娠嚢（図12）のような子宮外妊娠の確定的な付属器異常、または卵管輪、付属器腫瘤、または遊離骨盤液などの子宮外妊娠を示唆する付属器異常が認められる（50,79-81）。 妊娠反応が陽性である女性において、経膣USで付属器異常が認められ、子宮内妊娠が認められない場合、その所見は子宮外妊娠の可能性が高いと解釈されるべきである。