Історія ультразвукової діагностики (УЗД)
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Технологія, що використовується в медичному ультразвуковому дослідженні, постійно розвивається і в даний час сприяє важливим поліпшенням в діагностиці та лікуванні пацієнтів. Наука і технології, що використовуються при ультразвуковій діагностиці (УЗД), мають довгу та цікаву історію. Давайте подивимося на історію ультразвуку і дізнаємося, як використання звукових хвиль в якості діагностичного інструменту потрапило в клініки і лікарні по всьому світу.
Винахід ультразвуку
Хто винайшов ультразвук? Італійський біолог Лаззаро Спалланцані найчастіше вважається людиною, яка винайшла ультразвук.
Лаззаро Спалланцані (1729-1799) був фізіологом, професором і священиком, який провів численні експерименти, що призвели до глибокого розуміння біології людини і тварин.
У 1794 році Спалланцані провів дослідження на кажанах і прийшов до висновку, що вони можуть орієнтуватися, використовуючи звук, а не зір. Це явище тепер відомо як ехолокація, коли розташування визначається або ідентифікується за допомогою звукових хвиль, що відбиваються від об’єктів в навколишньому середовищі. За тими ж принципами сучасна медична ультразвукова технологія функціонує сьогодні.
Лаззаро Спалланцані – першовідкривач ультразвуку.
Ультразвук характеризується як звукові хвилі з частотою вище, ніж те, що чутно людським вухом.
Що таке ехолокація?
Ми можемо знайти кілька додаткових прикладів ехолокації в природі. Ехолокаційні імпульси – це короткі звукові імпульси з частотами від близько 1000 герц у птахів до більше 200 000 герц у китів.
Ранні експерименти з УЗД
Джеральд Нойвайлер у своїй книзі «Біологія кажанів» описує, як Спалланцані привів сов та пугачів у свою лабораторію і помітив, що вони не будуть літати по кімнаті, якщо не буде джерела світла. «Коли він повторив той же експеримент з використанням кажанів, ці маленькі ссавці впевнено облітали кабінет вченого, навіть у повній темряві, уникаючи проводів, які Спалланцані спеціально звісив зі стелі», – писав Нойвайлер.
Нойвайлер додає, що італійський вчений навіть засліпив кажанів, і все ж вони змогли уникнути проводів. Спалланцані знав це, тому що дзвіночки були прикріплені до кінців проводів.
Фізіолог зрозумів, що кажани використовують навігацію на основі звуку, тому що, коли він поміщав закриті латунні трубки у вуха ссавців, вони не могли правильно переміщатися по кімнаті і влітали в дроти.
Хоча він не знав, що кажани випускали свій власний звук для орієнтації, звук, який він або будь-який інший чоловік не міг чути. Спалланцані зміг укласти, що істоти використовують свої вуха для навігації по навколишньому середовищу.
Користь ультразвуку для медицини
Згодом інші продовжували спиратися на роботу Спалланцані. У 1942 році австрійський невролог Карл Дуссік став першим, хто використав ультразвукові хвилі в якості діагностичного інструменту. Він пропустив ультразвуковий промінь через людський череп в спробах виявити пухлини головного мозку. Вже тоді стало ясно, що ця інноваційна на той час технологія має величезні можливості.
Ультразвукова технологія та її застосування в охороні здоров’я продовжують розвиватися. Удосконалення інструментів і вдосконалення процедур відбуваються щодня. Зовсім недавно портативні сканери меншого розміру стали більш поширеними і допомогли ще більше інтегрувати використання ультразвуку в більшу кількість областей та етапів лікування пацієнтів. (До речі якісне УЗД обладнання можна придбати на сайті https://rh.ua/)
Коротка хронологія розвитку ультразвукової діагностики
- 1794 фізіолог Лаззаро Спалланцані був першим, хто відкрив ехолокацію серед кажанів, яка сьогодні становить основу фізики ультразвуку.
- 1877 брати П’єр і Жак Керрі відкривають п’єзоелектричність. Ультразвукові перетворювачі (зонди) випромінюють і приймають звукові хвилі за допомогою п’єзоелектричного ефекту.
- 1915 натхненному потопленням Титаніка, фізику Полу Ланжевену було доручено винайти пристрій для виявлення об’єктів на дні моря. Ланжевен винайшов гідрофон – те, що Всесвітній конгрес ультразвуку в медичній освіті називає «першим датчиком».
- 1942 Невролог Карл Дуссік вважається першим, хто використав УЗД для медичних діагнозів. Він пропустив ультразвуковий промінь через людський череп в спробі виявити пухлину головного мозку свого пацієнта.
- 1948 Джордж Д. Людвіг, доктор медичних наук, розробив ультразвукове обладнання для виявлення жовчних каменів.
- 1949-1951 р. Дуглас Хоурі та Джозеф Холмс з Університету Колорадо були одними з провідних піонерів ультразвукового обладнання в B-режимі, включаючи 2D-сканер лінійного з’єднання в B-режимі. Джон Рід та Джон Уайлд винайшли портативний пристрій B-mode для виявлення пухлин молочної залози.
- 1953 Лікар Інге Едлер і інженер К. Хельмут Герц виконали першу успішну ехокардіограму, використовуючи пристрій контролю ехокардіографічних випробувань.
- 1958 Доктор Ян Дональд включив ультразвук в область акушерства та гінекології.
- 1966 Дон Бейкер, Денніс Уоткінс і Джон Рід розробили технологію ультразвукового імпульсного допплера; їх розвиток призвів до візуалізації кровотоку в різних шарах серця.
- 1970-ті роки – з’явилося багато розробок, включаючи безперервний хвильовий допплер, спектральний хвильовий допплер і ультразвуковий кольоровий допплерівський прилад.
- 1980-ті роки Казунорі Баба з Токійського університету розробив ультразвукову технологію 3D і в 1986 році зробив тривимірне зображення плоду.
- 1990-ті починаючи з 1980-х років, ультразвукові технології стали більш досконалими з поліпшеною якістю зображення і можливостями 3D-візуалізації. Ці поліпшення тривали в 1990-х роках з прийняттям можливостей 4D (в реальному часі). Біопсія під ультразвуковим контролем (ендоскопічне ультразвукове дослідження) також почалася в 1990-х роках.
- 2000-е – теперішній час. Ультразвукові технології безперервно розвиваються і стають все більш зручними. В останні роки на ринку з’явилося безліч компактних портативних пристроїв. Зокрема НАСА розробило спеціальну програму для проведення ультразвукових досліджень в космосі.
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.