Kiedy pojawiły się pierwsze aparaty USG? Historia ultradźwięków

W trzech wymiarach

Pierwsza trójwymiarowa maszyna ultradźwiękowa pojawiła się w 1989 roku w Austrii. Niestety jakość obrazów była bardzo słaba, a uzyskanie jednego statycznego obrazu 3D trwało do 30 minut. Oczywiście metoda ta nie znalazła szerokiego zastosowania w medycynie. Dopiero w 1996 roku, dzięki przełomowi technologii komputerowej, pojawił się skaner z możliwością trójwymiarowej rekonstrukcji w czasie rzeczywistym. Od tego momentu trójwymiarowa technika ultradźwiękowa staje się coraz popularniejsza szerokie zastosowanie w medycynie, zwłaszcza w zakresie położnictwa.

Bezpieczeństwo ultradźwiękowe

Aby nie doświadczyć strachu i uprzedzeń przed badaniem USG (echografią), trzeba jasno zrozumieć, na jakiej zasadzie opiera się ultradźwięki. Fale ultradźwiękowe, których ucho ludzkie nie jest w stanie wykryć ze względu na ich wysoką częstotliwość, są jednak z fizycznego punktu widzenia tymi samymi dźwiękami, co na przykład dźwięk instrumentu muzycznego. Zadaniem aparatu ultradźwiękowego jest przekształcenie tych impulsów w obraz na podstawie różnicy w odbiciu takiej fali od tkanki ludzkiej.

Istnieje opinia, że płód nie czuje, ale „słyszy” ultradźwięki, ale jak dotąd nie ma dowodów na tę opinię. Co więcej, dzięki nowoczesnym metodom badawczym staje się jasne, że około 50% kobiet odczuwa jakąkolwiek reakcję płód do zabiegu. Dziecko drugiej połowy śpi spokojnie podczas badania. Najwyraźniej oznacza to, że sesja USG po prostu zbiega się z okresami aktywności lub, przeciwnie, snu dziecka i w żaden sposób nie wpływa na te naturalne stany. Dziecko nadal spokojnie zajmuje się swoimi sprawami, a jeśli wykazuje aktywność, to w stopniu odpowiadającym zwykłemu okresowi wigoru. Jeśli chodzi o bezpieczeństwo echografii, to na przestrzeni kilkudziesięciu lat jej istnienia wielokrotnie podejmowano próby przeprowadzenia ogólnoświatowych badań wszelkich możliwych negatywnych skutków działania ultradźwięków, jednak jak dotąd nigdzie na świecie nie ukazały się żadne opublikowane prace na ten temat. W każdym razie udowodniono, że jest to najbezpieczniejsza ze wszystkich wizualnych metod diagnostycznych. I nikt nie będzie kwestionował faktu, że dzięki ultradźwiękom lekarze byli w stanie zapobiec i wykryć na czas tysiące patologii i nieprawidłowości w rozwoju płodu.

Kiedy i ile?

Każdy kraj ma swoje własne standardy i zalecenia. W Rosji 3-4 wizyty w gabinecie USG podczas całej ciąży uważane są za obowiązkowe minimum. To minimum niezbędne dla każdej ciąży, nawet idealnej. Porozmawiajmy teraz bardziej szczegółowo o tym, kiedy i dlaczego przeprowadza się te badania.

Po raz pierwszy zaleca się wykonanie USG do 7 tygodnia (najlepiej 5-6 tygodnia) w celu ustalenia obecności płodu w macicy i tym samym wykluczenia ciąży pozamacicznej - jest to powikłanie, w którym zapłodnione jajo przyczepia się poza jamą macicy - częściej: jajowód. Wraz z rozwojem takiej ciąży jest to nieuniknione różne komplikacje. Dlatego w przypadku wykrycia ciąży pozamacicznej przeprowadza się operację, podczas której usuwa się zapłodnione jajo, zapobiegając w ten sposób rozwojowi powikłań. Badanie USG na tym etapie ciąży często wykonuje się za pomocą czujnika dopochwowego: ponieważ zapłodnione jajo jest jeszcze małe, trudno jest dostrzec przez przednią ścianę brzucha. Jeżeli z jakiegoś powodu czujnik dopochwowy nie jest używany, to na 30-40 minut przed badaniem kobieta jest proszona o wypicie 200-400 ml wody, aby podczas badania przez przednią ścianę brzucha można było wyraźnie zobaczyć macicę i jej zawartość. na tle pełnego pęcherza, K Poniższe badania USG nie wymagają specjalnego przygotowania.

Po raz drugi echografię przeprowadza się w okresie 8-11 tygodni. Jest to konieczne, aby wykluczyć możliwe poważne anomalie w rozwoju płodu, a jeśli coś jest nie tak, na czas wyciągnąć wnioski i podjąć decyzję o kontynuowaniu ciąży. Ponadto w tym okresie możliwe jest najdokładniejsze określenie wieku ciążowego i monitorowanie powstałej do tego czasu aktywności serca płodu.

Trzeci optymalny czas na wizytę w gabinecie USG to 19-21 tydzień ciąży. Do tego momentu wszystkie główne narządy i układy życia dziecka są ukształtowane w takim stopniu, że można już ocenić prawidłowość ich rozwoju, zidentyfikować brak większości możliwych stany patologiczne, a jeśli mimo to wykryje się jakąś anomalię, należy prognozować jej rozwój w kolejnych miesiącach ciąży.

No i oczywiście badanie USG należy wykonać tuż przed porodem – po 30 tygodniu ciąży, aby ustalić obecność lub brak czynników zakłócających prawidłowy poród. Co to mogło być? Różne infekcje, prezentacja płodu (USG służy do określenia, która część płodu jest skierowana w stronę wyjścia z macicy - najlepiej głowa), niewydolność łożyska lub naczyń (z powodu tych powikłań dziecko może nie otrzymać wystarczającej ilości krwi i tlenu) itp. Jest to rzadkie, ale zdarza się, że płód może znacznie się zmienić od poprzedniego USG, znacznie zwiększając swój wzrost i wagę. W tym przypadku dane dziecka porównuje się z danymi matki (w szczególności z szerokością kości miednicy) i prognozuje się możliwe komplikacje podczas porodu.

Po raz kolejny wszystkie te badania są absolutnie konieczne, nawet w przypadku idealnej ciąży. Ponadto nie mniej ważne jest wykonanie USG po 15-16 tygodniach, aby zidentyfikować szereg ważnych patologii i wad rozwojowych (w szczególności układu nerwowego), a także po 26-29 tygodniach, kiedy odporność dziecka kształtuje się do tego stopnia, że jest już w stanie wywołać zapalną „odpowiedź” na prowokacje środowiskowe. W związku z tym, jeśli istnieje niebezpieczeństwo rozwoju jakiejkolwiek infekcji, na przykład zarażenia się nią od matki, wówczas w tym momencie można ją wykryć i zapobiec jej na samym początku. W takim przypadku badanie ultrasonograficzne może ujawnić uszkodzenie zapalne różnych narządów i tkanek. Badanie USG wykonane w 33-34 tygodniu ciąży pozwala wykluczyć rozwój niedożywienia płodu – opóźnienie jego wzrostu.

Jeśli lekarze mają choćby najmniejsze podejrzenie patologii, USG można wykonywać niemal codziennie - w celu prześledzenia dynamiki rozwoju konkretnej choroby i na tej podstawie wyciągnięcia wniosków lub podjęcia pewnych działań. Jednym słowem o liczbie badań decyduje lekarz prowadzący i zależy ona od wielu czynników. Cóż, najważniejsze dla przyszłej mamy jest zrozumienie, że w wielu przypadkach przyszłość jej dziecka w dużej mierze zależy od terminowej wizyty w gabinecie USG.USG to dodatkowa szansa na uzyskanie najważniejszych informacji na temat rozwoju dziecka, bezpiecznego i bezpiecznego niezawodny asystent dla lekarza prowadzącego i rodziców.

2D czy 3D?

Urządzenia do ultrasonografii dwuwymiarowej i trójwymiarowej wyglądają identycznie z wyglądu i różnią się jedynie obecnością specjalnego wbudowanego modułu (zestawu zaawansowanych technologicznie płytek elektronicznych) i specjalnych czujników. Zrozumienie tego jest bardzo ważne, ponieważ dodawane są tylko nowe funkcje, a częstotliwość skanowania (zwykle 3,5 MHz), natężenie i moc fali ultradźwiękowej pozostają takie same – takie same jak w przypadku konwencjonalnych ultradźwięków. To jest w zmysł fizyczny USG trójwymiarowe niczym nie różni się od USG dwuwymiarowego, a pod względem diagnostycznym poszerza swoje możliwości.

Kilka słów o czujniku, za pomocą którego lekarz przeprowadza trójwymiarowe badanie. Zewnętrznie różni się od dwuwymiarowego czujnika ultradźwiękowego jedynie tym, że jest kilkukrotnie większy. Wynika to z faktu, że wewnątrz jego korpusu znajduje się konwencjonalny dwuwymiarowy czujnik, który stale porusza się za pomocą specjalnego mechanizmu. Wielokrotne skany – dwuwymiarowe obrazy – przesyłane są z czujnika do wydajnego komputera umieszczonego wewnątrz skanera, gdzie są podsumowywane za pomocą wspomnianego wbudowanego modułu. Powstały trójwymiarowy (objętościowy) obraz wyświetlany jest na ekranie urządzenia.

Aby być uczciwym, trzeba powiedzieć, że nowoczesne dwuwymiarowe aparaty USG umożliwiają specjalistom uzyskanie maksymalna ilość informacje niezbędne do ustalenia stanu matki i dziecka. Niestety nie każda placówka medyczna dysponuje sprzętem spełniającym współczesne wymagania diagnostyczne. Biorąc pod uwagę fakt, że technika ultrasonografii dwuwymiarowej jest stosowana i udoskonalana od kilkudziesięciu lat (od lat 50. XX wieku), można stwierdzić, że specjaliści mają wyraźnie rozwinięte metody standaryzacji danych uzyskiwanych z badania ultrasonograficznego. Zatem każdy okres odpowiada pewnym rozmiarom głowy, kończyn, narządów wewnętrznych płodu, w tym niektórych struktur mózgu, serca itp.

Dane z badania trójwymiarowego dają Dodatkowe informacje zwłaszcza w diagnostyce niektórych wad rozwojowych: kończyn, twarzy, kręgosłupa. Zatem, wskazanie lekarskie Aby przeprowadzić badanie trójwymiarowe, obecność takich wad można uznać za podejrzaną.

USG trójwymiarowe to naturalne rozwinięcie techniczne ultrasonografii dwuwymiarowej, nie tylko zwiększające precyzję badania, ale także umożliwiające przyszłej mamie poznaj swoje dziecko zanim się urodzi. Optymalną opcją badania USG jest połączenie obu metod. W tym przypadku lekarz przede wszystkim otrzymuje wszystkie niezbędne informacje za pomocą tradycyjnego badania, uzupełnia je za pomocą trójwymiarowego widzenia i potwierdza swoją opinię na temat dobrego samopoczucia lub niesprzyjającego przebiegu tej ciąży.

Rodzice mają okazję zobaczyć dziecko nie w postaci niezrozumiałych czarno-białych „pływających” linii i kropek, ale w formie trójwymiarowego obrazu w czasie rzeczywistym, przypominającego „stare” nagrania wideo. Poddając się USG trójwymiarowemu należy liczyć się z tym, że czas badania może być nieco dłuższy niż w przypadku standardowego badania dwuwymiarowego. Jakość uzyskanego obrazu przy zastosowaniu trójwymiarowej ultrasonografii zależy od położenia ciała płodu, położenia jego kończyn, pępowiny i łożyska. Trudności w uzyskaniu obrazów wolumetrycznych mogą wynikać z małej ilości płynu owodniowego, nawet w przypadkach, gdy ich stosunkowo niewielka ilość nie jest jeszcze patologiczna (małowodzie).

Poważne problemy z jakością obrazu zwykle pojawiają się, gdy nadwaga jest w ciąży lub ma blizny na przedniej ścianie jamy brzusznej po operacji jamy brzusznej. Powodzenie badania trójwymiarowego (uzyskanie wysokiej jakości obrazów płodu) często zależy od aktywności motorycznej: im bardziej aktywny jest płód, tym większa szansa na zobaczenie ciekawszych zdjęć życia wewnątrzmacicznego.

Jeżeli płód jest nieaktywny i znajduje się w niewygodnej dla badacza lokalizacji, lekarz może zalecić przerwanie badania na chwilę i odczekanie. odpowiednia postawa dziecko. W tym czasie wskazane jest wypicie słodkiego napoju (np. herbaty), kot zwykle po 10-15 minutach zwiększa aktywność fizyczną.

Uzyskane informacje oraz rodzaj obrazu trójwymiarowego zależą od etapu ciąży, na którym przeprowadzane jest badanie. W czasie ciąży do 8 tygodnia obrazy 3D nie są zbyt pouczające. Od 10 do 16 tygodnia widać całość, jego postawę, ręce, nogi, pępowinę (bez wyraźnych drobnych szczegółów). Optymalny czas ciąża na trójwymiarowe USG - od 30 tygodnia. W takim przedziale czasowym możliwe jest uzyskanie obrazów mimiki płodu. Po 23-25 tygodniu płód staje się tak duży, że uzyskanie obrazu jego całości nie jest już możliwe, dlatego na ekranie widać kolejno głowę i ramiona, ramiona, nogi i tułów.

Ultrasonografia trójwymiarowa w praktyce położniczej zajęła już mocne miejsce obok badania dwuwymiarowego. Będąc nowoczesną metodą high-tech, usprawnia diagnostykę różnych wad płodu. Pozwala wyraźniej i dokładniej odróżnić rozwój nieprawidłowy od normalnego. Wreszcie daje nie tylko lekarzowi, ale także przyszłej mamie i całej rodzinie możliwość zobaczenia dziecka przed porodem.

Co więcej, wykorzystanie fal dźwiękowych jest uważane za najbardziej pouczającą i bezpieczną metodę badawczą. Ludzkość od dawna podejrzewała, że na planecie występują fale dźwiękowe o częstotliwości nieodbieralnej przez ludzkie narządy słuchu i to na nich opierają się nowoczesne metody ultradźwiękowe.

W 1974 roku włoskiemu naukowcowi Lazzaro Spallanzani udało się eksperymentalnie wykryć niewidzialne promieniowanie, które pomaga wielu przedstawicielom zwierzęcego świata planety poruszać się w przestrzeni kosmicznej i stało się podstawą nowoczesnych metod diagnostyki ultradźwiękowej. Eksperyment przeprowadzono na nietoperzu, któremu po prostu zatkano uszy, co spowodowało dezorientację zwierzęcia.

W XIX wieku naukowcy zaczęli prowadzić badania naukowe nad właściwościami znalezionych promieni. I tak w 1822 roku fizyk ze Szwajcarii Daniel Colladen dokonał dokładnych obliczeń prędkości dźwięku w wodzie, wykorzystując podwodny dzwon jako źródło dźwięku i Jezioro Genewskie jako zbiornik wodny. Tak narodziła się hydroakustyka.

Nieco ponad pół wieku później, w 1880 roku, francuscy fizycy Pierre i Jacques Curie odkryli istnienie efektu piezoelektrycznego, który powstaje w wyniku oddziaływania mechanicznego w krysztale kwarcu. Po kilku latach udało się wygenerować odwrotny efekt piezoelektryczny, który później wykorzystano do opracowania przetwornika fal ultradźwiękowych. Konstrukcja piezoelektrycznego kryształu kwarcu do transdukcji ultradźwięków jest podstawą nowoczesnego sprzętu ultradźwiękowego.

Na początku XX wieku w oparciu o dostępne informacje o falach ultradźwiękowych rozwinęła się nowa dziedzina nauki – hydroecholokacja, czyli poszukiwanie obiektów w środowisku wodnym na podstawie odbitego od nich dźwięku (echa) za pomocą specjalnego urządzenia zwany echosondą. Opracowaniem takich urządzeń zajęli się naukowcy z różnych krajów: Anglii, Austrii, Ameryki. Sonarów używano do wykrywania statków wroga już podczas I wojny światowej. Obecnie wykorzystywane są w nawigacji i eksploracji głębin morskich, w tym w poszukiwaniu zatopionych statków.

W latach 30-tych XX wieku pojawiła się idea poszukiwania defektów w konstrukcjach metalowych za pomocą ultradźwięków, wtedy też powstały pierwsze defektoskopy. Sam kierunek diagnostyki ultradźwiękowej konstrukcji metalowych nazywany jest wykrywaniem metalu. Jest szeroko stosowany w przemyśle.

Postęp w zastosowaniu ultradźwięków w sonarze i detekcji metali skłonił naukowców do rozważenia możliwości jego wykorzystania w organizmach żywych, w szczególności w medycynie.

W tych samych latach 30. zaczęto wykorzystywać fale ultradźwiękowe w fizjoterapii w leczeniu niektórych chorób. Kolejna dekada to początek badań nad wykorzystaniem ultradźwięków w diagnostyce medycznej.

Za twórcę diagnostyki ultrasonograficznej można uważać austriackiego psychoneurologa Karla Theodora Dussicka, który w drugiej połowie lat 40. i wyjście z czaszki.

Dalszy rozwój i udoskonalanie diagnostyki ultrasonograficznej doprowadził do pojawienia się metod badawczych, jakie w medycynie mogła sobie wyobrazić tylko matka. Trójwymiarowa diagnostyka ultradźwiękowa pozwala uzyskać trójwymiarowy obraz pod dowolnym kątem. Kontrast echa (polegający na wstrzyknięciu do żyły specjalnych substancji z pęcherzykami gazu) to jedna z najdokładniejszych metod diagnostycznych. Sonoelastografia to połączenie ultradźwięków i ciśnienia w celu określenia charakteru skurczu tkanek, co pomaga zidentyfikować różne patologie.

Tomografia ultradźwiękowa pozwala uzyskać komputerowy obraz narządów człowieka w trzech płaszczyznach, nie powodując przy tym żadnego uszczerbku dla organizmu człowieka. Czterowymiarowe ultradźwięki to zdolność przemieszczania się wewnątrz ludzkich naczyń krwionośnych, wykrywając najmniejsze zmiany.

Do dziś USG wiernie służy ludziom, umożliwiając wczesne rozpoznanie nowotworów złośliwych, ratując życie wielu pacjentom, a także dając wyjątkową możliwość nie tylko monitorowania rozwoju dziecka w łonie matki, ale nawet określenia płci i zewnętrznych cechy dziecka.

W onkologii ultradźwięki stosowane są nie tylko jako bezpieczna metoda diagnostyczna, ale także jako metoda leczenia nowotworów nowotworowych w obrębie wczesne stadia ich rozwój. Nie jest tajemnicą, że nauka nie stoi w miejscu i pojawiają się nowe, unowocześnione metody badawcze.

" onclick="window.open(this.href," win2 return false >Drukuj
E-mail

Ultrasonografia jako metoda diagnostyczna w medycynie jest stosunkowo młodą dziedziną nauki. Z historycznego punktu widzenia każde USG - nowa metoda. Jednak technologie tak szybko przenoszą się z laboratoriów aż do konserwatywnej praktyki medycznej, że 50 lat wydaje się długim okresem, w którym do medycyny weszły nie tylko ultradźwięki, ale także wiele innych technologii.

Pierwsze eksperymenty w lokalizacji człowieka

Podstawą do powstania i zastosowania nowoczesnej aparatury ultradźwiękowej było odkrycie (około 1880 roku) piezoelektryków przez naukowców, braci Pierre'a i Jacques'a Curie. Jednak ultradźwięki otrzymały cele medyczne dopiero w latach 50. ubiegłego wieku. Tym samym Inge Edler i Karl Hellmut Hertz stali się pionierami w dziedzinie nieinwazyjnych badań serca – echokardiografii (kardiografii ultradźwiękowej). W 1955 roku Ian Donald i dr Barr przeprowadzili pierwsze badania nad nowotworami, a inżynier Tom Brown, przy pomocy tego samego Iana Donalda, stworzył urządzenie ultradźwiękowe Mark 4, które pozwalało na rozróżnienie guzów litych i torbielowatych.

Ultradźwięki to sprężyste drgania fal dźwiękowych o częstotliwościach przekraczających zakres słyszalności człowieka (20 kHz), rozchodzące się w gazach, cieczach i ciałach stałych.

Jednym z pierwszych zastosowań skanowania dźwiękowego człowieka były eksperymenty Holmesa i Hoare'a (USA), którzy zanurzyli pacjenta w zbiorniku z odgazowaną wodą i przepuścili ultradźwięki wokół osi 360 stopni, co stało się pierwszym tomogramem.
Jednak w okresie 40-50 W XX wieku wielu lekarzy z Europy i USA poszukiwało zastosowania ultradźwięków w diagnostyce patologii. Są wśród nich angielski chirurg J. Wild, Amerykanin G. Ludwig oraz uznany pionier ultrasonografii – austriacki neurolog i psychiatra K.T. Dusik.

W drodze do nowoczesnej diagnostyki ultrasonograficznej

Wczesne urządzenia ultradźwiękowe były nieporęczne, wymagały dodatkowego wyposażenia i specjalnego umieszczenia pacjenta przed urządzeniem. A pierwszy kompaktowy i ręczny skaner pojawił się dopiero w 1963 roku w USA.
Był to początek nowej ery w rozwoju popularnych w naszych czasach statycznych urządzeń ultradźwiękowych.

Zaledwie trzy lata później oficjalny organ medyczny AIUM rozpoczął akredytację gabinetów ultrasonograficznych. Aby uzyskać licencję na tę nową metodę diagnostyczną w położnictwie i ginekologii, lekarz wnioskodawca musiał interpretować co najmniej 170 zdjęć USG rocznie.

W 1966 roku w Wiedniu odbył się pierwszy Światowy Kongres Diagnostyki Ultrasonograficznej w Medycynie. Dziesięć lat później powstało Brytyjskie Towarzystwo Ultrasonografii Medycznej (BMUS). W ten sposób ultradźwięki wkroczyły do codziennego życia i rutynowej praktyki lekarskiej.

Należy wyjaśnić, że urządzenia diagnostyczne podzielono na dwa typy: na zasadzie fal ultradźwiękowych w trybie A sonaru i na zasadzie trybu B radaru.

USG w ZSRR

W ZSRR prace nad zastosowaniem ultradźwięków w medycynie praktycznie nie odbiegały od poziomu światowego. I tak w 1954 r. na bazie Instytutu Akustyki Akademii Nauk ZSRR utworzono wydział ultrasonografii pod kierownictwem profesora L. Rosenberga.

Pięć lub sześć lat później instytut badawczy przyrządy medyczne i sprzęt wyprodukowanych w ZSRR urządzeń eksperymentalnych Ekho-11, Ekho-12, Ekho-21, UZD-4. Późniejsze modele: UTP-1, UDA-724 i Obzor-100 pochodzą z początku lat 70-tych.

Ten sprzęt diagnostyczny sprawdził się w okulistyce, neurologii i kardiologii, jednak zabrakło instrukcji do powszechnego wdrożenia, co opóźniło tę branżę o wiele lat. Dopiero od końca lat 80. do medycyny radzieckiej zaczęto stopniowo wprowadzać ultradźwięki.

Podstawy ultrasonografii na miarę XXI wieku

Lata 70.-80. ubiegłego wieku to szybki etap rozwoju diagnostyki ultrasonograficznej. Wzrosła nie tylko lista przeprowadzonych badań i postawionych diagnoz, ale także trafność badań.

W 1972 roku angielski profesor Campbell za pomocą ultrasonografii w trybie B zdiagnozował bezmózgowie płodu w 17 tygodniu ciąży. Dało to początek wczesnemu wykrywaniu patologii będących wskazaniem do przerwania ciąży.

W 1977 roku Austriak C. Kretz opracował ultrasonograf Combison 100. Był to skaner rotacyjny okrężny, działający w czasie rzeczywistym do badania ultrasonograficznego narządów jamy brzusznej i innych części ciała.

Doktor medycyny P. Jeanty w 1984 r. sporządził bardzo potrzebną tabelę wszystkich rozmiarów kości płodu w trakcie rozwoju. Pomogły mu w tym badania J. Hobbinsa, który za pomocą skanera czasu rzeczywistego zmierzył długość kości udowej płodu oraz prace G. O'Briena i J. Queenana, którzy ustalili obecność taka patologia rozwoju płodu, jak dysplazja szkieletowa.

W tym samym okresie udoskonalono i powszechnie stosowano tak dokładną metodę, jak badanie USG Doppler.

W 1975 roku opracowano 128-punktowy wielopulsowy system Dopplera, w którym prędkość i kierunek przepływu krwi były wyświetlane na kolorowym ekranie. Jednak poziom technologii tamtych czasów nie pozwalał na jego masowe zastosowanie, dlatego też aktywny rozwój ultrasonografii dopplerowskiej jako środka medycznego metoda diagnostyczna z opóźnieniem aż do lat 80.

Ogólnie rzecz biorąc, wzrost jakości ultradźwięków trwał przez lata 80. i 90. XX wieku ze względu na szybki rozwój mikroprocesorów i laptopów. Według statystyk FDA w Stanach Zjednoczonych w ciągu niecałych 10 lat, od 1976 do 1982 r., częstotliwość stosowania ultradźwięków w placówkach medycznych wzrosła z 35 do 97%.

W rezultacie pod koniec lat 90. w Europie i USA ultrasonografia stała się standardowym badaniem, za pomocą którego:
- określił wiek ciążowy,
- wykluczono bliźniaki
- wykryto wady rozwojowe płodu.

Najnowocześniejsze USG - USG trójwymiarowe

Już w 1992 roku ukazała się książka japońskiego lekarza-naukowca na temat ultrasonografii w położnictwie i ginekologii, w której cały rozdział poświęcony był skanowaniu trójwymiarowemu. Nie jest to zaskakujące, ponieważ to właśnie w Japonii w tamtym czasie bardzo szeroko wprowadzono komputerowe metody modelowania i przetwarzania. Ale w rzeczywistości te zdjęcia zostały wykonane przy użyciu dwuwymiarowego urządzenia ultradźwiękowego. Jednak badacze z USA zaproponowali prawdziwie trójwymiarowy algorytm skanowania. Opracowano i wdrożono skaner Combison 330, za pomocą którego można badać twarz, móżdżek i okolica szyjna kręgosłup płodu.

Dlaczego potrzebna była diagnostyka USG 3D? Faktem jest, że wiele anomalii rozwojowych płodu: rozszczep wargi, polidaktylia, mikrognacja, wady rozwojowe ucha, kręgosłupa i inne patologie rozwojowe można zidentyfikować jedynie na podstawie wyglądu płodu. Dlatego przezpochwowe trójwymiarowe USG rozszerzyło możliwości metody diagnostycznej we wczesnych stadiach rozwoju płodu.

Tę trafność diagnostyczną pokazała praca hiszpańskiego klinicysty Bonilli-Musolesa nowotwory złośliwe jajnik określony za pomocą trójwymiarowego USG wynosi prawie 100%. Trójwymiarowe USG z kolorowym Dopplerem umożliwiło wizualizację przepływu krwi w nowotworach i dlatego stało się skuteczna metoda diagnostyka raka szyjki macicy i jajnika.

Jak widać, na przestrzeni kilkudziesięciu lat ultrasonografia w medycynie przeszła dramatyczne zmiany: od prostego stwierdzenia faktu obecności życia w jamie macicy po dokładne pomiary wielkości płodu; od określenia morfologii płodu po ocenę jego przepływu krwi i dynamiki rozwoju. Ultrasonografia pozostaje wciąż młodą, rozwijającą się metodą diagnostyczną, o której można powiedzieć „najnowszą”.

Bądź zdrowy i uśmiechaj się częściej!

W 1794 roku Spallanzani zauważył, że zatkane uszy nietoperza tracą orientację i zasugerował, że orientacja w przestrzeni odbywa się poprzez emitowane i postrzegane niewidzialne promienie.

W warunki laboratoryjne Ultradźwięki po raz pierwszy uzyskali w 1830 roku bracia Curie. Po drugiej wojnie światowej Holmes, opierając się na zasadzie urządzenia sonarowego stosowanego we flocie podwodnej, zaprojektował jednostki diagnostyczne, które stały się powszechne w położnictwie, neurologii i okulistyce. Następnie udoskonalenie urządzeń ultradźwiękowych doprowadziło do tego Ta metoda stała się obecnie najpowszechniejszą metodą obrazowania narządów miąższowych. Procedura diagnostyczna jest krótka, bezbolesna i można ją wielokrotnie powtarzać, co pozwala na monitorowanie procesu leczenia.

Co określa USG?

Metoda ultradźwiękowa przeznaczony do zdalnego określania położenia, kształtu, wielkości, budowy i ruchu narządów i tkanek ciała, a także do identyfikacji ognisk patologicznych za pomocą promieniowania ultradźwiękowego.

Fale ultradźwiękowe to drgania mechaniczne, podłużne środowisko, o częstotliwości oscylacji powyżej 20 kHz.

W odróżnieniu od fal elektromagnetycznych (światła, fal radiowych itp.) do rozchodzenia się dźwięku ultradźwiękowego potrzebny jest ośrodek – powietrze, ciecz, tkanka (nie rozchodzi się w próżni).

Podobnie jak wszystkie fale, dźwięk V charakteryzuje się następującymi parametrami:

Częstotliwość to liczba pełnych oscylacji (cykli) w okresie 1 sekundy. Jednostki miary to herc, kiloherc, megaherc (Hz, kHz, MHz). Jeden herc to oscylacja trwająca 1 sekundę.
Długość fali to długość, jaką zajmuje jedna wibracja w przestrzeni. Mierzone w metrach, cm, mm itp.
Okres to czas wymagany do uzyskania jednego pełnego cyklu oscylacji (sekundy, milisekundy, mikrosekundy).
Amplituda (intensywność - wysokość fali) - określa stan energetyczny.
Prędkość to prędkość, z jaką fala Y przemieszcza się w ośrodku.

Częstotliwość, okres, amplituda i intensywność zależą od źródła dźwięku, a prędkość propagacji zależy od ośrodka.

Szybkość propagacji ultradźwięków zależy od gęstości ośrodka. Na przykład w powietrzu prędkość wynosi 343 m na sekundę, w płucach - ponad 400, w wodzie - 1480, w tkankach miękkich i narządach miąższowych od 1540 do 1620, a w tkance kostnej ultradźwięki poruszają się z prędkością ponad 2500 m na sekundę.

Średnia prędkość propagacji ultradźwięków w tkance ludzkiej wynosi 1540 m/s – większość urządzeń do diagnostyki ultradźwiękowej jest zaprogramowana na tę prędkość.

Podstawą metody jest oddziaływanie ultradźwięków z tkanką ludzką, na które składają się dwa elementy:

Pierwsza to emisja krótkich impulsów ultradźwiękowych kierowanych do badanych tkanek;

Drugim jest tworzenie obrazu w oparciu o sygnały odbite przez tkanki.

Efekt piezoelektryczny

Aby uzyskać ultradźwięki, stosuje się specjalne przetworniki - czujniki lub przetworniki, które przekształcają energię elektryczną w energię ultradźwiękową. Odbieranie ultradźwięków opiera się na odwrotny efekt piezoelektryczny. Istota efektu polega na tym, że po przyłożeniu napięcia elektrycznego do elementu piezoelektrycznego zmienia się jego kształt. Z nieobecnością prąd elektryczny Element piezoelektryczny powraca do swojego pierwotnego kształtu, a gdy zmieni się polaryzacja, kształt ponownie się zmieni, ale w przeciwnym kierunku. Jeśli do elementu piezoelektrycznego zostanie przyłożony prąd przemienny, element zacznie oscylować z dużą częstotliwością, generując fale ultradźwiękowe.

Podczas przejścia przez dowolny ośrodek sygnał ultradźwiękowy ulegnie osłabieniu, co nazywa się impedancją (w wyniku absorpcji energii przez ośrodek). Jego wartość zależy od gęstości ośrodka i prędkości propagacji ultradźwięków w nim. Po osiągnięciu granicy dwóch ośrodków o różnych impedancjach zachodzą następujące zmiany: część fal ultradźwiękowych zostaje odbita i wraca w stronę czujnika, a część nadal się rozchodzi; im wyższa impedancja, tym więcej fal ultradźwiękowych jest odbijanych. Współczynnik odbicia zależy także od kąta padania fal – kąt prosty daje największe odbicie.

(na styku powietrza i tkanki miękkiej następuje prawie całkowite odbicie ultradźwięków, dlatego w celu poprawy przewodzenia ultradźwięków w tkance ludzkiego ciała stosuje się media łączące - żel).

Powracające sygnały powodują oscylację elementu piezoelektrycznego i są przekształcane na sygnały elektryczne - bezpośredni efekt piezoelektryczny.

Czujniki ultradźwiękowe wykorzystują sztuczne piezoelektryki, takie jak cyrkonian ołowiu lub tytanian ołowiu. Są to urządzenia złożone i w zależności od sposobu skanowania obrazu dzielą się na czujniki do urządzeń powolny skany są zazwyczaj jednoelementowe i szybko skanowanie w czasie rzeczywistym – mechaniczne (wieloelementowe) i elektroniczne. W zależności od kształtu powstałego obrazu istnieją sektorowy, liniowy i wypukły (wypukły) czujniki Ponadto istnieją czujniki wewnątrzjamowe (przezprzełykowe, przezpochwowe, przezodbytnicze, laparoskopowe i do światła).

Zalety szybkich urządzeń skanujących: możliwość oceny ruchów narządów i struktur w czasie rzeczywistym, znaczne skrócenie czasu przeprowadzenia badania.

Zalety skanowania sektorowego:

duży obszar widzenia na głębokości, pozwalający na pokrycie całego narządu, na przykład nerki lub płodu;
możliwość skanowania przez małe „okna przezroczystości” w poszukiwaniu ultradźwięków, na przykład w przestrzeni międzyżebrowej podczas skanowania serca, podczas badania żeńskich narządów płciowych.

Wady skanowania sektorowego:

obecność „martwej strefy” w odległości 3-4 cm od powierzchni ciała.

Zalety skanowania liniowego:

niewielka „martwa strefa”, która umożliwia badanie narządów przy powierzchni;
obecność kilku ognisk na całej długości wiązki (tzw. ogniskowanie dynamiczne), co zapewnia wysoką klarowność i rozdzielczość na całej głębokości skanowania.

Wady skanowania liniowego:

węższe pole widzenia na głębokości w porównaniu do skanowania sektorowego, co nie pozwala „zobaczyć” całego narządu na raz;
niemożność skanowania serca i trudności ze skanowaniem żeńskich narządów płciowych.

Ze względu na zasadę działania czujniki ultradźwiękowe dzielą się na dwie grupy:

Echo pulsu - do ustalenia struktury anatomiczne, ich wizualizacja i pomiar.
Doppler - pozwala uzyskać charakterystykę kinematyczną (ocena prędkości przepływu krwi w naczyniach i sercu).

Zdolność ta opiera się na efekcie Dopplera – zmianie częstotliwości odbieranego dźwięku w miarę przemieszczania się krwi względem ściany naczynia. W tym przypadku fale dźwiękowe emitowane w kierunku ruchu są niejako kompresowane, zwiększając częstotliwość dźwięku. Fale emitowane w przeciwnym kierunku zdają się rozciągać, powodując spadek częstotliwości dźwięku. Porównanie pierwotnej częstotliwości ultradźwiękowej ze zmienioną pozwala określić przesunięcie Dopplera i obliczyć prędkość ruchu krwi w świetle naczynia.

Tym samym impuls fali ultradźwiękowej generowany przez czujnik rozchodzi się po tkance i po dotarciu do granicy tkanek o różnej gęstości odbija się w kierunku przetwornika. Odebrane sygnały elektryczne przesyłane są do wzmacniacza wysokiej częstotliwości, przetwarzane w jednostce elektronicznej i wyświetlane jako:

jednowymiarowy (w postaci krzywej) - w postaci pików na linii prostej, co pozwala oszacować odległość pomiędzy warstwami tkanek np. w okulistyce (metoda A „amplitudy”), czy też badać poruszanie się przedmioty, na przykład serce (metoda M).
obraz dwuwymiarowy (metoda B, w formie obrazu), który pozwala na wizualizację różnych narządów miąższowych i układu sercowo-naczyniowego.

Do uzyskania obrazu w diagnostyce ultradźwiękowej wykorzystuje się ultradźwięki, które emitowane są przez przetwornik w postaci krótkich impulsów ultradźwiękowych (impulsów).

Do charakteryzacji ultradźwięków pulsacyjnych wykorzystywane są dodatkowe parametry:

Częstotliwość powtarzania impulsów (liczba impulsów emitowanych w jednostce czasu – sekunda) jest mierzona w Hz i kHz.
Czas trwania impulsu (długość jednego impulsu), mierzony w sekundach. i mikrosekundy.
Intensywność ultradźwięków to stosunek mocy fali do obszaru, na którym rozprowadzany jest przepływ ultradźwiękowy. Jest mierzony w watach na centymetr kwadratowy i z reguły nie przekracza 0,01 W/cm2.

Nowoczesne aparaty USG do uzyskania obrazów wykorzystują ultradźwięki o częstotliwości od 2 do 15 MHz.

W diagnostyce ultradźwiękowej zwykle stosuje się czujniki o częstotliwości 2,5; 3,0; 3,5; 5,0; 7,5 megaherca. Im niższa częstotliwość ultradźwięków, tym większa głębokość jego wnikania w tkankę, ultradźwięki o częstotliwości 2,5 MHz wnikają do 24 cm, 3-3,5 MHz - do 16-18 cm; 5,0 MHz – do 9-12 cm; 7,5 MHz do 4-5 cm W badaniach serca stosowana jest częstotliwość 2,2-5 MHz, w okulistyce - 10-15 MHz.

Biologiczne działanie ultradźwięków

a jego bezpieczeństwo dla pacjenta jest przedmiotem ciągłych dyskusji w literaturze. Ultradźwięki mogą powodować efekt biologiczny poprzez wpływy mechaniczne i termiczne. Tłumienie sygnału ultradźwiękowego następuje na skutek absorpcji, tj. zamianę energii fali ultradźwiękowej na ciepło. Ogrzewanie tkanek wzrasta wraz ze wzrostem intensywności emitowanych ultradźwięków i ich częstotliwości. Wielu autorów zwraca uwagę na tzw. kawitacja to powstawanie w cieczy pulsujących pęcherzyków wypełnionych gazem, parą wodną lub ich mieszaniną. Jedną z przyczyn kawitacji może być fala ultradźwiękowa.

Badania dotyczące wpływu ultradźwięków na komórki, prace eksperymentalne na roślinach i zwierzętach oraz badania epidemiologiczne doprowadziły Amerykański Instytut Ultrasonografii do sformułowania następującego stwierdzenia:

„Nigdy nie udokumentowano żadnych skutków biologicznych u pacjentów lub operatorów urządzeń, spowodowanych ekspozycją na ultradźwięki o natężeniu typowym dla nowoczesnych ultrasonograficznych aparatów diagnostycznych. Choć istnieje możliwość, że np efekty biologiczne mogą zostać zidentyfikowane w przyszłości, obecne dowody wskazują, że korzyści dla pacjenta z rozważnego stosowania diagnostycznych badań ultrasonograficznych przewyższają potencjalne ryzyko, jeśli takie istnieje”.

Do badania jakich narządów i układów wykorzystuje się metodę ultradźwiękową?

Narządy miąższowe jamy brzusznej i przestrzeni zaotrzewnowej, w tym narządy miednicy (zarodek i płód).
Układ sercowo-naczyniowy.
Tarczyca i gruczoły sutkowe.
Miękkie tkaniny.
Nowo narodzony mózg.

Jakie kryteria stosuje się w badaniach ultrasonograficznych:

KONTURY – wyraźne, równe, nierówne.
STRUKTURA ECHA:

Płyn;
Półpłynny;
Tkanina - większa lub mniejsza gęstość.

Paula G. Newmana lekarz medycyny,

Grace S. Rozicki, lekarz medycyny, stypendystka American College of Surgeons

Paul Newman MD, Grace S.Rozycki MD, FACS)

Oddział Chirurgii, Szkoła Medyczna Uniwersytetu Emory, Szpital Grady Memorial, Atlanta, Georgia

Adres do zapytań

Lekarz Paul G. Newman

Oddział Chirurgii

Szkoła Medyczna Uniwersytetu Emory

Budynek pamięci Thomasa K. Glenna

69 Butler Street, SE

Atlanta, Georgia 30303

W ciągu ostatnich 40 lat ultrasonografia stała się ważną techniką diagnostyczną. Jej potencjał jako lidera w obrazowej diagnostyce medycznej dostrzeżono w latach trzydziestych i czterdziestych XX wieku, kiedy Theodor Dussick i jego brat Friedrich podjęli próbę wykorzystania ultradźwięków do diagnostyki guzów mózgu. Jednakże prace tych i innych pionierów badań ultradźwiękowych przyniosły owoce dopiero w latach 70. XX wieku.

Wraz z udoskonaleniami technologicznymi ultradźwięki przekształciły się z dużej i nieporęcznej maszyny wytwarzającej nieoptymalne obrazy w przenośne, łatwe w użyciu i wyrafinowane urządzenie. Ewolucja ta wymagała ścisłego unifikacji fizyki, fizjologii, medycyny, technologii i zarządzania. W tym artykule wymieniono główne postępy w ewolucji ultradźwięków i podkreślono niektóre z wybitnych wkładów wniesionych w tę dziedzinę przez pionierów ultrasonografii.

ALFRED LORD TENNYSON

KAMIENIE MILOWE W DŹWIĘKU

Na długo przed współczesnymi naukowcami rozważano przydatność ultradźwięków w medycynie, a badanie dźwięku było do tego odskocznią. XIX-wieczne badania nad pomiarem prędkości dźwięku w wodzie utorowały drogę do rozwoju sonaru (SONAR - SOund nawigacji And Ranging).Jean-Daniel, szwajcarski fizyk i Charles Sturm, matematyk, przeprowadzili jedne z najwcześniejszych eksperymentów w tej dziedzinie. Walcząc o doroczną nagrodę Akademii Royale des Sciences w Paryżu w 1826 r. Colladon określił prędkość dźwięku w wodzie, aby potwierdzić swoje ustalenia dotyczące ściśliwości cieczy. Narodziny nowoczesnej hydroakustyki polegały na uderzaniu podwodny dzwon w Jeziorze Genewskim, jednocześnie zapalając proch. Błysk prochu Colladon obserwował z odległości 10 mil, słyszał także dźwięk dzwonu za pomocą podwodnego tuba słuchowa. Mierząc odstęp czasu między tymi dwoma zdarzeniami, Colladon obliczył prędkość dźwięku w Jeziorze Genewskim na 1435 m/s, co stanowi różnicę w stosunku do współczesnych obliczeń wynoszącą zaledwie 3 m/s.

Później, w 1877 roku, John William Strutt (znany również jako Lord Raleef) opublikował Teorię dźwięku, która stała się podstawą nauki o ultradźwiękach. Jego wkład uznano za tak znaczący, że lord Raleaf został powołany do Brytyjskiej Rady Wynalazków i Badań, organu monitorującego postęp w sonarze podczas pierwszej wojny światowej.

PIEZOELEKTRYCZNOŚĆ

W 1880 roku Pierre i Jacques Curie dokonali ważnego odkrycia, które ostatecznie doprowadziło do opracowania nowoczesnego przetwornika ultradźwiękowego. Bracia Curie zauważyli, że pod wpływem nacisku na kryształy kwarcu lub soli Rochelle powstaje ładunek elektryczny. Ładunek ten był wprost proporcjonalny do siły przyłożonej do kryształu; zjawisko to nazwano „piezoelektrycznością” od greckiego słowa oznaczającego „naciskać”. Wykazali także odwrotny efekt piezoelektryczny, który występował, gdy do kryształu przyłożono szybko zmieniający się potencjał elektryczny, powodując jego wibracje. Obecne przetworniki ultradźwiękowe zawierają kryształy piezoelektryczne, które rozszerzają się i kurczą, przekształcając energię elektryczną i mechaniczną, co jest istotą przetwornika ultradźwiękowego. Niestety, ze względu na słaby rozwój elektroniki w tamtym czasie, efekty te nie zostały w pełni wykorzystane.

SONAR I INNE PREKURSORY ULTRADŹWIĘKOWE

Na szczęście był sonar. Przez cały czas zanurzenia hydroakustyka uważnie wsłuchiwała się w dźwięk wydobywający się ze śmigieł statku. Gdy na łodzi podwodnej panował całkowity spokój, sonar mógł czasami rejestrować dźwięk ciężkich śmigieł uderzających w japońskie statki kilka mil dalej…

Był to jednak miecz obosieczny, ponieważ zarówno okręty podwodne, jak i statki przeciw okrętom podwodnym korzystały z sonaru. Podczas gdy łódź podwodna polegała na nasłuchiwaniu prawie wszystkiego, statki przeciw okrętom podwodnym wysłały krótki wybuch energii zwany impulsem ultradźwiękowym, który mógł, ale nie musiał, odbić się od łodzi podwodnej z wystarczającą „głośnością”, aby ją usłyszano… Ta technika była znana jako echolokacja i odegrała kluczową rolę w wojnie z okrętami podwodnymi.

J. F. CALVERT, CICHY BIEG

Początki sonaru sięgają 1838 roku, kiedy Bonnycastle z Uniwersytetu Wirginii podjął próbę sporządzenia mapy dna oceanu za pomocą echosondy. Badania kartograficzne dna oceanu były niezbędne do umieszczenia linii telegraficznych i bezpiecznego poruszania się dużych statków. Problem ten został wcześniej rozwiązany poprzez powolną, uciążliwą i często niedokładną metodę użycia pionu. Próby Bonnycastle'a dotyczące echosondy zakończyły się niepowodzeniem, ale jego wysiłki badawcze stały się zachętą dla innych badaczy do pracy nad tym zadaniem w miarę dojrzewania technologii wraz z nadejściem XX wieku.

Na początku XX wieku miały miejsce dwa wydarzenia, które stały się katalizatorem dalszych badań sonarowych. 15 kwietnia 1912 roku po zderzeniu z górą lodową Titanic zatonął w lodowym grobie na północnym Atlantyku. Głośny protest opinii publicznej wywołał falę zainteresowania opracowaniem urządzenia do wykrywania obiektów podwodnych. W odpowiedzi angielski meteorolog L. F. Richardson przeprowadził badania i złożył patenty na powietrzne i ultradźwiękowe podwodne systemy wykrywania. Z nieznanych powodów nigdy w pełni nie opracował tych urządzeń. Dlatego dopiero w kwietniu 1914 roku możliwe stało się wykrycie góry lodowej za pomocą elektromagnetycznej cewki drgającej Fessendena. Chociaż technologia ta została w pełni przyjęta, jej zastosowanie skupiało się na sygnalizacji podwodnej i nawigacji okrętów podwodnych z I wojny światowej.

Konstanty Chiłowski, Rosyjski emigrant mieszkający w Szwajcarii, inżynier elektryk, zainteresował się echolokacją w związku z zatonięciem Titanica. Później ataki niemieckich łodzi podwodnych na transport aliancki zwiększyły jego zainteresowanie rozwojem sonaru. W 1915 roku Chilovsky wraz z Paulem Langevinem, wybitnym francuskim fizykiem, opracowali działający hydrofon. Ta pionierska praca w ogromnym stopniu przyczyniła się do poszerzenia wiedzy na temat wytwarzania i odbioru fal naddźwiękowych, co stanowi kluczową część zasady działania sonaru impulsowo-echowego.

Fundusze na badania w tej dziedzinie wyczerpały się pod koniec I wojny światowej, dlatego wysiłki badawcze przesunęły się w stronę pomiarów głębokości i badań dna oceanów. Do 1928 roku, korzystając z wkładu Langevina, francuski liniowiec Ile de France posiadał w pełni działające urządzenie do monitorowania dna oceanu i podwodny nadajnik do komunikacji między statkami. Kanadyjczyk Donald Sproul przeprowadził badania przy użyciu pierwszej echosondy z wyświetlaczem zasięgu dla Królewskiej Marynarki Wojennej. Chociaż jego echosonda mapowała głębokość na podstawie znajdującej się pod spodem skały oceanicznej, Sproul nieoczekiwanie odkrył, że urządzenie może również wykrywać ławice ryb.

Dążenie do przewagi na morzu, brutalna wojna podwodna i walka z okrętami podwodnymi podczas II wojny światowej odnowiły zainteresowanie rozwojem sonarów. Utworzony podczas I wojny światowej Allied Underwater Sensing Research Committee stał się głównym elementem rozwoju sprzętu sonarowego podczas II wojny światowej. W tym okresie rozkwitła działalność badawcza w dziedzinie hydroakustyki i sprzętu odbiorczego, co doprowadziło do ważnych wyników w technologii ultradźwiękowej.

ODKRYCIA W EWOLUCJI ULTRADŹWIĘKÓW

Przed rozwojem technologii ultradźwiękowej integralność metalowych kadłubów statków badano za pomocą standardowych promieni rentgenowskich, co było czasochłonnym procesem. Ze względu na rosnącą popularność sonaru sugeruje się, że może on odgrywać rolę w ocenie integralności kadłubów statków. Trzeba było jednak rozwiązać wiele problemów. Pierwszą przeszkodą, którą należało pokonać, była zmiana długości fali energii akustycznej z kiloherców na megaherce, aby można było wykryć defekty metalu w skali milimetrowej. Innym problemem było to, że czas podróży fali impulsowej echa należy mierzyć w mikrosekundach, a nie w milisekundach. W 1941 roku, pracując niezależnie, firmy Sproul i Firestone opracowały pionierską technologię pozwalającą pokonać te przeszkody. Na Uniwersytecie Michigan firma Firestone opracowała „naddźwiękowy reflektoskop”, wyprodukowany przez firmę Sperry, do wykrywania defektów w metalu do celów przemysłowych. Chociaż Sproul i Firestone produkowały te instrumenty jednocześnie w 1941 r., ich wyniki można było opublikować dopiero po zakończeniu wojny, w 1946 r.

W okresie powojennym firma Henry Hughes and Son połączyła siły z Kelvinem, Bottomleyem i Bayardem (przed wojną konkurentami przemysłowymi), aby stać się producentem defektoskopów metalowych firmy Kelvin Hughes. Co ciekawe, Sproul został zmuszony do rezygnacji z tej korporacji ze względu na rzekomą bliskość rosyjskich szpiegów. Jego następcą został Tom Brown, który wraz z Ianem Donaldem odegrał znaczącą rolę w opracowaniu pierwszego przenośnego ultrasonografu kontaktowego. Ponadto Donald i jego współpracownicy przeprowadzili badania nad wieloma najwcześniejszymi zastosowaniami klinicznymi ultradźwięków.

PODSTAWY USG

Docenienie historycznych kamieni milowych ultradźwięków obejmuje wiedzę na temat metod transmisji i odbicia fal pulsacyjnych, a także modów ultradźwięków „A”, „B” i „M”.

Przykładem wczesnego i bezkompromisowego zastosowania ultradźwięków była metoda transmisji. Ten rodzaj ultradźwięków mierzył fale ultradźwiękowe przesyłane przez próbkę do odbiornika zainstalowanego po przeciwnej stronie próbki. Rejestrowano ilość dźwięku, który przeszedł przez tkaninę i nie został przez nią pochłonięty. Metodą odbitej fali impulsowej rejestrowano ilość odbitego dźwięku, gdy zarówno odbiornik, jak i nadajnik znajdowały się po tej samej stronie co próbka.

Ultradźwięki w trybie amplitudy lub trybie „A” były obrazem jednowymiarowym, który wyświetlał amplitudę lub siłę fali na osi pionowej i czas na osi poziomej; dlatego im większy sygnał powraca do czujnika, tym wyższy jest „pik”. Jasność, czyli tryb „B”, powszechnie używany dzisiaj, to dwuwymiarowa cecha tkanki, więc każda kropka lub piksel na ekranie reprezentuje indywidualny impuls amplitudy. Tryb „B” ultradźwięków łączy jasność obrazu z amplitudą fali ultradźwiękowej. Wczesne skanery generowały obrazy „bistabilne”, to znaczy sygnały o wysokiej amplitudzie są reprezentowane przez białe kropki, a słabsze sygnały echa są wyświetlane na ekranie w postaci czarnych kropek, bez cieni pomiędzy nimi. W obecnie stosowanych modelach w skali szarości amplitudy o różnej intensywności odpowiadają różnym odcieniom od czerni do bieli, co znacznie poprawia jakość obrazu. Tryb „M” lub tryb działania ultradźwiękowego łączy amplitudę fali ultradźwiękowej z wyświetlaniem aktywnych struktur, na przykład mięśnia sercowego. Gdy obiekty zbliżają się lub oddalają od czujnika, punkt odpowiadający granicy tkanki przesuwa się na obrazie na ekranie. Następnie rejestruje się te poruszające się punkty i analizuje ich strukturę.

PIONIERZY ULTRADŹWIĘKÓW MEDYCZNYCH

Karol Teodor Dussik psychiatra i neurolog, zaczął studiować ultrasonografię pod koniec lat trzydziestych XX wieku wraz ze swoim bratem Friedrichem, fizykiem. W 1937 roku bracia Dussick użyli nadajnika 1,5 MHz do rejestrowania zmian amplitudy energii wykrytych w skanach ludzkiego mózgu. Obrazy te, zwane „hiperfonogramami”, odpowiadały obszarom o zmniejszonej transmisji fal (tłumieniu), które uważa się za komory boczne. Opierając się na różnicy w transmisji fal między nowotworem a prawidłową tkanką, Dussick wysunął teorię, że ultradźwięki mogą wykryć guzy mózgu. Niestety, jak później stwierdził Guttner w 1952 r., obrazy wykonane przez Dussicka były odzwierciedleniem różnic w grubości kości. Wkrótce po odkryciu tego Rada ds. Energii Jądrowej Stanów Zjednoczonych poinformowała, że ultradźwięki nie odgrywają żadnej roli w diagnozowaniu guzów mózgu; Na tej podstawie w następnej dekadzie znacznie zmniejszono finansowanie badań ultrasonograficznych w Stanach Zjednoczonych.

Kolejnym problemem utrudniającym badania ultrasonografii diagnostycznej w medycynie było podkreślanie jej destrukcyjnych aspektów. Podczas swoich badań nad podwodną transmisją naddźwiękowych fal dźwiękowych Langevin opisał zniszczenie ławicy ryb i bolesne uczucie po włożeniu ręki do zbiornika z wodą. W 1944 roku Lynn i Putnam próbowali użyć ultradźwięków do zniszczenia tkanki mózgowej zwierząt doświadczalnych. Ultradźwięki spowodowały znaczne uszkodzenia tkanki mózgowej i skóry głowy, powodując szeroką gamę powikłań neurologicznych, od tymczasowej ślepoty aż po śmierć. Później Fry i Meier przeprowadzili kraniotomie w celu amputacji części zwojów podstawy mózgu u pacjentów, u których zdiagnozowano chorobę Parkinsona. W innych podobnych badaniach również kładziono nacisk na niszczenie tkanek, co szybko doprowadziło do porzucenia ultradźwięków jako narzędzia neurochirurgicznego.

Ludwiga i Struthersa pracując w Instytucie Badań Medycznych Marynarki Wojennej w Bethesda w stanie Maryland, byli jednymi z pierwszych badaczy, którzy zgłosili zastosowanie technik echa pulsacyjnego w tkance biologicznej. Niestety, ponieważ pracował dla Departamentu Wojny, wiele odkryć Ludwiga uznano za informacje zastrzeżone i nie publikowano ich w czasopismach medycznych. W tych badaniach naukowych zbadano prędkość fal ultradźwiękowych w próbkach wołowiny i kończynach ludzkich, co doprowadziło do odkrycia, że średnia prędkość ultradźwięków w próbkach wołowiny miękka tkanina-1540 m/sek. To ważne osiągnięcie miało daleko idące konsekwencje dla powstania dzisiejszego oprogramowania ultradźwiękowego. Ponadto wykazał, że ultradźwięki mogą wykryć kamienie żółciowe osadzone w mięśniach pęcherzyki żółciowe psy. Te ważne wyniki stały się podstawą badań prowadzonych przez dwóch najważniejszych osobistości w dziedzinie ultrasonografii: Johna Juliana Wilda i Douglasa Haury'ego.

Dziki był chirurgiem z wykształceniem brytyjskim, który wyemigrował do Stanów Zjednoczonych po II wojnie światowej. Podczas II wojny światowej Wild opiekował się wieloma pacjentami, u których doszło do zgonu niedrożność porażenna, co było następstwem urazu spowodowanego eksplozją podczas niemieckiego bombardowania Londynu. Mając trudności z odróżnieniem niedrożności od niedrożności jelit, Wild zwrócił się ku badaniu ultrasonograficznemu jako narzędziu diagnostycznemu umożliwiającemu rozróżnienie tych dwóch schorzeń. Badania w tym obszarze mógł kontynuować po wyemigrowaniu do Stanów Zjednoczonych po objęciu stanowiska w laboratorium Owena Wangensteina na Uniwersytecie w Minnesocie. Używając obrazowania w trybie „A” i przetwornika 15 MHz, Wild zmierzył grubość ściany jelita i uwidocznił trzy różne poziomy jelita w dużym zbiorniku na wodę. W 1950 roku Wild opublikował swoje wstępne wyniki dotyczące określania za pomocą ultradźwięków grubości ścian jelita i właściwości próbek raka żołądka. Wild, Neal, a następnie J.R. Reid zaobserwowali, że tkanka złośliwa wydaje się być bardziej echogeniczna niż tkanka łagodna. Na długo przed swoimi czasami Wilde ekstrapolował, że „powinno być możliwe wykrycie guza w dostępnych częściach przewód pokarmowy, zarówno jeśli chodzi o zmianę gęstości, jak i, najprawdopodobniej, niezdolność tkanki nowotworowej do kurczenia się i rozluźniania.” Chociaż wczesne eksperymenty Wilda przeprowadzano przy skanowaniu w trybie „A”, wniósł on wiele ważnych wkładów w dziedzinę ultradźwięków, niektóre z nich doprowadziły do rozwoju ultrasonografii dwuwymiarowej, czyli ultrasonografii w trybie „B”. Dzięki ultrasonografii w trybie „B” Wild zidentyfikował nawracający nowotwór biodra i raka piersi, opublikował swoje wyniki w 1952 r. Niestety, ponieważ ultrasonografia była zależna od tego, kto to zrobił i jego wyniki nie były konsekwentnie odtwarzane, dane te spotkały się z mniejszym uznaniem, niż na to zasługiwały.

Ze względu na jego wsparcie intelektualne i finansowe dla badań Wilde'a było minimalne niekonwencjonalne metody badań i indywidualnych różnic w stosunku do współczesnych mu naukowców. Chciał znaleźć natychmiastowe zastosowania kliniczne technologii ultradźwiękowej, a nie projektować eksperymenty oparte na teoriach. Pomimo tych trudności Wild był w stanie opracować urządzenie skanujące, które służyło do skanowania pacjentów z rakiem piersi, a także opracował sondy przezodbytnicze i przezpochwowe. Za pomocą tego instrumentu zobrazował guz mózgu w materiale patologicznym i zlokalizował guz mózgu u pacjenta po kraniotomii.

Douglasa Howry’ego, kolejny pionier lat czterdziestych XX wieku, odegrał ważną rolę w rozwoju ultradźwięków i urządzeń ultradźwiękowych. Hauri w przeciwieństwie do Wilda bardziej skoncentrował się na rozwoju sprzętu i stosowanej teorii ultradźwięków niż na jego zastosowaniu klinicznym. Chociaż jego początkowa praca zaowocowała urządzeniem ultradźwiękowym, które wytwarzało suboptymalne obrazy, ostatecznym celem Khoury'ego było stworzenie bardziej wyrafinowanego urządzenia, które byłoby „w pewnym stopniu porównywalne z rzeczywistą dużą liczbą przekrojów wykonywanych w laboratorium patologicznym”.

Khoury zainteresował się badaniem ultrasonografii podczas swojego stażu z radiologii w szpitalu uniwersyteckim w Denver w 1948 roku. Przerwał staż i rozpoczął prywatną praktykę, aby móc poświęcić więcej czasu na rozwój diagnostycznego sprzętu ultradźwiękowego. Współpracując z W. Roderickiem Blissem, inżynierem elektrykiem, Howrey rozpoczął konstruowanie pierwszego skanera w trybie „B” w 1949 r. W przeciwieństwie do Wilda Howrey interesował się zarówno zachowaniem fal ultradźwiękowych w tkance, jak i projektowaniem funkcjonalnej maszyny ultradźwiękowej. Praca Khoury'ego wzorowana była na badaniach klasycznych, ponieważ zastosował teorię akustyki, fizjologii i inżynierii w laboratorium, zanim przetestował ją w praktyce klinicznej. Po pomyślnym opracowaniu urządzenia ultradźwiękowego, które zapewniało niezmiennie dokładne i powtarzalne wyniki, zainicjował badania na ludziach.

W 1951 roku Khouri spotkała się Józefa Holmesa, nefrolog w szpitalu Veterans Administration (VA) w Denver. Holmes odegrał wiodącą rolę w uzyskaniu wsparcia instytucjonalnego, które umożliwiło Khouri kontynuowanie badań w zakładzie Denver AB. Pracując nad nadwyżką sprzętu radarowego Sił Powietrznych, Khoury i Bliss wraz z Geraldem Posakonym (innym inżynierem) opracowali pierwszy liniowy skaner kontaktowy. Skaner ten wykorzystywał pojemnik na wodę dla bydła jako kąpiel zanurzeniową, aby pomóc w podłączeniu czujnika do badanego pacjenta. Czujnik mocowano na drewnianej szynie i przesuwano obok pacjenta w celu uzyskania obrazu.

Wyświetlacze wtórne zostały wyeliminowane. Chociaż skaner generował obrazy o akceptowalnej jakości, wymagał od pacjenta pozostawania w zanurzeniu i bez ruchu przez dłuższy czas, w związku z czym uznano go za niepraktyczny w zastosowaniu w warunkach klinicznych.

Pod koniec lat pięćdziesiątych Khoury i jego współpracownicy opracowali ultrasonograf z półkolistą kuwetą i plastikowym okienkiem. Pacjenta przywiązano pasami do plastikowego okna i chociaż nie był zanurzony w wodzie, nadal musiał pozostawać w bezruchu przez długi czas (ryc. 2) (nie pokazano). Na początku lat sześćdziesiątych W. Wright i E. Miers dołączyli do grupy badawczej Howreya, aby skoncentrować się na nieodłącznym problemie związanym z systemem połączeń termostatu wody. Wysiłki grupy zaowocowały produkcją skanera bezpośredniego kontaktu. W 1961 r Miers i Wright połączyli siły, tworząc Physionics Engineering i w ciągu roku wyprodukowali prototyp pierwszego przenośnego skanera kontaktowego w Stanach Zjednoczonych. Skaner ten miał przegubowe ramię z mechanizmami pozycjonującymi na każdym złączu, aby łączyć informacje otrzymane z czujnika.

„Skaner kuwetowy” Khoury. Pacjentka siedziała na zmodyfikowanym fotelu dentystycznym i była zabezpieczona przed plastikowym okienkiem półokrągłej kuwety wypełnionej solą. (Z Goldberg B., Gramic R, Freimanis A.K: Wczesna historia Ultradźwięki w diagnostyce: rola amerykańskich radiologów. Jestem. J. Roentgenol 160:189-194, 1993; za zgodą).

W tym samym czasie Iana Donalda prowadził badania ultrasonograficzne w Anglii. Donald był wybitnym weteranem Królewskich Sił Powietrznych drugiej wojny światowej, który podczas tej wojny zapoznał się ze sprzętem sonarowym i radarowym służba wojskowa. W 1955 roku, jako pracownik Katedry Położnictwa i Ginekologii na Uniwersytecie w Glasgow, Donald pożyczył od lokalnego producenta defektoskop metalowy i używał go do badania próbek patologicznych. Dzięki temu urządzeniu ultradźwiękowemu działającemu w trybie „A” Donald był w stanie różnicować Różne rodzaje tkanki w niedawno wyciętych mięśniakach i cystach jajników. Od tych skromnych początków on i inny ginekolog, John McVicar, wraz z Tomem Brownem, inżynierem w Kelvin and Hughes Scientific Instrument Company, opracowali pierwszy skaner ze związkiem kontaktowym.

W czerwcu 1958 roku Donald opublikował artykuł „Badanie mas brzucha za pomocą ultradźwięków pulsacyjnych”, który był kamieniem milowym w ultrasonografii. W pracy opisano przypadek, w którym zastosowanie ultrasonografii radykalnie zmieniło sposób leczenia 64-letniej kobiety, która zgłosiła się z bólem brzucha, utratą masy ciała i podejrzeniem wodobrzusza. Po przeprowadzeniu rutynowych badań zdiagnozowano u niej zaawansowanego raka żołądka, ale Donald za pomocą ultradźwięków zdiagnozował masę torbielowatą, którą później pomyślnie wycięto i okazało się, że jest to łagodna śluzowa torbiel jajnika.

Donald i jego partnerzy w Glasgow byli producentami wielka ilość badania z zakresu ultrasonografii, zwłaszcza z zakresu położnictwa i ginekologii. Przypadkowo odkrył, że pełny pęcherz stanowi naturalne okno akustyczne dla transmisji fal ultradźwiękowych przez miedniczkę nerkową, umożliwiając wyraźniejsze obrazowanie struktur miednicy. Stosując tę technikę, Donald uwidocznił małe guzy miednicy, ciąże pozamaciczne i lokalizację łożyska. Donald jako pierwszy zmierzył dwuciemieniową średnicę głowy płodu i wykorzystał ją jako wskaźnik wzrostu płodu. Jego wkład został dobrze przyjęty w dziedzinie medycyny i zasadniczo ugruntował koncepcję, że ultradźwięki będą odgrywać główną rolę w obrazowaniu medycznym.

DALSZE ROZWÓJ

Lata 50-te były ważny czas na USG. Wiele postępów w technologii ultradźwiękowej, które miały miejsce w tej dekadzie, znalazło nowe zastosowania w latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych XX wieku. W 1955 r Yaffe odkrył właściwości piezoelektryczne spolaryzowanych stałych roztworów ołowiu, cyrkonianu i tytanianu. To ważne odkrycie ostatecznie doprowadziło do powstania mniejszych i ulepszonych czujników ultradźwiękowych. Turner z Londynu, Lexell ze Szwecji i Kasner z Niemiec wykorzystali te zaawansowane urządzenia do wykonania encefalografii linii pośrodkowej w celu wykrycia krwiaków nadtwardówkowych u pacjentów z urazowym uszkodzeniem mózgu. Encefalografia linii środkowej pozostawała standardową techniką diagnostyczną w ocenie pacjentów z urazowym uszkodzeniem mózgu aż do lat 70. XX wieku, kiedy wprowadzono tomografię komputerową (CT).

Inge Edler ze Szwecji i Karla Hellmutha Hertza byli głównymi pionierami w dziedzinie echokardiografii. We wczesnych latach pięćdziesiątych Edler, kardiolog, zasugerował, że ultradźwięki mogą odgrywać rolę w ocenie kardiologicznej. Hertz pożyczył ze stoczni defektoskop metalowy, przyłożył sondę do klatki piersiowej i obserwował, jak amplituda i zasięg wyświetlaczy zmienia się w zależności od tętna. Kolejne badania Hertza i Asberga prowadzone w 1967 r. do pierwszej dwuwymiarowej maszyny do operacyjnego obrazowania serca. Mniej więcej w tym samym czasie Edler i Lindstrom odkryli pierwsze zapisy jednoczesnego trybu M i wewnątrzsercowego przepływu krwi w trybie Dopplera.

W latach sześćdziesiątych ograniczeniem technologii ultradźwiękowej było powolne i żmudne pozyskiwanie obrazów oraz ekstremalna rozdzielczość obrazu spowodowana ruchem pacjenta. Pomimo tych zastrzeżeń ultrasonografia zyskała szacunek środowiska medycznego i szybko stała się rutynową metodą obrazowania. W ciągu następnych dwóch dekad postęp w technologii ultradźwiękowej przyspieszył, a jej zastosowanie w wielu specjalnościach medycznych stało się standardem. Jak mówił w 1976 r Ian Donald: „Sonar medyczny całkiem nagle urósł i osiągnął pełnoletność; w rzeczywistości jego gwałtowny wzrost w ciągu ostatnich kilku lat był niemal błyskawiczny”.

ULEPSZENIA W OBRAZOWANIU W CZASIE RZECZYWISTYM I W SKALI SZAROŚCI

Wczesne systemy obrazowania składały się z konwencjonalnych oscyloskopów katodowych, które naświetlano przy otwartych przesłonach fotograficznych w celu uchwycenia obrazu na ekranie. Ze względu na opóźnienie właściwe tym układom zarejestrowano wiele słabszych odbić, ale nie były one tak intensywne jak odbicia od powierzchni styku. Te ściemniacze wyświetlacze generowały wczesny obraz w „skali szarości”, który określał gęstość tkanki i dawał obraz o lepszej rozdzielczości.

Późniejsze modele wykorzystywały „bistabilny” oscyloskop z pamięcią, co upraszczało proces skanowania i eliminowało potrzebę fotografowania z migawką. Wraz z eliminacją obrazów z aparatu z migawką, utracone zostały „szare” lub mniej intensywne obrazy, w wyniku czego powstały obrazy gorszej jakości. Zwrócono się o opracowanie telewizyjnej lampy konwertującej skanującej i przy wsparciu George'a Kossoffa z Australii, tryb rastrowy znów stał się pożądany. Dalsze udoskonalenia elektroniki, takie jak analogowe i cyfrowe przetworniki skanujące, doprowadziły nawet do uzyskania lepszych obrazów ultradźwiękowych. Skanery cyfrowe, wprowadzone na rynek w 1976 roku, dawały spójne, powtarzalne i bardzo wyraźne obrazy.

Istotnym punktem zwrotnym w rozwoju ultrasonografii było automatyczne wznowienie obrazu ultrasonograficznego, czyli obrazowania na żywo. Ta technika skanowania umożliwia wybieranie i wyświetlanie obrazów tak szybko, że sprawiają wrażenie, jakby były generowane i wyświetlane jednocześnie. Obrazowanie na żywo zostało zapoczątkowane w połowie lat pięćdziesiątych XX wieku przez J. J. Wilda, ale ten przełom został zignorowany przez ponad dekadę ze względu na ulepszone obrazy wytwarzane przez aparat ultradźwiękowy Howreya. Pierwszym dostępnym na rynku ultrasonografem on-line był aparat Vidoson (Siemens Mecical Systems, Iselin, NJ). Maszyna ta miała czujnik obrotowy w zbiorniku wody i została po raz pierwszy użyta przez Hoffmana w 1966 roku. i Hollander w 1968 r., w celu nakreślenia struktur u kobiety miedniczka nerkowa. Vidoson generował 15 obrazów na sekundę, tworząc kinową reprezentację obrazowanego narządu stosunkowo pozbawioną migotania. Dzięki wyświetlaniu na żywo specjalista badający otrzymał natychmiastową informację informacja zwrotna, co było najważniejszym sposobem tworzenia obrazowania ultradźwiękowego niezależnego od operatora.

OSTATNIE ZASTOSOWANIE

Rozwój Vidosona wymagał innych zaawansowanych technologicznie rozwiązań, takich jak czujniki liniowe i czujniki fazowe. W latach 70. i 80. XX w. liczne udoskonalenia i modyfikacje tych głowic i aparatów ultradźwiękowych przyczyniły się do poprawy obrazów ultrasonograficznych i poszerzenia zastosowania tej technologii. W Chirurgia ogólna USG niewątpliwie odegrało rolę w diagnostyce chorób piersi, dróg żółciowych, zapalenia trzustki i chorób tarczycy. Pierwszymi inicjatorami na tych terenach byli Leopold i Doust, Kobayashi, Ouagai, Colu-Beglet, Stuber i Mishkin. Friday spopularyzował zastosowanie ultradźwięków do lokalizacji ropni w jamie brzusznej, a Goldberg w 1970 r. zaproponował jego zastosowanie do wczesnego wykrywania wodobrzusza. Chociaż radiologia korekcyjna stała się bardzo wyrafinowana, jej początki sięgają 1969 roku, kiedy Kratochwill zaproponował zastosowanie ultradźwięków w trybie „A” w zabiegach drenażu przezskórnego. Goldberg i Pollack zalecali stosowanie ultradźwięków w trybie B w 1972 roku.

Inne obszary chirurgii ogólnej, zwłaszcza chirurgia urazowa, opierają się na przenośności ultradźwięków i szybkości dostępu do pacjentów w sytuacjach życia lub śmierci. W 1971 roku Christensen z Niemiec po raz pierwszy doniósł o zastosowaniu ultradźwięków do oceny pacjentów z urazami tępym narzędziem. Następnie Asher przeprowadził badanie prospektywne, w którym zbadał zastosowanie ultradźwięków jako techniki monitorowania podejrzenia pęknięcia śledziony. Theiling z Uniwersytetu w Kolonii badał w połowie lat 80. XX wieku zastosowanie ultrasonografii do oceny klatki piersiowej, przestrzeni zaotrzewnowej i innych narządów jamy brzusznej. Chociaż większość wczesnych badań przeprowadzono w Europie i Azji, w Ameryce Północnej wykorzystanie ultradźwięków przez chirurgów stało się ostatnio bardziej popularne.

W ciągu ostatniej dekady postęp w sprzęcie ultradźwiękowym sprawił, że stał się on podstawą oceny pacjentów z patologia naczyniowa. Ultradźwięki służą jako narzędzie monitorujące w ocenie chorób naczyń mózgowych i tętniaki brzucha aorty, a także do oceny pacjentów pod kątem głębokości Zakrzepica żył i chorobą naczyń obwodowych. Badania te opierają się w dużej mierze na teorii zaproponowanej ponad sto lat temu przez Christiana Andreasa Dopplera.

CHRZEŚCIJAŃSKI DOPPLER I EFEKT DOPPLERA

W tym miejscu należy szczególnie wspomnieć Christiana Andreasa Dopplera, austriackiego matematyka i fizyka, który w 1841 r. wygłosił przemówienie: „O kolorymetrycznej charakterystyce promieniowania gwiazd podwójnych i niektórych innych gwiazd nieba” dla zaledwie pięciu osób i stenografa. W swoim traktacie Doppler zasugerował, że obserwowana barwa gwiazdy jest spowodowana przesunięciem widmowym światła białego, które następuje w wyniku ruchu gwiazdy względem Ziemi. Aby uzasadnić swoją teorię, Doppler posłużył się analogią opartą na transmisji światła i dźwięku. Chociaż jego teoria dotycząca światła była błędna, teorie Dopplera dotyczące zmian częstotliwości fal dźwiękowych były prawidłowe. Efekt Dopplera jako teoria stał się sławny i definiuje się go jako „obserwowalne zmiany częstotliwości transmitowanych fal, gdy występuje względny ruch pomiędzy źródłem fali a obserwatorem”. Teorię tę zastosowano w wielu aspektach naukowych, w tym w astronomii i medycynie.

Pierwsze zastosowanie efektu Dopplera w medycynie polegało na pomiarze różnic w czasie podróży pomiędzy dwoma przetwornikami fal ultradźwiękowych przemieszczających się „w górę” i „w dół” przez przepływającą krew. Badania nad klinicznym zastosowaniem zasady Dopplera prowadzono jednocześnie w całej światowej rodzinie naukowej. Pierwotne zastosowanie tej zasady datuje się od pracy Kalmusa, który ukończył swój elektroniczny przepływomierz w 1954 roku. Shigeo Satomura, fizyk z Uniwersytetu w Osace, również był pionierem w zastosowaniu zasady Dopplera w ultradźwiękach. W 1956 roku Satomura opublikował swoje dane dotyczące sygnałów Dopplera generowanych przez ruch zastawki serca. Dodatkową pracę przeprowadzono w celu zbadania prawidłowego i nieprawidłowego ruchu zastawki, co stanowi atraumatyczną metodę diagnozowania choroby zastawki. Niestety, ważne dzieło Satomury nie zostało docenione w Stanach Zjednoczonych, w dużej mierze z powodu trudności, jakie zachodni uczeni mieli z czytaniem literatury japońskiej. Często badania ultrasonograficzne prowadzone w Japonii wyprzedzały badania zachodnie o kilka lat i były niezależnie powielane w Stanach Zjednoczonych i innych krajach. Satomura przez kilka lat stosował zasadę Dopplera do energii ultradźwiękowej, zanim opublikował swoje odkrycia dotyczące reografu ultradźwiękowego używanego do pomiaru przepływu krwi. Jednak dopiero w następnym roku traktat Dopplera: „O kolorymetrycznej charakterystyce promieniowania gwiazd podwójnych i niektórych innych gwiazd nieba” 1842. (Z Maulik D: Doppler USG w położnictwie i ginekologii. Nowy Jork, Springer, 1997; za zgodą.)

Franklina, Schlegla i Rushmera z Uniwersytetu Waszyngtońskiego opublikowali swoją pracę nad przepływomierzem używanym do rejestrowania przepływu krwi przez nieuszkodzone naczynie u psów.

Chociaż wczesne obrazowanie ultrasonograficzne Dopplerem było przydatne, wykorzystywało emisję fali ciągłej, co utrudniało możliwość rozróżnienia ruchomych struktur na drodze wiązki. Pulsacyjny radar dopplerowski jest przeznaczony do stosowania metody stroboskopowo-amplitudowej, co pozwala urządzeniu na rozróżnienie kilku poruszających się celów. Grupa Bakera, Watkinsa i Reida z Seattle rozpoczęła prace nad dopplerem fal pulsacyjnych w 1966 roku; byli jednymi z pierwszych, którzy wyprodukowali takie urządzenie do 1970 roku. W ciągu tej dekady grupa z Seattle nadal wprowadzała ulepszenia i ostatecznie dołączyła działający w trybie on-line mechaniczny skaner kołyskowy do pulsacyjnej maszyny Dopplera. Czujnik mechaniczny odgrywał podwójną rolę: zarówno w wyświetlaniu operacyjnym, jak i w funkcjach Dopplera. Urządzenia te stały się bardzo popularne w latach 80. XX wieku jako urządzenia obrazujące do oceny choroby. tętnica szyjna. Dodatkowy postęp w mikroprocesorach tych maszyn był zapowiedzią kolejnego rozwoju, jakim był kolorowy wyświetlacz przepływowy Dopplera. Ta nowa technologia poprawiła zdolność sprzętu do wykrywania płytki nazębnej i skrzepliny oraz ilościowego określania znaczenia hemodynamicznego zmian w tętnicach szyjnych.

Wśród nich znaleźli się także inni pionierzy w dziedzinie ultrasonografii dopplerowskiej Callaghana, którzy przeprowadzili wczesne eksperymenty z ultrasonograficzną oceną ruchów serca płodu Straszność, która opublikowała swoje wyniki dotyczące wykorzystania efektu Dopplera w ocenie pacjentów z chorobą naczyń obwodowych.

Aktualne trendy w obrazowaniu Dopplera/dupleksu obejmują „moc efektu Dopplera” zaproponowaną przez Fuchsina. „Power Doppler” charakteryzuje się zwiększoną czułością na przepływ krwi, co pozwala na lepsze obrazowanie struktur wolno przepływających. Ultradźwiękowy środki kontrastowe poszerzyć akustykę przepływu krwi, czyniąc go bardziej widocznym dla Dopplera. Te „wzmacniacze” ultradźwięków mogą ułatwić wykrywanie nowotworów, uwidocznianie obszarów niedokrwiennych i wykonywanie ultradźwiękowej wazografii.

Trójwymiarowy obraz USG 26-tygodniowego płodu. (Dzięki uprzejmości ALOKA, Wallingford, Connecticut).

STRESZCZENIE

Ultradźwięki w diagnostyce medycznej mogą mieć krótka historia, ale jego korzenie sięgają początków XIX wieku. Od skromnych początków w wojsku, gdzie do badania próbek patologicznych używano ultradźwięków, po rutynową ocenę płodów, pacjentów z ranami i chorobami naczyń mózgowych, ultradźwięki ugruntowały swoją pozycję kluczowego technika diagnostyczna, jak obecnie. więc w przyszłości. Jego zdolność do diagnozowania chorób zastawek serca i wrodzonych wad serca zmniejszyła potrzebę inwazyjnej angiografii serca i związanego z nią ryzyka. Ponadto ultradźwięki rozszerzyły medyczne narzędzia diagnostyczne i umożliwiły „zajrzenie do wnętrza” pacjentów w obszarach wewnątrznaczyniowej, przezpochwowej, przezodbytniczej i przezprzełykowej.

Pomimo tych wszystkich postępów nadal zachęca się do badań naukowych nad ultradźwiękami, a dzisiejsze pomysły będą technologią jutra.

Bibliografia

Asberg A: Kinematografia ultradźwiękowa żywego serca. Ultradźwięki 5: 113-117, 1967
Boulanger BR, Brenneman FD, McLellan BA i wsp: Prospektywne badanie ultrasonografii jamy brzusznej w nagłych przypadkach po tępym urazie. J Trauma 39:325-330, 1995
Calvert JF: U bram Tokio. W cichym biegu. Nowy Jork, John Wiley & Sons, 1995, s. 57–73
Cole-Beuglet C, Beique RA: Ciągłe USG B-skanowanie wyczuwalnych mas piersi. Radiologia 117: 123-128, 1975
Donald I: Sonar: Historia pewnego eksperymentu. ULTRADŹWIĘKI Med Biol 1:109-117, 1974
Doust BD, Malslad NF: Ultradźwiękowe badanie pęcherzyka żółciowego w trybie B, technika i kryteria diagnostyki kamicy żółciowej. Radiologia 110:643-647, 1974
Franklin DL, Schlegel W, Rushmer RF: Przepływ krwi mierzony za pomocą przesunięcia częstotliwości Dopplera w rozproszonym wstecznie USG. Science 134:564-565, 1961
Friday RO, Barriga P, Crummy AB: Wykrywanie i lokalizacja ropni wewnątrzbrzusznych za pomocą diagnostycznego USG. Arch Surg 110:335-337, 1975
Goldberg BB, Goodman GA, Clearfield HR: Ocena wodobrzusza za pomocą USG. Radiologia 96:15-22, 1970
Goldberg BB, Gramiak R, Freimanis AK: Wczesna historia diagnostyki USG: Rola amerykańskich radiologów. AJR 160:189-194, 1993
Hackmann W: Wprowadzenie. W Szukaj i uderzaj. Londyn, Crown, 1984, s. XXIV–XXXV
Hackmann W: Organizowanie nauki na potrzeby wojny na morzu. W Szukaj i uderzaj. Londyn, Crown, 1984, s. 11–43
Hackmann W: Akustyka podwodna przed I wojną światową. W Szukaj i uderzaj. Londyn, Crown, 1984, s. 1–10
Hackmann W: Akustyka podwodna przed I wojną światową. W Szukaj i uderzaj. Londyn, Crown, 1984, s. 73–95
Hendee WR: Przekrojowe obrazowanie medyczne: historia. Radiografia 9:1155-1180, 1989
Hertz CH: Inżynieria ultradźwiękowa w diagnostyce serca. Am J. Cardiol 19:6-17, 1967
Holm HH, Skjoldbye B: Interwencyjne USG. ULTRADŹWIĘKI Med Biol 22:773-789, 1996
Kobayashi T: Diagnostyka echograficzna guza piersi – aktualny stan metody ultrasonotomografii o stopniowanej czułości i jego ocena kliniczna (tłum. autora) J Jpn Soc Can Therapy 9:310-323, 1974
Koch EB: Na obraz nauki? Negocjowanie rozwoju diagnostycznej USG w kulturach chirurgii i radiologii. Technologia i kultura 34: 858-893, 1993
Leksell L: Echoencefalografia: Wykrywanie powikłań wewnątrzczaszkowych po urazie głowy. Acta Chir Scand 110:301-315, 1956
Leopold GR, Goluoff J: Skanowanie ultradźwiękowe w diagnostyce chorób dróg żółciowych. Surg Clin North Am 53:1043, 1973
Levi S: Historia USG w ginekologii 1950-1980. ULTRADŹWIĘKI Med Biol 23:481-552, 1997
Lindstrom K: Hołd: Carlowi Hellmuthowi Hertzowi. ULTRADŹWIĘKI Med Biol 17:421-424, 1991
Maulik D: USG Doppler w położnictwie i ginekologii. Nowy Jork, Springer, 1997
Meire HB: Przegląd historyczny. W podstawowym USG. West Sussex, John Wiley & Sons, 1995, s. 1–7
Rosen IB, Walfish PG, Miskin M: Zastosowanie ultrasonografii w trybie B w zmieniających się wskazaniach do operacji tarczycy. Surg Gynecol Obstet 139:193-197, 1974
Różycki GS: Ultrasonografia jamy brzusznej w urazach. Surg Clin North Am 75:175-191, 1995
Różycki GS, Kraut EJ: Izolowane, tępe pęknięcie żyły głównej dolnej podnerkowej: Rola USG i tomografii komputerowej w urazie utajonym. J Trauma 38:402-405, 1995
Rubin JM, Bude RO, Carson PL: USG Power Doppler: Potencjalnie przydatna alternatywa. Radiologia 190:853-856, 1994
Sahn DJ, Henry WL, Allen HD i wsp.: Porównawcza użyteczność systemów obrazowania echokardiograficznego przekrojowego w czasie rzeczywistym w diagnostyce złożonych wrodzonych wad serca. Am J Med 63:50-60, 1977
Seibert JA: Sto lat technologii obrazowania w diagnostyce medycznej. Fizyka Zdrowia 69:695-720, 1995
Strandness DE, Schultz RD, Sumner DS: Ultradźwiękowa detekcja przepływu. Przydatna technika w ocenie choroby naczyń obwodowych. Am J Surg 113:311, 1967
Stuber J, Templeton AW, Bishop K: Diagnostyka ultrasonograficzna zmian w trzustce. Am J. Roentgenol 116:406-412, 1972
Tso P, Rodriguez A, Cooper C i wsp.: Sonografia w tępym urazie brzucha: wstępny raport z postępu. J. Trauma 33:39-44, 1992
Wagai T, Tsutsumi M: Badanie USG piersi. W Logan WW (red): Rak piersi. Nowy Jork, Wiley, 1977, s. 325–342
Wells PNT: Rozwój ultradźwięków medycznych. Świat Med Electron 4:2721, 1966
Weyman AE, Feigenbaum H, Dillon JC i wsp.: Echokardiografia przekrojowa w ocenie ciężkości zwężenia zastawki aortalnej. Cyrkulacja 52:828, 1975
White DN: Pionierzy neurosonologii. ULTRADŹWIĘKI Med Biol 14:541-561, 1988
Wild JJ: Zastosowanie impulsów ultradźwiękowych do pomiaru tkanek biologicznych i wykrywanie zmian gęstości tkanki. Chirurgia 27: 183-187, 1950
Wild JJ, Reid JM: Diagnostyczne zastosowanie USG. Br J Phys Med 248-257, 1956
Wild JJ, Reid JM: Dalsze pilotażowe badania echograficzne struktury histologicznej guzów żywej, nienaruszonej ludzkiej piersi. Am J. Pathol 28:839, 1952
Willocks J: Medyczne ULTRADŹWIĘKI: rozwój Glasgow, który ogarnął świat. Univ Glasgow 19:1-3, 1996