Простота и доступность УЗИ-обследования — одно из значимых достижений медицины 20 века. Путь к этому был долгим: между первыми исследованиями ультразвука и ультразвуковым аппаратом в том виде, в котором мы его знаем, прошло больше века. В этом тексте мы расскажем, кто изобрел УЗИ-аппарат, как война повлияла на развитие УЗИ-техники и при чем тут летучие мыши.
Начало исследований
Первый письменный документ, касающийся использования волн для пространственной ориентации, датируется 1794 годом, когда итальянский физик Ласаро Спалланцани проанализировал механизмы навигации летучих мышей в темноте. Он сделал ключевой вывод — эти животные использовали звук, а не свет, чтобы ориентироваться в пространстве. Способ, при которой местоположение определяется с помощью звуковых волн, отражающихся от объектов в окружающей среде, теперь известен как эхолокация. На этих же принципах работает УЗД.
Следующая веха — 1880 год. В этом году английский физик Франк Гальтон создал аппарат, способный производить звуковые волны частотой 40 герц (свисток Гальтона). В том же году ученые-физики Жак и Пьер Кюри заметили, что электричество может создаваться в кристалле кварца при механических колебаниях. Это явление было названо пьезоэлектрическим эффектом. Братья Кюри также открыли обратный пьезоэлектрический эффект, способность жидкого кристалла производить электричество под действием колебаний, производимых ультразвуковой волной.
Исследования в 20 веке
Во время Первой мировой войны французское правительство поручило физику Полю Ланжевину и его коллегам исследовать звуковые волны высокой частоты для поиска немецких подводных лодок. Хотя их усилия в конечном итоге не увенчались успехом, ВМС США смогли разработать SONAR (звуковая навигация и определение дальности) на основе исследований Ланжевена.
Более пристальное использование ультразвука в медицине началось во время и вскоре после Второй мировой войны. Работа австрийского доктора Карла Теодора Дуссика в 1942 году по ультразвуковому исследованию головного мозга на просвет представляет собой первую опубликованную работу по медицинскому ультразвуку. В 1944 году Флойд Файрстоун, работавший в США, получил патент на рефлектоскоп, первую систему, в которой один и тот же преобразователь генерировал ультразвуковые волны, а также регистрировал отраженные волны в промежутках между передаваемыми волновыми импульсами.
В 1940-х годах были предприняты попытки использовать методы отражения, которые требовали, чтобы приемник находился на той же стороне материала, что и передатчик. Дональд Спроул, исследователь, работавший в Англии в 1941 году, создал систему, в которой приемник представлял собой отдельное устройство, собирающее волны, отразившиеся от материала.
История ультразвукового аппарата в том виде, в котором мы его знаем сейчас, берет начало в 1949 году. Американец Дуглас Хоури вместе со своей командой создал УЗИ-аппарат, который стал пионером ультразвукового оборудования B-режима. Устройство представляло собой резервуар с жидкостью, где пациент сидел долго и неподвижно, пока вокруг него двигался сканер брюшной полости. Тем не менее, будет неверным сказать, что Хоури придумал УЗИ-аппарат в одиночку, так как для проектирования оборудования он использовал наработки своих предшественников.
УЗИ аппараты в СССР
Параллельно с этим велись первые разработки УЗИ аппаратов в России. В 1928 г. советский физик С.Ю. Соколов впервые высказал идею применения ультразвука для поиска глубинных дефектов металлических конструкций. Эти ранние сонографические методы в промышленном производстве использовали «сквозную передачу». Приемник на стороне материала, противоположной ультразвуковому передатчику, обнаруживал звуковые волны, когда они проходили через тестируемый материал, создавая «тени», которые можно было интерпретировать.
В 60-е годы был налажен выпуск аппаратов УЗИ в СССР. Был создан целый ряд моделей: эхокардиограф, модели для использования в неврологии и офтальмологии. Правда, почти все разработки так и не нашли активного применения, поэтому на практике советским докторам приходилось использовать аппараты, разработанные на западе. А к девяностым годам отечественный УЗИ-сканер и вовсе ушел с рынка.
Выход на медицинский рынок
С середины шестидесятых годов появление коммерчески доступных систем позволило более широкому распространению УЗ-исследования. В этот же период стали выдаваться лицензии на проведение медицинских исследований. Так в 1965 году появился УЗИ-аппарат Vidoson Siemens — первый ультразвуковой прибор, который можно было использовать в режиме реального времени. Практически сразу ультразвуковое исследование стало использоваться в гинекологических отделениях многих европейских больниц
Развитие ультразвуковой допплерографии шло параллельно с технологией визуализации, но слияние двух технологий в дуплексном сканировании и последующее развитие цветной допплерографии предоставило еще больше возможностей для исследования кровообращения и кровоснабжения органов, опухолей и т. д.
Появление микрочипов в семидесятых годах и последующее экспоненциальное увеличение вычислительной мощности позволило создать более быстрые системы, включающие цифровое формирование луча, большее усиление сигнала и новые способы интерпретации и отображения данных, такие как энергетический допплер и трехмерное изображение. Уже в 1986 году появился УЗИ-аппарат, основанный на технологии 3D-ультразвука и дающий трехмерные изображения плода. Сейчас УЗИ аппарат есть практически в каждой медицинской клинике. Разработки новых устройств продолжаются, и, возможно, через пару десятков лет на рынок выйдут принципиально новые аппараты, которые выведут диагностику на новый уровень.
