Сегодня невозможно представить современную медицину без ультразвуковой диагностики – высоко информативного и безопасного метода обследования пациента при большинстве заболеваний. История применения УЗИ в медицине насчитывает всего 50 лет, но за это время аппараты УЗИ прошли огромный путь от первых допотопных аппаратов к высокотехнологичным и многофункциональным ультразвуковым системам. С чего все начиналось и кто изобрел первый УЗИ аппарат?
Открытие и применение ультразвука
Звуковые волны, которые не воспринимаются человеческим слухом, были открыты в 1794 году итальянцем Л.Спалланцани. Он проводил опыты с летучей мышью и доказал, что она ориентируется в пространстве с помощью ультразвука.
В 1880 году братья Кюри открыли пьезоэлектрический эффект, который возникает в кристалле кварца при механическом воздействии. В 1882 году был сгенерирован обратный пьезоэффект. Это стало основой создания главного компонента любого ультразвукового аппарата - преобразователя.
Сначала ультразвук стали применять в гидролокации для обнаружения подводных объектов и промышленности, где с помощью дефектоскопов находили брак в металлических конструкциях.
Появление ультразвука в медицине
Эхолокация и металлодетекция послужили отправной точкой для начала экспериментов над живыми организмами. В медицине первые опыты использования ультразвуковых волн начались в 30-х годах 20 века. С их помощью лечили экзему, атриты и другие заболевания.
Использование ультразвуковых волн для диагностики был успешно применен в 1947 году психоневрологом из Вены К.Дюссиком. Он сумел диагностировать опухоль мозга с помощью замеров интенсивности прохождения ультразвука через голову пациента.
Первый УЗИ-аппарат был сконструирован в 1949 году в США ученым Д.Хаури. Это была емкость с жидкостью, в которую помещали исследуемого. Вокруг него передвигали сомаскоп - сканер брюшной полости. Все время исследования пациент должен был сидеть неподвижно.
Современные ультразвуковые технологии
УЗИ-аппараты постоянно совершенствовались и приобрели более привычный вид с использованием мануальных датчиков в середине 60-х годов. Диагностика с использованием ультразвука продолжает активное развитие и предоставляет врачам все более широкие и точные методы.
Современные ультразвуковые технологии:
- 3D - создание трехмерных изображений с любым ракурсом;
- эхоконтрастирование – повышение точности диагностики с использованием внутривенного контраста;
- THI – тканевая гармоника для улучшения качества и контрастности изображения для пациентов с избыточным весом;
- соноэластография – определение патологии по характеру сокращения тканей под давлением;
- УЗ-томография – безвредная и информативная методика, аналогичная КТ и МРТ;
- 4D – «перемещение» внутри протоков и сосудов, похожее на эндоскопическое исследование.
Первое УЗИ при беременности очень важно для женщин, поскольку это дает возможность многое узнать на такой ранней стадии.
И обычно его назначают на 11-12 неделях.
Очень важно проводить исследование именно в этот период, поскольку можно выявить серьезные нарушения в развитии плода, например наличие синдрома Дауна. Такой порок определяется посредством измерения величины воротникового пространства (в норме этот показатель равен 2-3 мм).
Вдобавок ультразвуковое исследование на ранних сроках дает возможность увидеть патологии, которые не совместимы с жизнью ребенка. Если доктор во время проведения исследования заметит такие нарушения, он может назначить дополнительные генетические анализы. В случае если опасная патология подтвердится, то женщина имеет возможность прервать беременность на раннем сроке.
Кроме того, проведение исследований на 12 неделе позволяет узнать важные показатели: количество околоплодных вод, место прикрепления плаценты, частоту сердцебиения ребенка, состояние внутренних органов эмбриона, предполагаемую дату родов (с точностью до дня) и т.д. Вдобавок УЗИ может показать многоплодную беременность. Состояние пациентки считается нормальным, если все показатели находятся в допустимых пределах. У каждого врача есть таблица, с которой он может свериться во время расшифровки результатов.
В некоторых случаях женщинам делается УЗИ раньше 12 недели. Это может быть связано с различными факторами:
- если будущая мама ощущает боль внизу живота, появляются кровянистые выделения;
- при наличии гипертонуса матки;
- если существует угроза внематочной беременности;
- при обнаружении удвоения матки или других отклонений в развитии половых органов;
- при наличии опухолей в полости матки.
Вовремя выявленные проблемы дают возможность врачам оказать экстренную помощь будущей маме. Например, своевременно диагностированная и прерванная внематочная беременность, локализованная в трубах, позволяет спасти жизнь женщине.
Как проводится первое УЗИ?
Перед походом к доктору нужно уточнить, каким именно методом будет проводиться обследование и что конкретно с собой нужно иметь. Если вы идете в районную поликлинику, тогда захватите с собой бахилы, пеленку и полотенце (полный список необходимых вещей лучше узнать в регистратуре). При обследовании в частном кабинете все нужные средства выдает доктор (их стоимость уже включена в цену приема).
Сама процедура может выполняться с помощью внутривагинального датчика или абдоминальным способом (через брюшную стенку). Выбор метода зависит от того, на каком сроке проводится исследование. Если речь идет о ранних сроках беременности (до 12 недели), чаще применяется трансвагинальный метод. На поздних сроках врачи используют внешний датчик для обследования.
На УЗИ, которое будет проводиться абдоминальным методом, пациентке необходимо прийти с полным мочевым пузырем. Для этого нужно выпить не менее литра воды за 1-2 часа до проведения процедуры. Так доктор сможет лучше рассмотреть плод. Иногда будущим мамам с избыточным весом, которые пришли на плановое УЗИ в 12 недель, делают первое УЗИ внутривагинально. Таким образом можно максимально приблизиться к малышу.
Первое УЗИ: польза или вред
Некоторые будущие мамы, решая, когда делать первое , стремятся отложить эту процедуру, опасаясь за здоровье своего малыша. Такая ситуация зачастую связана с тем, что женщины путают ультразвуковое обследование с рентгеновским облучением.
Действительно, рентгеновские лучи в больших дозах очень вредны для здоровья. Но это никак не касается УЗИ, поскольку этот вид диагностики основан абсолютно на других физических принципах. В основе ультразвукового исследования лежит эхография. Ультразвук, используемый при обследовании, отражается на плоде, а потом возвращаясь, преобразуется в импульсы. Специальная программа анализирует полученные сигналы и преобразовывает их в понятную для человека картинку.
Следует уточнить, что УЗИ проводится уже почти 40 лет (начиная с 1978 года), и за весь срок не было установлено негативного воздействия на пациенток. Поэтому не стоит бояться посещения УЗИ-кабинета, ведь такая диагностика абсолютно безопасна как для плода, так и для самой женщины. Наоборот, своевременное обследование во много раз увеличивает шансы родить здорового малыша. Но и злоупотреблять посещением УЗИ-кабинета не стоит, так как большое количество результатов обследования может ввести в заблуждение вашего доктора.
Что видно на мониторе при 12-недельной беременности
Поход на УЗИ — волнительное событие для будущих родителей. Ведь на экране аппарата можно увидеть своего малыша. А конкретно что показывает прибор?
- Количество будущих детей.
- Размеры эмбриона. Специалист определяет, соответствуют ли показатели сроку беременности. В норме вес ребенка составляет около 10 г, а рост — 6-7 см.
- Сердечная деятельность. На этом сроке сердце ребенка сокращается 110-170 раз в минуту. Если обследование проходит на наиболее современной аппаратуре, мама может услышать, как стучит сердце малыша.
- Части тела. Нередко женщины (с помощью докторов) могут разглядеть маленькие ручки и ножки на дисплее, что непременно вызывает неописуемый восторг.
Но самым главным моментом является исключение возможных патологий развития плода. Именно здоровье малыша и нормальное развитие — главная радость для родителей. Сегодня каждая беременная женщина направляется на УЗИ минимум 3 раза: на 12, 21 и 32 неделях. Такой метод диагностики является доступным, информативным, безболезненным и абсолютно безопасным для мамы и малыша.
О существовании в природе ультразвуковых колебаний, которые находятся за пределами слышимости человеческого уха, известно было давно, эти колебания называются ультразвуковыми волнами. Открытие этих волн связано с именем итальянского ученого Lazzaro Spalanzani, который предположил, что способность летучих мышей летать в темноте и не наталкиваться на препятствия зависит не от зрения, а от звуковых вибраций, которые человек не способен слышать. Эту гениальную мысль через 250 лет своими исследованиями подтвердили Galambos (1942) и Grifin (1944).
Прогрессу использования природы ультразвука послужили открытия Galtona (1880), братьев Pierrl и Jagne, Curie, которые описали пьезоэлектрическое явление - возникновение свободного заряда на поверхности некоторых кристаллов при их механической деформации. Это открытие через год было теоретически обосновано Lipman, который обнаружил, что при воздействии электрическим зарядом на поверхности кристалла происходит его деформация. Этими открытиями была заложена основа для создания аппаратов, которые генерируют УЗ волны высокой частоты. Долгие годы этим открытиям уделялось мало внимания. Интерес возрос в связи с применением ультразвука в медицине.
В 1940 г. George Ludwig, Douglas Howry и John Wild, независимо друг от друга, показали, что УЗ сигналы, посланные в организм, возвращаются обратно к тому же датчику, отражаясь от поверхностей структур разной плотности.
Хотя ультразвук в медицине используется не так давно, к настоящему времени он с успехом применяется в ряде ее областей с лечебной и диагностической целью. Вначале УЗ преимущественно применялся в терапии благодаря механическим воздействиям, вызывающим перемещения УЗ давления в тканях, и тепловому эффекту, который возникает внутри тканей, приводя к физико-химическим действиям. УЗ терапия оказалась особенно эффективной при некоторых патологических состояниях (болезнь Бехтерева, невралгии, невриты, воспаления суставов и другие воспалительные процессы).
Оказалось, что наряду с положительным эффектом его применение абсолютно противопоказано при лечении паренхиматозных органов (печени , селезенки, почек , легких, сердца , головного мозга, щитовидной железы и др.).
Дозированное применение ультразвука в терапии объясняется двумя причинами:
Ультразвуковое поле пронизывает ткань при лечении неоднородно,
Неоднородность ультразвукового поля еще увеличивается вследствие неоднородности необлученных тканей.
Разность тканей, разделенных фасциями, перегородками, является причиной многочисленных неоднородных отражений, влияющих на эффективность ультразвукового поля. Эти особенности УЗ поля и тканей должны учитываться при выборе интенсивности и времени облучения ультразвуком для получения максимального лечебного эффекта. Верхняя граница интенсивности терапевтической дозы 3 Вт/см2.
Большая заслуга применения ультразвука в терапии принадлежит Pohlmann (1939, 1951). Им также изучено биологическое влияние ультразвука средней и высокой интенсивности. Первичность применения УЗ с лечебной целью связана с использованием в производстве терапевтической ультразвуковой аппаратуры сравнительно простых УЗ генераторов.
Первые попытки использовать ультразвук с диагностической целью связаны с именем венского невропатолога Karl Dussik (1937, 1941, 1948), которому при помощи двух датчиков, расположенных один против другого в области головы, удалось лоцировать опухоль мозга. Несмотря на определенные успехи, из-за сложности интерпретации результатов метод был подвергнут критике и на некоторое время забыт. В 1946 г. Denier попытался получить изображения сердца, печени и селезенки с помощью УЗ. Keidl (1950), используя ультразвуковой датчик с частотой 60 КГц, определил объем сердечной мышцы, измеряя поглощение УЗ в сердечной мышце и легочной ткани, однако результаты оказались неубедительными.
Этап серьезного внедрения ультразвука в диагностику начинается с разработки импульсного эхометода и получения одномерного изображения (А-метод). И хотя первые сообщения о возможности получения одномерного УЗ изображения появились в 1940 г. (Gohr и Vederkind), практически метод стал применяться только через 10 лет, когда Ludwig и Strutners удалось выявить камни в желчном пузыре и инородное тело, вшитое в мышечную ткань собаки. Они предположили, что этим методом можно обнаружить и опухоли. Wild и Reid (1952), обследуя молочные железы, установили, что опухолевая ткань отражает больше, чем здоровая ткань, тем самым доказав эффективность применения метода в диагностических целях.
Эти обнадеживающие данные об эффективности метода способствовали его широкому внедрению в различных областях клинической медицины. Шведские ученые Edler и C. Hertz (1954) являются основоположниками эхокардиографии, хотя долгое время из-за несовершенства аппаратуры и ошибочной трактовки регистрируемых структур сердца метод не находил клинического применения. Публикации немецких ученых S.Tffert и соавт.(1959) об успешной диагностике опухолей предсердия, затем американских ученых G. Joyner (1963), R.Gramiak (1969) и многих других показали, что информация о здоровом и больном сердце, полученная бескровным путем, не приносит вреда и беспокойства больным.
Фото: likesuccess.com
Leksell (1955) разработал основы эхоэнцефалографии и был первый, кому удалось при помощи смещения срединного эхо лоцировать гематому мозга. Эта методика получила дальнейшее развитие в работах S. Lepsson (1961), C. Grossman (1966), W. Schifer и соавт. (1968) и др. Одномерный УЗ метод в офтальмологии впервые в 1956 г. применили Mundt и Hughes, а годом позже Oksala и Lehting. Начало внедрения этого метода в акушерскую и гинекологическую практику связано с именами шотландских исследователей I. Donald, J. Mac Vicar и E. Brown (1961). Первые измерения головки плода УЗ методом осуществил I. Donald. Они же положили начало применению двухмерного метода (В-метод) в акушерстве и гинекологии. Разработка двухмерного способа получения изображений стала крупным достижением в развитии и усовершенствовании УЗ аппаратуры.
Эхокардиограмма сердца, на изображении видны предсердия и желудочки. Фото: википедия.орг.рф
Впервые в клинических условиях независимо один от другого метод применили Howry и Bills, Wild и Reid (1955-1956). Возможности использования УЗ в диагностических целях в гастроэнтерологии приведены G. Baum и I. Greenwood(1958) при описании ими двухмерного метода (В-метода).
Дальнейшее усовершенствование УЗ диагностических приборов связано с работами Kossoff и Garrett (1972, Австралия), получившими градацию серой шкалы изображения. Затем они усовершенствовали приборы, работающие в реальном масштабе времени. В 1942 г.
Христиан Доплер описал распространение волн из движущегося источника колебаний и влияние других относительных движений на их частоту. Этот эффект Доплера был применен в акустике, и на его базе позднее стали изготовлять приборы, способные регистрировать движение сердца.
Ультразвуковое исследование в последнее время очень широко используется врачами для уточнения или установки того или иного диагноза. А что мы об этом знаем? Из курса физики известно, что ультразвуком называют звуковые колебания, лежащие выше порога восприятия органа слуха человека, частоты которых превышают 20 кГц. Ультразвук содержится в шуме ветра и моря, издается и воспринимается рядом животных - например, летучими мышами, некоторыми рыбами и насекомыми.
Теоретические основы ультразвуковых исследований в первой половине XIX века заложил Кристиан Андреас Доплер. А особый пьезоэффект, благодаря которому получают ультразвуковые колебания, был открыт в 1881 году братьями П. Кюри и Ж.П. Кюри.
Но практическое применение ультразвука началось позже - во время Первой мировой войны, когда ученые К.В. Шиловский и П. Ланжевен разработали прибор, с помощью которого можно было определять расстояние до цели, а также обнаруживать подводные лодки противника.
Если говорить о медицине, то впервые ультразвук стали применять в ветеринарии - для определения подкожного жира у свиней. А первая попытка выполнить ультразвуковое исследование человеческого тела относится к 1942 году. Однако лишь в начале пятидесятых годов удалось получить ультразвуковое изображение внутренних органов и тканей человека. С этого момента ультразвуковая диагностика стала широко применяться в диагностике многих заболеваний и повреждений внутренних органов.
Принцип работы
УЗИ - метод, основанный на принципе эхолокации. Ультразвуковой передатчик излучает звуковые волны высокой частоты. Волны попадают на объект, отражаются от него и поступают в принимающее устройство (ресивер), интерпретирующее их в виде картинки на экране монитора. Глаз простого человека не увидит на таком мониторе ничего, кроме темных и светлых пятен, однако специалист может судить по ним о расположении, форме и состоянии исследуемого органа.
Бытует мнение, что повторные УЗИ во время беременности могут причинить вред будущему ребенку. Так ли это? УЗИ-диагностика - изобретение недавнее, поэтому информации о возможных последствиях, особенно отдаленных, еще мало. Хотя многие врачи и техники по ультразвуку считают, что процедура безвредна, но это мнение не единственное. И сейчас ведутся широкомасштабные исследования влияния ультразвука на генетическую структуру, внутриутробное развитие ребенка, состояние сосудов, состав крови и многое другое.
Что же известно? Оказывается, волны ультразвука затрагивают живую ткань двумя способами:
- Во-первых, луч нагревает исследуемую область приблизительно на один градус Цельсия (2 градуса Фаренгейта).
- Во-вторых, бомбардировка тканей организма звуковыми волнами высокой частоты приводит к колебанию и разогреву молекул, в результате чего в клетке ткани появляются крошечные пузырьки газа.
Поэтому не следует делать УЗИ полости матки лишь для того, чтобы определить наличие беременности - на ранних сроках беременности такое исследование нежелательно. Первое УЗИ рекомендуется проводить на сроке 12-14 недель. На этом этапе подтверждается факт наличия беременности, определяется место прикрепления эмбриона. На этом сроке впервые можно обнаружить грубые пороки развития плода.
Второе УЗИ желательно пройти в 18-22 недели беременности, так как в этот период все органы полностью сформированы и можно оценить их строение. И третье УЗИ делают в 32-34 недели, когда определяют положение малыша в матке и проводят оценку кровотока в системе «мать - плацента - плод».
Надо сказать, что в последнее время ультразвуковая диагностика применяется для исследования самых разных органов и систем человеческого организма. Но большинству из нас, к сожалению, знакомы лишь УЗИ почек, щитовидной железы, органов брюшной полости - такие исследования врачи достаточно часто рекомендуют своим пациентам. А вот УЗИ сосудов или УЗИ орбит глаз назначают реже - лишь по особым показаниям. Этот метод диагностики в офтальмологии позволяет выявить различные заболевания на ранних стадиях. Так можно определить состояние зрительного нерва и близлежащих тканей, экстраокулярных мышц глаза, слезной железы, а также выявить отслойки сетчатки.
Результат УЗИ в ряде случаев может стать решающим моментом при постановке диагноза и выборе лечебной тактики и ее последующего контроля.
Специальной подготовки для проведения УЗИ глаза не требуется. Единственным условием является отсутствие макияжа глаз. Исследование проводится при закрытых веках, абсолютно безболезненно и не причиняет дискомфорта.
Кстати. Если вам назначено УЗИ органов брюшной полости (печени, желчного пузыря, поджелудочной железы, селезенки), то лучше проходить его утром и обязательно натощак (или через 6-8 часов после приема пищи).
Причем использование звуковых волн считается самым информативным и безопасным методом исследования. Человечество давно подозревало, что на планете существуют звуковые волны такой частоты, которая не воспринимается органами слуха человека, именно на них и построены современные методы УЗИ.
В 1974 году итальянскому ученому Ладзаро Спалланцани опытным путем удалось обнаружить невидимое излучение, помогающее ориентироваться в пространстве многим представителям животного мира планеты, и оно легло в основу современных методов УЗИ диагностики. Опыт проводился над летучей мышью, которой попросту заткнули уши, что привело в дезориентации животного.
В XIX веке ученые начали проводить научные исследования свойств найденных лучей. Так в 1822 году ученый-физик из Швейцарии Даниэль Колладен провел точные расчеты скорости звука в воде, используя в качестве источника звука подводный колокол, а в качестве водного резервуара Женевское озеро. Так произошло зарождение гидроакустики.
Спустя чуть более полвека в 1880 году французские физики Пьер и Жак Кюри открыли существование пьезоэлектрического эффекта, который возникает в результате механического воздействия в кристалле кварца. А через пару лет удалось сгенерировать и обратный пьезоэффект, который в дальнейшем использовался для разработки преобразователя ультразвуковых волн. Эта конструкция из пьезоэлектрических кристаллов кварца для преобразования ультразвука является основным элементом современного оборудования для УЗИ.
В начале ХХ века на основании имеющихся сведений об ультразвуковых волнах получает развитие новая отрасль науки – гидроэхолокация, представляющая собой поиск объектов в водной среде по отраженному от них звуку (эхо) при помощи специального прибора, называемого эхолотом. Разработкой таких приборов занимались ученые разных стран: Англии, Австрии, Америки. При помощи гидролокаторов обнаруживали вражеские суда еще во времена Первой мировой войны. В настоящее время их используют в мореплавании и исследовании морских глубин, в том числе для поиска затопленных кораблей.
В 30-х годах ХХ века появилась идея поиска при помощи ультразвука дефектов в металлических конструкциях, тогда же были созданы первые дефектоскопы. Само направление УЗ-диагностики металлоконструкций получило название металлодетекции. Ее повсеместно используют в промышленности.
Успехи в использовании ультразвука в гидролокации и металлодетекции подтолкнули ученых рассмотреть возможности его применения на живых организмах, в частности медицине.
В тех же 30-х годах ультразвуковые волны начали использовать для физиопроцедур при лечении некоторых заболеваний. А уже следующее десятилетие ознаменовалось началом исследований в плане постановки ультразвука на службу медицинской диагностики.
Основоположником УЗ-диагностики можно считать австрийского психоневролога Карла Теодора Дюссика, который во второй половине 40-х годов разработал метод гиперсонографии, при помощи которого можно обнаружить опухоль в головном мозге на основании замеров интенсивности входящей и выходящей из черепа ультразвуковой волны.
Дальнейшее развитие и усовершенствование УЗ-диагностики привело к появлению таких методов исследования, о которых медицина могла лишь мать. Трехмерная ультразвуковая диагностика позволяет получить объемную картинку с любого ракурса. Эхоконтрастирование (когда в вену вводится специальные вещества с пузырьками газа) – один из самых точных методов диагностики. Соноэластография представляет собой сочетание ультразвука и давления для определения характера сокращения тканей, по которому и выявляются различные патологии.
УЗ-томография позволяет получить компьютерное изображение органов человека в трех плоскостях, не нанося никакого вреда человеческому организму. Четырехмерное УЗИ – это возможность путешествовать внутри сосудов человека, выявляя малейшие изменения.
По сегодняшний день ультразвук верой и правдой служит человеку, позволяя вовремя распознать злокачественные новообразования, спасая жизни многим пациентам, а также даруя уникальную возможность не только следить за развитием ребенка в утробе матери, но даже определить пол и внешние черты младенца.
В онкологии ультразвук применяется не только как безопасный метод диагностики, но и как метод лечения раковых опухолей на ранних стадиях их развития. Не секрет, что наука не стоит на месте, и появляются новые, модернизированные методы исследований.