История ультразвукового исследования в медицине

Первый письменный документ, посвященный использованию волн для пространственной ориентации, датируется 1794 годом, когда итальянский физик Lazzaro Spallanzani («Opus coli di fisica») проанализировал базовые механизмы навигации летучих мышей в темноте и верно заключил, что для ориентации они используют звук, а не свет.

В 1880 году Galton создал и изготовил аппарат, способный генерировать звуковые волны частотой 40 hertz. В том же году братья Jacques (1856-1941) и Pierre Curie (1859-1906) отметили, что при механической вибрации в кристалле кварца может возникать электричество. Это явление было названо пьезоэлектрическим эффектом. Братья Curie также открыли обратный пьезоэлектрический эффект — способность жидкого кристалла генерировать электричество под воздействием вибраций, создаваемых ультразвуковой волной.

После трагической гибели «Титаника» в 1912 году были предприняты научные попытки разработать систему для визуализации подводных объектов. Во время Первой мировой войны французское правительство поручило французскому физику Paul Langevin и его коллегам исследовать использование высокочастотных звуковых волн для поиска немецких подводных лодок. Хотя их усилия в конечном итоге не увенчались успехом, ВМС США смогли разработать систему SONAR (SOund Navigation And Ranging) на основе исследований Langevin.

В 1928 году советский физик SY Sokolov впервые предложил идею использования ультразвука для выявления дефектов в толще металлических конструкций. Действительно, успешное применение ультразвука в промышленности предшествовало его внедрению в клиническую медицину. В этих ранних ультразвуковых методах промышленного производства использовался метод сквозного прохождения (through transmission). Приёмник на противоположной стороне материала по отношению к источнику ультразвука регистрировал звуковые волны по мере их прохождения через тестируемый материал, формируя «тени», подлежащие интерпретации.

В 1940-х годах предпринимались попытки использовать методы отражения, что, разумеется, требовало размещения приемника с той же стороны материала, что и излучатель. В 1941 году Donald Sproule, исследователь, работавший в Англии, создал систему, в которой приемник представлял собой отдельное устройство, улавливавшее отраженные от материала волны. В 1944 году Floyd Firestone, работавший в США, получил патент на Reflectoscope — первую систему, в которой один и тот же датчик как генерировал ультразвуковые волны, так и регистрировал отраженные волны в промежутках между излучаемыми импульсами.

В 1947–1948 годах австрийский врач Karl Dussik и его брат Friederick, физик, представили гиперфонографию — методику, использовавшую ультразвук для визуализации желудочков головного мозга. К сожалению, W Guttner, работавший в Германии, показал, что полученные «изображения» желудочков вовсе ими не являлись, а отражали плотность различных участков вышележащих костей черепа!

George Ludwig, работая в Военно-морском исследовательском институте (Naval Military Research Institute) в США в 1949 году, провел исследования желчных камней, находящихся в мягких тканях, с использованием методики сквозного прохождения. Его новаторские исследования взаимодействия ультразвуковых волн и тканей животных помогли заложить основу для последующего успешного применения ультразвукового исследования в медицинской практике.

Ian Donald внедрил ультразвук в диагностику и медицину в 1956 году, когда применил одномерный А-режим (амплитудный режим) для измерения теменного диаметра головки плода. Два года спустя Donald и Brown представили ультразвуковое изображение опухоли женских половых органов. Brown изобрел так называемый «двумерный компаундный сканер», который позволил визуализировать плотность ткани, что часто называют поворотным моментом в применении ультразвукового исследования в медицине.

Коммерческое применение ультразвуковых аппаратов берет начало в 1963 году, когда были сконструированы приборы, работающие в B-режиме («режиме яркости»), что позволило получать двумерное изображение. В середине семидесятых годов была внедрена «серая шкала» (Kossoff, Garrett), что привело к появлению ультразвуковых сканеров реального времени. Спустя десятилетие эффект Доплера послужил основой для создания прибора, позволившего визуализировать кровоток, — ультразвукового исследования с цветовым допплеровским картированием.