Ультразвукова діагностика: основні моменти історії розвитку

  • 19 Листопада 2017

– Лікарю, що там у мене болить в животі? – Розтин покаже… 🙂

А й справді, що там, всередині? Пригадується, в школі на біології вчили: нирка-печінка-селезінка. Ще, здається, жовчний міхур, нібито…

Процес пізнання не знає меж, і людство завжди хотіло знати, як збудований наш організм і що там всередині. Найперші анатомічні відомості дійшли до нас ще з ієрогліфів Давнього Єгипту. Але ще краще анатомію знали стародавні індуси. У відомому аюрведичному трактаті з хірургії «Сушрута Самхіта» описані сотні кісток, м’язів, суглобів, судин.

У ІІ сторіччі н.е. систематичне анатомічне вчення створив античний римський лікар Гален на основі розтину мавп та свиней, будову тіла яких вважав тотожною до людської. Справа в тому, що тривалий час, аж до XVI сторіччя, існувала сувора заборона християнської церкви на розтин померлих, за це могли запросто спалити єретика.

Цікаво, що найпрогресивнішими анатомами свого часу були, як не дивно, мистці. Так, Мікеланджело проводив анатомічні дослідження в підвалах монастиря. Леонардо да Вінчі заповнив ретельними малюнками кісток та м’язів 120 альбомів, започаткувавши пластичну анатомію.

Перетворення анатомії у наукову систему пов’язано з іменем великого Андрея Везалія, який народився у Бельгії, жив та працював у Італії в епоху Відродження. На основі розтинів мерців, вже не тварин, а людей, він виправив понад 200 помилок античного Галена і у 1543 р. у Базелі видав свою головну працю «Про будову людського тіла». Текст книги був ілюстрований 250 малюнками художника Я. С. ван Калькара.

Цікаво також дізнатися, що невдовзі маятник колихнувся в інший бік, і з таємних, заборонених дій у підвалах, анатомічні дослідження кінця XVI-XVII ст. перетворилися у своєрідні шоу, вистави, які проводилися публічно у спеціально збудованих просторих приміщеннях – «анатомічних театрах».

Поряд з малюнками кісток, м’язів, судин, внутрішніх органів – анатомічних атласів стала розвиватися техніка виготовлення анатомічних препаратів – своєрідних скульптур з природних структур людського тіла, які виставлялися в анатомічних музеях. Найбільш відомим із них на початку XVII ст. став музей Ф. Рюйша в Амстердамі, який сучасники називали «восьмим чудом світу». Автор застосовував оригінальний спосіб бальзамування, що дозволяло зберігати нормальні розміри та природне забарвлення частин тіла. Цей музей відвідував Петро І і у 1717 р. купив близько 900 препаратів для Петербурзької Кунсткамери.

По мірі розвитку анатомічної науки стало очевидним, що сам розтин, відсепаровування судин, м’язів, внутрішніх органів від сполучної, жирової тканин, що їх утримують, суттєво спотворює загальну картину просторового співвідношення органів, робить недостовірними, неприродними «картинки» в атласі, що в свою чергу гальмує розвиток хірургії. Це протиріччя у 1850 р. вдалося подолати геніальному вінницькому хірургу та анатому М.І. Пирогову. Взимку у Санкт-Петербурзі, проходячи дорогою на службу через ринок, він звернув увагу на частини замерзлих коров’ячих та свинячих туш, розрубаних м’ясниками у різних площинах. Дивним чином в них зберігалося природне співвідношення судин, м’язів, фасцій, внутрішніх органів. Пирогов застосовував глибоке заморожування людських трупів при 20 градусах протягом декількох днів до щільності каменя, після чого розпилював їх у різних площинах. Результатом цих досліджень став атлас «крижаної анатомії» та започаткування науки «топографічної анатомії».

Що залишалося клінічній медицині – перкутувати легені та серце, пальпувати живіт і подумки порівнювати їх з малюнками в атласі та препаратами в музеї, все ще спираючись на остаточне: «Розтин – покаже!». От якби ж – за життя…

Прорив стався у 1895 р., коли німецький фізик В.К. Рентген відкрив Х-промені. Історично перший «рентгенівський» знімок китиці своєї жінки, Анни Берти, Рентген зробив 22 грудня 1895 р. На першій презентації рентгенівського апарату 18 січня 1896 р. в Нью-Йорку видовище кісток, що рухалися, на екрані шокувало публіку буквально до істерики та запаморочення. Розпочалася епоха рентгену. І розтин та анатомічне дослідження ще за життя вже були не потрібні.

Так тривало близько півсторіччя, коли у 1947 р. австрійський невролог та психіатр К.Т. Dussik представив результати визначення пухлин головного мозку за допомогою вимірювання інтенсивності ультразвукової хвилі при проходженні через череп. Він назвав свій метод «гіперфонографією».

Взагалі ультразвук у природі відкрив італієць Ладзарро Спалланцані у 1794 р. Він помітив, якщо кажану заткнути вуха – він втрачає орієнтування у просторі, та припустив, що той випромінює та сприймає певні невидимі промені. Надалі вони отримали назву ультразвукових хвиль. Людське вухо їх не чує

Поворотом у розвитку УЗ технологій стало відкриття у Франції братами P. та J. Curie п’єзоелектричного ефекту у 1880 р., коли при стисканні та розтягуванні деяких природних кристалів (наприклад, кварцу) на їхніх гранях виникають електричні заряди. При зворотному п’єзоелектричному ефекті, коли на кристали подається перемінний електричний струм, в них виникають механічні коливання з випроміненням ультразвукових хвиль. Таким чином, один і той же п’єзоелемент може бути почергово то об’єктом впливу (приймачем), то джерелом ультразвуку.

Наприкінці XIX ст. за допомогою ультразвукових хвиль (ехолот) вимірювали відстані під водою. Попередниками медичного ультразвуку були гідролокаційна система RADAR (А-режим) британського фізика R. Watson-Watt (1935 р.) та імпульсні УЗ-дефектоскопи металу для перевірки цілісності металічних корпусів військової техніки (В-режим) за концепцією радянського фізика С.Я. Соколова (1928 р.).

Медичні ультразвукові апарати не відразу набули звичного для всіх сучасного вигляду, а пройшли певний тернистий шлях.

У 1951 р. американський радіолог D. Howry з колегами розробили сканер з напівкруглою нерухомою кюветою з пластмасовим вікном. Пацієнта пристібали ременем до цього вікна, і він повинен був залишатися нерухомим протягом тривалого обстеження. Апарат, який досліджував органи черевної порожнини, називався «сомаскопом», а отримані зображення – відповідно «сомаграмами». У 1957 р. вони ж розробили кюветний сканер. Пацієнт нерухомо сидів у модифікованому стоматологічному кріслі всередині напівкруглої кювети, заповненої сольовим розчином, через який проходив ультразвук.

У 1962 р. був сконструйований рухомий важільний сканер, що переміщувався над пацієнтом оператором. А у 1962 р. у США вже був розроблений перший контактний ручний сканер. Це стало початком етапу панування найбільш популярних статичних УЗ-апаратів в медицині.

Слід зупинитися ще на одному важливому фізичному ефекті, теоретично обґрунтованому австрійським математиком та фізиком C. Doppler у далекому 1842 р. у статі «Про кольорове світло подвійних зірок та деяких інших зірок на небі». Спостерігаючи за хвилями на воді, дослідник припустив їх спільну природу з іншими хвилями, зокрема світловими. Наближення джерела хвиль до спостерігача підвищує частоту коливань, віддалення – зменшує її. Цей ефект, названий на його честь, ефектом Допплера, є основою дослідження рухомих структур у сучасній УЗ-діагностиці. Якщо об’єкт рухається в бік датчика (до спостерігача) – частота хвиль збільшується, якщо віддаляється (від спостерігача) – зменшується.

Допплерографія як метод УЗ-обстеження вперше була застосована японцями S. Satomura та Y. Nimura у 1955 р. для дослідження роботи клапанів серця та пульсації периферійних судин. У 1962 р. також японці Z. Кaneko та K. Kato застосували її для визначення напрямку руху крові. Подальший розвиток допплерографії був пов’язаний з кольоровим скануванням. У США M. Brandestini та співавт. у 1975 р. розробили 128-точкову мультиімпульсну допплер-систему, де швидкість та напрямок кровотоку демонструвались на моніторі в кольорі. Артерії, де рух крові швидший – були представлені червоним кольором, вени, де рух крові більш повільний – синім, середні за значенням – зеленим.

З 1976 р. почали з’являтися перші цифрові датчики, які згодом прийшли на зміну аналоговим.

Якщо створити багато-багато площинних зрізів у двох вісях X та Y якогось об’єкта з незначним кроком пересування вздовж третьої вісі Z, а потім зліпити їх всі докупи – отримаємо 3-вимірний об’єкт. З розвитком комп’ютерних технологій удосконалювалися дослідження у цій галузі, присвячені тривимірній УЗД. Першим про таку можливість у 1984 р. повідомив японець K. Baba, а у 1986 р. він отримав 3D-зображення за допомогою двомірного УЗ-апарату. У 1996 р. група дослідників T. Nelson та вчені з College Hospital (Великобританія) отримали 4D-ехокардірграфічне зображення (рухоме тривимірне) плоду. Тривимірне УЗД, на відміну від двовимірного, мало низку діагностичних переваг, оскільки дозволяло визначати аномалії розвитку: «заяча губа», полідактилія, мікрогнатія, вади розвитку вуха, хребта та інше – те, що можна визначити за зовнішнім виглядом плоду.

Сучасні методи УЗ-технологій спрямовані переважно на покращення зображення, адаптації його до фізіології сприйняття дослідника, збільшення роздільної здатності датчиків, підвищення частоти ультразвукових хвиль.

Таким чином цикл замкнувся. З середини ХХ сторіччя людство отримало нешкідливий метод зазирнути всередину людського тіла ще за життя, не ушкодивши його. За аналогією з анатомічними атласами епохи Відродження та «крижаною анатомією» М. Пирогова – ультразвукові перетини різних органів (2D), тривимірні комп’ютерні реконструкції плоду, серця та судин (3D) – за аналогією з анатомічними препаратами Ф. Рюйша чи сучасною пластифікацією в анатомічних музеях.

– Лікарю, тож що там у мене болить в животі? – УЗД покаже!