Приведем несколько наиболее занимательных и
познавательных на мой взгляд статей из книги: Ультразвуковые процессы и
аппараты в биологии и медицине". Учебное пособие для студентов
специальности 190500, под редакцией профессора В.Н. Лясникова (СГТУ,
Саратов 2005 г. тираж 100 экземпляров), данную книгу можно взять в
городской библиотеке г. Саратова на ул. академика Зарубина и ознакомится
с ней более подробно.
В последнее время в медицине для диагностики и
лечения различных заболеваний широко используются различные методы
воздействия на организм человека физическими полями разной
энергетической природы: токами сверхвысокой частоты, лазерным и
рентгеновским излучением, высокочастотными (ультразвуковыми) вибрациями.
Последний метод прочно вошел в арсенал врачей и медицинских техников,
являясь одним из универсальных и достаточно просто реализуемых, а также
не дающим побочных эффектов.
Графическое изображение волны звука.
Задолго до современных ученых, доказавших полезность
ультразвука в сфере медицины, ступенью к этому стало исследование звука.
Потребности техники девятнадцатого века в сфере измерения скорости звука
в воде проложили путь к развитию гидролокатора (звуковая навигация и
измерение расстояния SONAR - Sound Navigation And Ranging). Жан-Дэниел,
швейцарский физик, и Чарльз Штурм, математик, выполнили некоторые из
самых ранних экспериментов в этой области. В 1826 г., Колладон определил
скорость звука в воде для того, чтобы помочь подтвердить его данные
относительно сжимаемости жидкостей. Эксперимент Колладона
рассматривается как рождение современной гидроакустики. Он состоял из
удара в подводный колокол в Женевском озере с одновременным под-жигом
пороха. Вспышка от пороха наблюдалась Колладоном на расстоянии 10 миль,
он также слышал звук колокола при помощи подводной слуховой трубы.
Измеряя временной интервал между этими двумя событиями, Колладон
вычислил скорость звука в Женевском озере, она равнялась 1435 м/с,
разница с современными вычислениями равна только 3 м/с. Позже, в 1877
году, Джон Уильям Струтт (также известный как Лорд Рэйлиф) издал "Теорию
Звука",которая стала фундаментом для науки об ультразвуке.
В 1847 году английский физик Джеймс Джоуль обнаружил, что при
перемагничивании электрическим током железных и никелевых стержней они
то уменьшают свою длину, то увеличивают в такт изменениям направления
тока. При этом в окружающей среде возбуждаются упругие волны, частота
которых зависит от колебаний стержня. Это явление назвали
маг-нитострикцией (от "стриктус" - сжатие).
В 1880 году французские физики Пьер и Поль Кюри заметили, что при сжатии
и растяжении кристалла кварца с двух сторон на его гранях,
перпендикулярных направлению сжатия, появляются электрические заряды.
Этот эффект был назван пьезоэлектричеством (от "пьезо"-давить). Во время
первой мировой войны Поль Ланжевен обнаружил, что если зарядить кристалл
кварца током от генератора высокой частоты, то пластинка колеблется в
такт изменения напряжения. Вложив между металлическими электродами
несколько пластин кварца, Ланжевен добился возникновения Резонанса -
резкого усиления колебаний пакета пластинок. Так было положено начало
излучателям аккустических волн высокой частоты. К сожалению, из-за
слабого развития электроники в то время эти эффекты полностью не
использовались.
Толчок к практическому использованию этих эффектов положил гидролокатор.
В начале двадцатого столетия произошли два события, которые послужили
катализаторами для дальнейшего исследования гидролокатора. 15 апреля
1912 года после столкновения с айсбергом лайнер "Титаник" погрузился в
свою ледяную могилу в Северной Атлантике. Стала очевидной необходимость
в развитии устройств для обнаружения подводных объектов. Английский
метеоролог Л. Ф. Ричардсон провёл исследование и зарегистрировал патенты
в области воздушных и ультразвуковых подводных систем обнаружения. По
неизвестным причинам он так никогда полностью не разработал эти приборы.
Поэтому только в апреле 1914 г ода стало возможным обнаружение айсберга
при помощи использования устройства электромагнитной звуковой катушки
Фессендена. Использование этой системы было сосредоточено на подводной
передаче сигналов и навигации подводных лодок Первой мировой войны.
Константин Чиловский, русский эмигрант, живший в Швейцарии, инженер -
электрик, заинтересовался эхолокацией после гибели "Титаника". Позже
атаки немецких подводных лодок на союзнический транспорт усилили его
интерес к разработке гидролокатора. В 1915 году Чиловский совместно с
Полем Ланжевеном, выдающимся французским физиком, разработали первый
пригодный для эксплуатации гидрофон. Эта работа внесла большой вклад в
знания о генерировании и получении сверхзвуковых волн, важнейшей части
принципа эхоимпульса гидролокатора. Уже в 1928 году французский
океанский лайнер lie de France имел полностью функционирующее устройство
для мониторинга дна океана и подводный передатчик для связи между судами
[1]. Дональд Спроул, канадец, проводил исследования с первым эхолотом с
дисплеем диапазона для Королевского Флота. Хотя его эхолот отобразил
глубину до подстилающей океанской породы, Спроул неожиданно обнаружил,
что также этим устройством можно обнаружить стаи рыб [1-4].
Поиски военно-морского превосходства, жестокие действия подводных лодок
и противолодочная активность во Второй мировой войне возобновили интерес
к развитию гидролокатора. В течение этого периода
научно-исследовательская деятельность в областях гидроакустики и
принимающего оборудования буйно расцветала, приводя к важным результатам
в ультразвуковой технологии.
В 1941 году, работая независимо, Спроул и Фаярстоун первыми разработали
технологию контроля качества сварных швов корпуса судна. В университете
Мичигана Фаярстоун разработал "сверхзвуковой рефлектоскоп", который был
изготовлен Сперри для обнаружения дефектов в металле для промышленных
целей [1-3]. Хотя Спроул и Фаярстоун произвепи эти приборы одновременно
в 1941 году, только после окончания войны, ] 946 году, их результаты
могли быть опубликованы.
В послевоенную эпоху Генри Хугес объединился с Кельвином, Ботгомли и
Баярдом (промышленные конкуренты до войны), образовав фирму "Кельвин-Хугес"
по изготовлению металлических дефектоскопов. Работая в этой фирме, Том
Броун с Яном Дональдом разработали первую переносную контактную
ультразвуковую машину. Кроме того, Дональд и его кол-пеги провели
исследования многих самых ранних клинических областей применения
ультразвука.
Карл Теодор Дуссик, психиатр и невропатолог, начал изучать
ультрасонографию в конце 1930-х годов вместе с его братом Фридрихом,
физиком. В 1937 году братья Дуссики использовали передатчик в 1,5 МГц,
чтобы зарегистрировать изменения в амплитуде энергии, обнаруженной при
сканировании человеческого мозга [6]. Эти изображения, называемые "гиперфонограммами",
соответствовали областям уменьшенной волновой передачи (затухание),
считалось, что они являлись боковыми желудочками. Основываясь на разнице
в волновой передаче между опухолевой и нормальной тканью, Дуссик
предположил, что ультразвук мог бы обнаруживать опухоли мозга. К
сожалению, как было позже определенно Гуттнером в 1952 году, эти
изображения, сделанные Дуссиком были отображением различия в толщине
кости.
Кроме исследований диагностических способностей ультразвука в медицине,
был сделан акцент на его разрушительных аспектах. Во время своего
изучения подводной передачи сверхзвуковых волн Ланжевен описал
разрушение стаи рыб и болезненное ощущение после того, как он поместил
свою руку в резервуар с водой. В 1944гЛинн и Путнам попытались
использовать ультразвук для разрушения мозговой ткани подопытных
животных. Ультразвук нанёс значительный ущерб ткани мозга и скальпу, что
привело к широкому разнообразию неврологических осложнений от временной
слепоты до смерти. Позже Фрай и Мейеры выполнили трепанации черепа для
того, чтобы ампутировать некоторые части базальных ядер у пациентов с
диагнозом болезни Паркинсона [6]. Другие подобные изучения также
подчеркивали разрушение ткани, и это привело к исследованиям применения
ультразвука как хирургического инструмента [3,6].
Современные направления в ультразвуковой диагностике сформировали Людвиг
и Струтерс, работая в военно-морском медицинском
научно-исследовательском институте в Бетесда, в штате Мэриленд. Они были
среди первых исследователей, которые сообщили относительно использования
методики эхо-импульса в биологической ткани. Ими была исследована
скорость ультразвуковых волн в образцах говядины и человеческих
конечностях, что привело к обнаружению того, что средняя скорость
ультразвука в мягкой ткани - 1540 м/с. Это важное достижение имело
далеко идущие последствия для создания сегодняшнего ультразвукового
программнoгo обеспечения УЗИ-аппаратуры. Кроме того, было
продемонстрировано, что ультразвук мог показать желчные конкременты,
которые были внедрены в мышцы и желчные пузыри собак. В 1950 г. Уайлд
опубликован свои предварительные результаты по определению ультразвуком
толщины стенки кишечника и свойств желудочного рака [6]. Уайлд, Нил, а
впоследствии Дж. Р. Рейд заметили, что злокачественная ткань оказалась
более эхогенной, чем доброкачественная ткань [3,6]. Он внёс большой и
важный вклац в области ультразвуковой техники, которая вела к развитию
двумерной ультрасонографии или ультрасонографии. Уайлд сумел разработать
устройство сканирования, которое использовалось для сканирования у
пациентов рака груди, и также разработал трансректальный и
трансвлагалищный датчики. С этим прибором он отобразил опухоль мозга в
образце патологии и локализован опухоль мозга у пациента после
трепанации черепа.
В 1951 г. Хоури и Блисс вместе с Джеральдом Посакони разработали первый
линейный контактный сканер.
Прошедшие 50 лет ознаменовались выдающимися достижениями в области
компьютерной и микропроцессорной техники, которые позволили поднять
уровень ультразвуковой медицинской техники на качественно новую высоту и
обеспечить ее достаточно широкое использование практически во всех
областях от фармакологии до диагностики, терапии и хирургии.
По вопросам размещения рекламы, ссылок, обмену
ссылками пишите на:
office@matrixplus.ru
p.s.
При копировании материалов и фотографий активная ссылка на сайт обязательна.
