Ультразвук у медицині
Сьогодні складно уявити медичну діагностику без такого методу, як ультразвукове дослідження. З`явившись в середині минулого століття, УЗД-сканери зробили справжню революцію в медицині. Ультразвукова діагностика продовжує активно розвиватися. На зміну звичайною двомірному зображенню приходять нові технології.
На ультразвуковій хвилі
Багато хто пам`ятає визначення звуку зі шкільного підручника з фізики: «Звуковими хвилями, або просто звуком, прийнято називати хвилі, що сприймаються людським вухом». Таким чином, діапазон звукових хвиль лежить в межах від 20 Гц до 20 кГц. Звуки саме такої частоти здатна чути людина. Хвилі з частотою менше 20 Гц називаються інфразвуком, а з частотою вище 20 кГц – ультразвуком.
У той час як людині інфразвук і ультразвук недоступні, багато живих істот цілком нормально спілкуються в цих частотах. Наприклад, слон розрізняє звук частотою від 1 Гц, а в верхній межі чутності лідирують дельфіни – максимум слухового сприйняття у них доходить до 150 кГц. До речі, ультразвук цілком здатні вловити собаки і кішки. Собака може чути звук до 70 кГц, а верхній поріг звукового діапазону у кішок дорівнює 30 кГц.
Якщо для деяких тварин ультразвук – звичайний спосіб спілкування, то людям про наявність в природі «невидимих» звукових хвиль лише доводилося здогадуватися. Досліди в цій сфері проводив ще Леонардо да Вінчі в XV столітті. Але зрозуміти і відкрити нові хвилі вдалось лише в XIX ст.
УЗД: фізичні основи
У XIX столітті ультразвук викликав справжній бум в науковому середовищі, стали проводитися перші наукові досліди. Наприклад, в 1822 році, зануривши в Женевське озеро підводний дзвін, вдалося обчислити швидкість звуку у воді, що стало умовою породження гідроакустики.
Ближче до кінця століття, в 1890 році, вченими П’єром і Жаком Кюрі було відкрито фізичне явище, яке увійшло в основу ультразвукового дослідження. Брати Кюрі виявили п`єзоелектричний ефект. Полягає він у тому, що при механічній деформації деяких кристалів між їх поверхнями виникає електрична напруга.
П’єр Кюрі і кварцовий п’єзоелектрометр
На основі таких п’єзокерамічних матеріалів і створюється головний компонент будь-якого УЗД-обладнання – перетворювач, або датчик, ультразвуку. На п’єзоелементи подається струм, який перетворюється в механічні коливання з випромінюванням ультразвукових хвиль. Пучок ультразвукових хвиль поширюється в тканинах організму, частина його відбивається і повертається назад до п’єзоелементів. Вимірюючи час проходження хвилі, оцінюється відстань.
Ультразвук в медицині: від лікування артриту до діагностики
У медицині ультразвук спочатку використовували як метод лікування артриту, виразкової хвороби шлунка, астми. Було це на початку 30-х років минулого століття. Вважалося, що ультразвук має протизапальну, аналгетичну, спазмолітичну дію, також посилює проникність шкіри. До речі, сьогодні на цьому заснований фонофорез – метод фізіотерапії, коли замість звичайного гелю для УЗД наносять лікувальну речовину, а ультразвук допомагає препарату глибше проникати в тканини.
Але своє основне застосування в області медицини ультразвук знайшов як метод діагностики. Засновником УЗД-діагностики вважається австрійський невролог, психіатр Карл Теодор Дуссік. У 1940-их роках він з братом фізиком Фрідріхом Дуссіком оглянув пухлину мозку, з огляду на інтенсивність, з якою ультразвукова хвиля проходила крізь череп пацієнта.
Справжній прорив у розвитку ультразвукової діагностики стався в 1949 році, коли в США був створений перший апарат для медичного сканування. Це пристрій мало чим нагадував сучасні УЗД-сканери. Він представ собою резервуар з рідиною, в яку поміщався пацієнт, вимушений довгий час сидіти нерухомо, поки навколо нього пересувався сканер черевної порожнини – сомаскоп. Але початок було покладено. УЗД-сканери удосконалювалися дуже стрімко і до середини 60-х років вони стали набувати звичного вигляду, отримавши надчутливі датчики.
Завдяки розвитку мікропроцесорної технології протягом 1980-1990-х років якість УЗД набагато покращлася. В цей час ультразвукову діагностику стали активно застосовувати в різних областях медицини, оцінивши її нешкідливість в порівнянні з рентгенівськими променями і простотою використання в порівнянні з магнітно-резонансною томографією. Особливо широке застосування ультразвук віднайшов в акушерстві та гінекології. Уже в кінці 1990-х років у багатьох країнах УЗД стало стандартним дослідженням, за допомогою якого визначали термін вагітності, виявляли пороки розвитку плоду.
Методи ультразвукової діагностики продовжують активно розвиватися. Наприклад, фантастична функція 5D реконструює дев`ять проекцій серця плоду з одночасним відображенням кровотоку. Отримані дані дозволяють найбільш детально оцінити серце на предмет вроджених патологій. Таким чином, протягом декількох десятиліть застосування УЗД в медицині зазнало величезних змін, особливо в акушерстві: від простого вимірювання розмірів плода до детальної оцінки його кровотоку і внутрішніх органів. Те, що було технічно неможливо ще зовсім недавно, сьогодні перетворюється в звичну складову рутинного ультразвукового дослідження.
