היסטוריה של אולטרסאונד במיילדות. האולטרסאונד האחרון - האם אפשר לומר זאת?

• " onclick="window.open(this.href," win2 return false >הדפס
• אֶלֶקטרוֹנִי

אולטרסאונד, כשיטת אבחון ברפואה, הוא יחסית מחקר צעיר. מנקודת מבט היסטורית, כל אולטרסאונד הוא שיטה חדשה. אבל הטכנולוגיות עוברות כל כך מהר ממעבדות אפילו לפרקטיקה רפואית שמרנית, עד ש-50 שנה נראות כמו תקופה ארוכה שבה לא רק אולטרסאונד, אלא גם טכנולוגיות רבות אחרות הגיעו לרפואה.

ניסויים ראשונים במיקום אנושי

הבסיס ליצירה ולשימוש בציוד אולטראסוני מודרני היה גילוי (בסביבות 1880) של פיזואלקטריה על ידי מדענים, האחים פייר וז'אק קירי. עם זאת, אולטרסאונד קיבל מטרות רפואיות רק בשנות ה-50 של המאה הקודמת. כך, אינגה אדלר וקארל הלמוט הרץ הפכו לחלוצים בתחום חקר הלב הלא פולשני – אקו לב (אולטרסאונד קרדיוגרפיה). בשנת 1955, המחקרים הראשונים של גידולים בוצעו על ידי איאן דונלד וד"ר בר, והמהנדס טום בראון, בסיועו של אותו איאן דונלד, יצר את מכשיר האולטרסאונד Mark 4, שיכול היה להבחין בין מוצק לבין גידולים ציסטיים.

אולטרסאונד הוא רעידות אלסטיות של גלי קול עם תדרים מעל טווח השמיעה האנושית (20 קילו-הרץ), המתפשטים בגזים, נוזלים ומוצקים.

אחד היישומים הראשונים של סריקת סאונד של אדם היה הניסויים של הולמס והואר (ארה"ב), הם טבלו את החולה במיכל מים משוחררים והעבירו אולטרסאונד סביב ציר של 360 מעלות, שהפך לטומוגרפיה הראשונה.
עם זאת, בתקופה 40-50 המאה העשרים סדרה שלמהרופאים מאירופה ומארצות הברית חיפשו שימוש באולטרסאונד לאבחון פתולוגיות. ביניהם המנתח האנגלי ג'יי ווילד, ג'י לודוויג האמריקאי וחלוץ האולטרסאונד המוכר - הנוירולוג האוסטרי, הפסיכיאטר K.T. דוסיק.

בדרך לאבחון אולטרסאונד מודרני

מכשירי אולטרסאונד מוקדמים היו מגושמים, דרשו ציוד נוסף ומיקום מיוחד של המטופל מול המכשיר. והסורק הקומפקטי והידני הראשון הופיע רק ב-1963 בארה"ב.
זו הייתה תחילתו של עידן חדש בפיתוח מכשירי אולטרסאונד סטטיים, הפופולריים בתקופתנו.

רק שלוש שנים לאחר מכן, הגוף הרפואי הרשמי AIUM החל להסמיך שיטות אולטרסאונד. כדי לקבל רישיון לשיטת אבחון חדשה זו במיילדות וגינקולוגיה, היה על הרופא המבקש לפרש לפחות 170 תמונות אולטרסאונד בשנה.

בשנת 1966, וינה אירחה את הקונגרס העולמי הראשון לאבחון אולטרסאונד ברפואה. עשור לאחר מכן נוסדה האגודה הבריטית לאולטראסאונד רפואית (BMUS). אז נכנס אולטרסאונד חיי היומיוםופרקטיקה רפואית רגילה.

יובהר כי מכשירי האבחון נחלקו לשני סוגים: על עיקרון גלי האולטראסאונד במצב A של סונאר, ועל עיקרון של מצב B של מכ"ם.

אולטרסאונד בברית המועצות

בברית המועצות, העבודה על השימוש באולטרסאונד ברפואה כמעט ולא פיגרה אחרי הרמה העולמית. כך, בשנת 1954, על בסיס המכון האקוסטי של האקדמיה למדעים של ברית המועצות, נוצרה מחלקת אולטרסאונד בהנהגתו של פרופסור ל. רוזנברג.

חמש עד שש שנים מאוחר יותר, מכון המחקר של ברית המועצות למכשור וציוד רפואי פרסם מכשירים ניסיוניים Ekho-11, Ekho-12, Ekho-21, UZD-4. דגמים מאוחרים יותר: UTP-1, UDA-724 ו-Obzor-100 מתוארכים לתחילת שנות ה-70.

ציוד אבחון זה עבד ברפואת עיניים, נוירולוגיה וקרדיולוגיה, אולם לא היו הנחיות ליישום נרחב, מה שהחזיר את התעשייה הזו שנים רבות לאחור. רק מסוף שנות ה-80 החלו להכניס אולטרסאונד בהדרגה לרפואה הסובייטית.

יסודות אולטרסאונד למאה ה-21

שנות ה-70-80 של המאה הקודמת הפכו לשלב מהיר בפיתוח אבחון אולטרסאונד. לא רק רשימות המחקרים שבוצעו והאבחונים המאובחנים גדלו, אלא גם דיוק המחקרים.

בשנת 1972, באמצעות אולטרסאונד B-mode, הפרופסור האנגלי קמפבל אבחן אננספליה עוברית בשבוע 17. זה סימן את ההתחלה גילוי מוקדםפתולוגיות שהיוו אינדיקציה להפסקת הריון.

בשנת 1977, האוסטרי C. Kretz פיתח את מכונת האולטרסאונד Combison 100 זה היה סורק סיבוב מעגלי שפעל בזמן אמת עבור אולטרסאונד של איברים חלל הבטןושאר חלקי הגוף.

דוקטור לרפואה פ' ג'נטי ב-1984 ערכה טבלה הכרחית מאוד של כל הגדלים של עצמות העובר במהלך ההתפתחות. והוא נעזר בכך במחקר של ג'יי הובינס, שבאמצעות סורק בזמן אמת מדד את אורך עצם הירך של העובר, ועבודתם של ג'י אובריאן וג'יי קווינן, שקבעו את נוכחותם של פתולוגיה כזו של התפתחות עוברית כמו דיספלזיה שלד.

באותה תקופה שופר סוג כזה ונעשה בו שימוש נרחב. שיטה מדויקתכמו דופלר בדיקת אולטרסאונד.

בשנת 1975 פותחה מערכת דופלר מרובת פעימות 128 נקודות שבה מהירות וכיוון זרימת הדם הוצגו על מסך בצבע. אבל רמת הטכנולוגיה באותה תקופה לא אפשרה שימוש המוני שלה, אז פיתוח פעילאולטרסאונד דופלר כטיפול רפואי שיטת אבחוןנדחה עד שנות ה-80.

בסך הכל, הצמיחה באיכות האולטרסאונד נמשכה לאורך שנות ה-80 וה-90, מונעת על ידי הפיתוח המהיר של מיקרו-מעבדים ומחשבים ניידים. על פי נתונים סטטיסטיים של ה-FDA, בארצות הברית, תוך פחות מעשר שנים, מ-1976 עד 1982, תדירות השימוש באולטרסאונד ב מוסדות רפואייםעלה מ-35 ל-97%.

כתוצאה מכך, בסוף שנות ה-90 באירופה ובארה"ב הפך האולטרסאונד לבדיקה סטנדרטית, בעזרתה:
- קבע את גיל ההריון,
- שלל תאומים
- התגלו ליקויים התפתחותיים של העובר.

האולטרסאונד האחרון - אולטרסאונד תלת מימדי

עוד ב-1992 פורסם ספר מאת רופא-חוקר יפני על אולטרסאונד במיילדות וגניקולוגיה, שבו הוקדש חלק שלם לסריקה תלת מימדית. זה לא מפתיע, כי ביפן הוצגו שיטות מודלים ועיבוד ממוחשב באופן נרחב באותה תקופה. אבל למעשה, התמונות הללו צולמו באמצעות מכשיר אולטרסאונד דו מימדי. אבל חוקרים מארה"ב הציעו אלגוריתם סריקה תלת מימדי באמת. פותח ויושם סורק Combison 330, שבעזרתו הפנים, המוח הקטן ו אזור צוואר הרחםעמוד השדרה של העובר.

מדוע היה צורך באבחון אולטרסאונד תלת מימדי? העובדה היא כי ניתן לזהות מספר חריגות בהתפתחות העובר: שפה שסועה, פולידקטיליה, מיקרוגנטיה, מומים באוזן, עמוד השדרה ופתולוגיות התפתחותיות אחרות רק על ידי הוֹפָעָהעוּבָּר לכן, אולטרסאונד תלת מימדי טרנסווגינלי הרחיב את יכולות שיטת האבחון בשלבים המוקדמים של התפתחות העובר.

עבודתו של הקלינאית הספרדית Bonilla-Musoles הראתה את הדיוק האבחוני הזה ניאופלזמות ממאירותשחלה שנקבעה באמצעות אולטרסאונד תלת מימדי הוא כמעט 100%. אולטרסאונד דופלר צבעוני תלת מימדי איפשר לדמיין את זרימת הדם של גידולים ולכן הפך לשיטה יעילה לאבחון סרטן צוואר הרחם והשחלות.

כפי שניתן לראות, במשך כמה עשורים, האולטרסאונד ברפואה עבר שינויים דרמטיים: מעצם קביעת עובדת נוכחות החיים בחלל הרחם ועד מדידות מדויקותגודל העובר; מקביעת המורפולוגיה של העובר ועד להערכת זרימת הדם והדינמיקה ההתפתחותית שלו. אולטרסאונד עדיין נותרה שיטת אבחון צעירה וצומחת, שעליה אפשר לומר "הכי חדש".

תהיה בריא וחייך לעתים קרובות יותר!

אחד מחברי הבלוג, בין היתר, עובד כעורך מדעי של הפורטל החדש בנושא science Indicator.Ru. היום פרסם האתר חומר על אולטרסאונד עם חלק היסטורי גדול שנכתב על ידי אלכסיי פאיבסקי. אנו שמחים לחלוק את החומר הזה.

קצת היסטוריה

לפני שנדבר על ההיסטוריה של האולטרסאונד, צריך להזכיר שני דברים. התגליות החשובות ביותר, שבלעדיו השיטה הזו לא הייתה קיימת.

ראשית עלינו לזכור את חוקר הטבע וחוקר הטבע האיטלקי המצטיין Lazzaro Spallanzani, שחי במאה ה-18. כמו מדענים רבים באותה תקופה, הוא היה מאוד תכליתי: הוא הניח את היסודות של המטאורולוגיה והוולקנולוגיה המודרנית, ביצע הליכי IVF בצפרדעים והזרעה מלאכותית בכלבים. בנוסף, ספאלנצאני הראה שאם תשתוק בַּתאוזניים, היא לא תוכל לנווט בחלל. המדען הציע שעטלפים פולטים צליל מסוים שאיננו יכולים לשמוע, לקלוט את ההד שלו, ועל סמך זה, להתמצא בחלל. כך התגלה אולטרסאונד.

התגלית השנייה בוצעה על ידי אדם המפורסם בזכות אשתו ומחקרו על רדיואקטיביות - חתן פרס נובל פייר קירי. בשנת 1880, יחד עם אחיו הבכור ז'אק, הוא גילה את השפעת החשמל בגבישים שנדחסים - האפקט הפיזואלקטרי. זהו הבסיס של גלאי אולטרסאונד במכונות אולטרסאונד.

אחר כך נאלצנו לחכות עד 1941, כאשר הנוירולוג האוסטרי קרל פרדריק דוסיק, בשיתוף אחיו פרדריק, ערך את בדיקת האולטרסאונד הראשונה של המוח. דוסיק "גילה" את הגידול וב-1947 פרסם את השיטה שלו שנקראת היפרפונוגרפיה. נכון, חמש שנים לאחר מכן התברר שדוסיק טועה בהשתקפות האולטרסאונד מעצמות הגולגולת כגידול.

האנגלי ג'ון ווילד היה הראשון שהשתמש באולטרסאונד כדי לקבוע את עובי רקמת המעי ב-1949. על עבודה זו הוא כונה "אבי האולטרסאונד הרפואי". עם זאת, היו הרבה "אבות של אולטרסאונד". כמו גרסאות של מכשירים מוקדמים: עבור כמה מחקרים אדם היה שקוע באמבט מים, עבור אחרים הם נלחצו על קובטת פלסטיק במשך כמה שעות. הייתה גם הרבה עבודה חלוצית. כך, בשנת 1958, לראשונה, נקבע גודל ראש העובר באמצעות אולטרסאונד, שסימן את תחילת השימוש המיילדותי באולטרסאונד.

המכשיר המודרני הראשון, שבו הסורק ומקלט האולטרסאונד היו בידו של הרופא, הופיע ב-1963 בארה"ב. מאז החל עידן האולטרסאונד המודרני. הסמכה רפואיתהמכון האמריקאי לרפואת אולטרסאונד (AIUM) החל להנפיק בדיקות כאלה בשנת 1967: על מנת לקבל אישור לתרגל, רופא נשים (והאפליקציות הקליניות הראשונות החלו במיילדות ובגינקולוגיה) היה צריך לבצע לפחות 170 בדיקות בשנה. אבוי, ברית המועצות הייתה הרחק מאחור בכך: למרות ניסויי האבחון הראשונים שבוצעו עוד ב-1960, רפואה סובייטיתאולטרסאונד החל להיות מוצג רק בסוף שנות ה-80.

ניקולאי קולברג, ראש המחלקה לפיתוח כלי הדמיה רפואיים במוסד התקציבי הממלכתי "מרכז מדעי ומעשי לרדיולוגיה רפואית DZM", מועמד לפיזיקה, דיבר על איך היה הציוד הראשון לאולטרסאונד, איך הוא התפתח, כמו כמו גם אילו הזדמנויות לחקר איברים פנימיים מציעה שיטת אבחון זו כעת - מדעים מתמטיים.

מ-1D ל-2D

מכשירי האבחון הראשונים באולטרסאונד הופיעו באמצע המאה העשרים. עַל יְדֵי סיווג מודרניאפשר לקרוא להם אולטרסאונד 1D. המשמעות היא שבפלט הרופא לא קיבל "תמונה" של האיבר הנחקר, אלא גרף דומה לזה שהתקבל בעת שימוש בסייסמוגרף. סוג זה של הדמיית נתונים נקרא "מצב A" או "אולטרסאונד A-scan".

עוצמת אולטרסאונד נמדדת בעומקי רקמה שונים
ניקולאי קולברג

החיישן של המכשיר היה בצורת עיפרון, ובקצה ה"עיפרון" היה אלמנט רגיש פיזוקרמי שטוח. על ידי החלת אלמנט זה על גוף המטופל, ניתן היה לקבל מידע על עמודת הרקמה בכיוון החיישן. תוצאת המחקר (A-Line) הוצגה על מסך האוסילוסקופ בערך כפי שמוצג לעיל. עם זאת, אפילו גרפים מופשטים חסרי ביטוי כאלה יכולים לספק לרופא מידע אבחוני חשוב מאוד: לדוגמה, איור זה מראה כיצד נמדדת עוצמת האולטרסאונד המשתקפת בעומקי רקמה שונים. אז, בעומקים של 0 עד 3 ס"מ, הצליל משתקף היטב, בנוסף, יש שכבות רפלקטיביות בעומקים של 5 ו 6 ס"מ בהתאם, לדעת את המבנה של האיבר הנחקר, הרופא יכול לנחש מה בדיוק אולטרסאונד משתקף.

בשנות ה-70 של המאה העשרים, נעשה שינוי חשוב בעיצוב החיישן ה"חד-ממדי": כעת ניתן היה לסובב את אלמנט החישה באמצעות מנוע צעד, מכיוון שהוא היה מותקן על ציר. הסיבוב התרחש בתוך תא חיץ קטן מלא בנוזל. מצלמה זו הונחה על גופו של המטופל. החיישן המסתובב קיבל מידע רציף מ"קרניים" מתפצלות בצורת מניפה. אם הבהירות שהתקבלו הוצגו על מסך מוניטור, ניתן היה לקבל תמונה דו מימדית של רקמות המטופל הממוקמות באותו מישור. שיטת מחקר זו החלה להיקרא אולטרסאונד 2D, אך באופן מסורתי יותר הדמיה כזו נקראת "B-mode" (אולטרסאונד B-scan). דוגמה של תמונה במצב B של איבר פנימי (כליה שמאל) מוצגת להלן. אם תצייר קו אנכי לאורך ציר הסימטריה של דמות זו ותשרטט גרף, התוצאה תהיה הקו המוצג באיור הקודם (מצב A).

אולטרסאונד של הכליה השמאלית
ניקולאי קולברג

עם הזמן, העיצוב של חיישנים עבור אולטרסאונד דו מימדי השתפר משמעותית. במקום ראש מסתובב, הם למדו להשתמש במה שמכונה חיישני פאזות: פני השטח של חיישן כזה מורכבים מכמה עשרות או מאות אלמנטים, שכל אחד מהם פולט ומקבל אולטרסאונד בנפרד מהאחרים. כאן, כדי לשנות את כיוון האלומה, אינך צריך להזיז שום דבר - כל הבקרה מתבצעת באמצעות ההזנה דחפים חשמלייםלרכיבי חיישן שונים עם עיכובים שונים. גם אותות המתקבלים על ידי אלמנטים שונים מעובדים בנפרד זה מזה. זה מביא לתמונות B באיכות גבוהה מאוד.

רוב המכשירים האולטראסוניים המודרניים פועלים על עיקרון זה. הסוגים העיקריים של חיישנים: ליניארי, קמור, מגזר - מייצגים אפשרויות שונותמערכים מדורגים.

תעלומת הממד השלישי

אבל אם אפשר, באמצעות חיישן מדורג, להסיט את האלומה בתוך מישור אחד, למה לא לעשות את אותו הדבר עבור מישור מאונך? המשמעות היא המעבר למימד השלישי. המעבר הזה התרחש בתחילת שנות ה-90 וה-2000. אבל כאן נתקלו מפתחי מכשירי האולטרסאונד בקשיים טכניים משמעותיים.

בואו נדמיין שכדי לסרוק במישור אחד, צריך לחלק את החיישן ל-100 אלמנטים. כמה אלמנטים יידרשו כדי לסרוק לאורך מימד אחד נוסף? מסתבר שיש 1002, כלומר עשרת אלפים. יש לחבר חוט נפרד לכל אלמנט כזה. התוצאה היא כבל כל כך עבה שהרופא פשוט לא יכול להחזיק אותו בידו.

בהערכת קושי זה, המפתחים נטשו תחילה את הכנסת חיישני השלבים דו-מימדיים לפועל והסתדרו יפה. נתיב ידועסריקה מכנית. שוב, דגמי "ספינת הדגל" של מכשירים כללו צירים ומנועי צעד שעליהם הסתובב חיישן שלב מורכב. הסריקה במטוס אחד הייתה אלקטרונית, בשני - מכנית. חיישנים כאלה עדיין ניתן למצוא, הם גם נמכרים עם מכשירים חדשים.

כאשר חיישן התלת מימד הראשון הפך למציאות, התגלה קושי נוסף הקשור לזמן שלקח להשיג תמונה נפחית אחת. מהירות הקול בגוף האדם היא בערך 1.5x105 ס"מ לשנייה. כדי לקבל נתונים מעומק של 15 ס"מ, יש להמתין 0.0002 שניות. במבט ראשון, זה לא מעט. עם זאת, כאשר אנו עוברים לסריקה דו-ממדית, עלינו לבצע כמאה מהסריקות הדו-ממדיות הללו. כך, ניתן לקבל פריים אחד של תמונת B בשתי מאיות השנייה, כלומר, קצב הפריימים יהיה לא יותר מחמישים פריימים לשנייה. וכדי לקבל את מאה סריקות ה-B הדרושות לבניית הווליום, יש להמתין שתי שניות. הגברת מהירות הסריקה הפכה לנושא מחקר אינטנסיבי בקרב מפתחים ברחבי העולם. לפיכך, באמצעות סריקה אלקטרונית לאורך קואורדינטה אחת בלבד, ניתן היה להגדיל את מהירות הסריקה פי עשרה בערך בשל מה שנקרא סריקה רב-אלומות, התדירות שהתקבלה הייתה 5 נפחים לשנייה. זה כבר היה אולטרסאונד תלת מימד מלא, כי באמצעות שיטה זו ניתן לקבל תמונות תלת מימדיות מציאותיות. האיור שלהלן מציג דוגמה של שחזור עוברי תלת מימדי.

דוגמה לשחזור עוברי תלת מימדי
גינקולוגיה-md.ru

חיישני פאזות דו מימדיים עזרו להציל את המצב. כדי לצמצם את מספר החוטים בכבל החיישן, הוצב בתוך החיישן עצמו מחשב שלם בעל ביצועים גבוהים, ש"דוחס" את הנתונים המתקבלים ושולח אותם בצורה מוצפנת לאורך כבל דק יחסית. הודות לכך, ניתן להשיג תדר של כמה עשרות "נפחים" בשנייה. וזה כבר מספיק, למשל, להדמיה מלאה של הלב בזמן אמת. מאחר ורביעי מלא, זמן, מתווסף לשלושת המימדים המרחביים, טכנולוגיות אלו נקראות אולטרסאונד 4D. בעזרתם תוכלו לבנות תמונה מלאה של מסתמי הלב בזמן אמת. דוגמה לכך מובאת להלן.

מה בפועל?

כיום, הליך בדיקת האולטרסאונד, כולל בפורמט 3D ו- 4D, מתבצע די במהירות וביעילות: ניתן לראות איברים פנימיים ברזולוציה של פחות ממילימטר. "רזולוציית מערכת האולטרסאונד תלויה בתדירות הפעולה של החיישן ובעומק שבו נמצא האיבר הנבדק", אומר ניקולאי קולברג. - עבור בדיקות בטן ב-3.5 מגה-הרץ, הרזולוציה בעומק ממוצע של עשרה סנטימטרים היא כשלושה מילימטרים. עֲבוּר בַּלוּטַת הַתְרִיסחיישן 7.5 מגה-הרץ יכול לספק רזולוציה בסדר גודל של חצי מילימטר בעומק של שלושה סנטימטרים. חיישן לב בתדר של 3 מגה-הרץ ובעומק של עשרה ס"מ יראה רזולוציה של חמישה מילימטרים". באשר למהירות קבלת התמונות, מכונות אולטרסאונד מודרניות מאפשרות לעשות זאת תוך דקות ספורות.

"במכשירי אולטרסאונד מודרניים של פיליפס עם טכנולוגיית xMATRIX, אתה יכול לקבל תמונה תלת-ממדית/4 מימדית תוך 2-4 שניות, במכשירים עם חיישנים מכניים - תוך 10-14 שניות. מציאת אזור סריקה נוח, עיבוד התוצאות וייצוא התמונות לוקח זמן נוסף, כך שהמחקר יכול להימשך עד 20-30 דקות", אמרה יבגניה דובריאקובה, מומחית בכירה בחטיבת מערכות אולטרסאונד של פיליפס.

עם זאת, למרות כל ההצלחות בפיתוח מכשירי אולטרסאונד, עדיין לא הגיע גבול השלמות של עבודתם. "אי אפשר לומר בשתי מילים על דרכים לשיפור, כי זה נושא למחקר מדעי מורכב מאוד בתחומים שונים - מפיזיקה ואלקטרוניקה ועד לעיבוד אותות דיגיטלי. אלפי חוקרים עובדים כאן כל הזמן, ובכל שנה הם מצליחים להראות כמה שיפורים ניכרים", אומר ניקולאי קולברג. בנוסף, מפתחים ממשיכים לשפר מכשירים עבור אולטרסאונד דו מימדי, שכן לא כל הרופאים זקוקים לתמונה תלת מימדית.

בנוסף לשיפור האולטרסאונד, מדענים מתמודדים עם אתגרים אחרים. "כיום על סדר היום של חוקרים בכל העולם היא יצירת מה שנקרא אולטרסאונד טומוגרפיה (UT) באנלוגיה עם הידוע טומוגרפיה ממוחשבת(CT) מבוסס על סריקת רנטגן של המדגם בשכבות בודדות, אומר ולדימיר קוקולין, דוקטור למדעי הפיזיקה והמתמטיקה, מגיש חוֹקֵרהמחלקה לפיזיקה גרעינית אטומית וחוקר ראשי של המעבדה לתורת הגרעין האטומי של המכון למחקר מדעי לפיזיקה גרעינית, אוניברסיטת מוסקבה. - יצירת UST תהיה צעד מהפכני באמת ברפואה, סיסמולוגיה ותחומים אחרים, שכן היא תאפשר החלפה במקרים רבים בלתי רצויים הקרנת רנטגןגוף, ומספר פעמים, לסריקת אולטרסאונד פשוטה ולא מזיקה לחלוטין. עם זאת, פיתוח UST מצריך כמות גדולה מאוד של חישובים שיש לבצע בפרק זמן קצר יחסית במהלך בדיקה רפואית של המטופל. זה יכול להיעשות רק על ידי יישום בסיסי טכנולוגיה חדשהמחשוב המבוסס על מעבד גרפי מהיר במיוחד. העבודה הזו רק יוצאת לדרך.

הכיוון החדש והמעניין ביותר הוא הטכנולוגיה של השמדת גידולים וחיתוך רקמות גוף פנימיות באמצעות אולטרסאונד מכוון. הכיוון הזה מתגבש כעת בשם הניתוח של המאה ה-21".

אם גוף כלשהו מתנודד מדיום אלסטימהר יותר ממה שהמדיום יכול לזרום סביבו, התנועה שלו דוחסת או מרחיקה את המדיום. שכבות של מוגבה ו לחץ דם נמוךמתפזרים מהגוף המתנודד לכל הכיוונים ויוצרים גלי קול. אם התנודות של הגוף היוצר את הגל עוקבות זו אחר זו לא פחות מ-16 פעמים בשנייה, לא יותר מ-18 אלף פעמים בשנייה, אז אוזן אנושיתשומע אותם.

תדרים 16 - 18000 הרץ, אותם הוא יכול לקלוט מכשיר שמיעהאדם נקרא בדרך כלל צליל, למשל, חריקת יתוש »10 קילו-הרץ. אבל האוויר, מעמקי הים ובטן האדמה מלאים בצלילים השוכנים מתחת ומעל לטווח הזה - אינפרא ואולטרסאונד. בטבע נמצא האולטרסאונד כמרכיב של רעשים טבעיים רבים: ברעשי רוח, מפלים, גשם, חלוקי ים שהתגלגלו על ידי הגלישה ובהפרשות ברקים. ליונקים רבים, כמו חתולים וכלבים, יש את היכולת לקלוט אולטרסאונד בתדירות של עד 100 קילו-הרץ, ויכולות המיקום של עטלפים, חרקים ליליים וחיות ימיות ידועות לכולם. קיומם של צלילים בלתי נשמעים התגלה עם התפתחות האקוסטיקה בסוף המאה ה-19. במקביל החלו המחקרים הראשונים של אולטרסאונד, אך היסודות לשימוש בו הונחו רק בשליש הראשון של המאה ה-20.

הגבול התחתון של הטווח האולטראסוני נקרא רעידות אלסטיות בתדר של 18 קילו-הרץ. הגבול העליון של אולטרסאונד נקבע על פי אופי הגלים האלסטיים, שיכולים להתפשט רק בתנאי שאורך הגל גדול משמעותית מהנתיב החופשי של מולקולות (בגזים) או ממרחקים בין-אטומיים (בנוזלים ובגזים). בגזים גבול עליוןהוא »106 קילו-הרץ, בנוזלים ומוצקים »1010 קילו-הרץ. ככלל, תדרים של עד 106 קילו-הרץ נקראים אולטרסאונד. תדרים גבוהים יותר נקראים בדרך כלל היפרסאונד.

גלים אולטראסוניים אינם שונים באופיים מגלים טווח נשמעולציית לאותם חוקים פיזיקליים. אבל אולטרסאונד כן תכונות ספציפיות, שקבע את השימוש הנרחב שלו במדע ובטכנולוגיה. להלן העיקריים שבהם:

• אורך גל קצר. עבור הטווח האולטראסוני הנמוך ביותר, אורך הגל אינו עולה על מספר סנטימטרים ברוב המדיות. אורך הגל הקצר קובע את אופי הקרניים של התפשטות גלים קוליים. ליד הפולט מתפשט האולטרסאונד בצורת אלומות הדומות בגודלן לגודל הפולט. כאשר היא פוגעת באי-הומוגניות במדיום, האלומה האולטראסונית מתנהגת כמו אלומת אור, חווה השתקפות, שבירה ופיזור, מה שמאפשר ליצור תמונות קול במדיה אטומה אופטית באמצעות אפקטים אופטיים בלבד (מיקוד, עקיפה וכו').
• תקופה קצרה של תנודה, המאפשרת לפלוט אולטרסאונד בצורת פולסים ולבצע בחירת זמן מדויקת של אותות מתפשטים בתווך.
• אפשרות להשיג ערכים גבוהיםאנרגיית רטט באמפליטודה נמוכה, כי אנרגיית הרטט פרופורציונלית לריבוע התדר. זה מאפשר לך ליצור אלומות ושדות אולטרסאונד עם רמה גבוההאנרגיה ללא צורך בציוד בגודל גדול.
• בשדה האולטראסוני מתפתחים זרמים אקוסטיים משמעותיים. לכן, השפעת האולטרסאונד על הסביבה גורמת להשפעות ספציפיות: פיזיות, כימיות, ביולוגיות ורפואיות. כגון קוויטציה, אפקט נימי קולי, פיזור, אמולסיפיקציה, הסרת גז, חיטוי, חימום מקומי ועוד רבים אחרים.
• אולטרסאונד אינו נשמע ואינו יוצר אי נוחות לצוות המבצע.

היסטוריה של אולטרסאונד. מי גילה אולטרסאונד?

תשומת הלב לאקוסטיקה הונעה על ידי הצרכים חֵיל הַיָםמעצמות מובילות - אנגליה וצרפת, כי אקוסטי הוא סוג האות היחיד שיכול לנוע רחוק במים. בשנת 1826 המדען הצרפתי קולדוןקבע את מהירות הקול במים. הניסוי של קולדון נחשב ללידתה של ההידרואקוסטיקה המודרנית. הפעמון התת-ימי באגם ז'נבה נפגע בזמן שאבק השריפה הוצת. הבזק מאבק השריפה נצפה על ידי קולדון במרחק של 10 מייל. הוא גם שמע את צליל הפעמון באמצעות צינור שמיעה תת-מימי. על ידי מדידת מרווח הזמן בין שני האירועים הללו, קולדון חישב את מהירות הקול להיות 1435 מ'/שנייה. ההבדל עם חישובים מודרניים הוא רק 3 מ' לשנייה.

בשנת 1838, בארה"ב, נעשה שימוש לראשונה בקול לקביעת פרופיל קרקעית הים לצורך הנחת כבל טלגרף. מקור הצליל, כמו בניסוי של קולדון, היה פעמון שנשמע מתחת למים, והמקלט היה צינורות שמע גדולים שהונמכו מעל דופן הספינה. תוצאות הניסוי היו מאכזבות. קול הפעמון (כמו, אכן, פיצוץ מחסניות אבק שריפה במים) נתן הד חלש מדי, כמעט בלתי נשמע בין שאר קולות הים. היה צורך ללכת לאזור של תדרים גבוהים יותר, המאפשר יצירת אלומות קול מכוונות.

מחולל אולטרסאונד ראשוןנוצר בשנת 1883 על ידי אנגלי פרנסיס גלטון. אולטרסאונד נוצר כמו משרוקית על קצה סכין כשנשפת בו. את התפקיד של טיפ כזה בשריקה של גלטון שיחק גליל עם קצוות חדים. אוויר או גז אחר שיצא בלחץ דרך פייה טבעתית בקוטר זהה לקצה הגליל עלה על הקצה, והתרחשו תנודות בתדירות גבוהה. על ידי התקעת המשרוקית במימן ניתן היה להשיג תנודות של עד 170 קילו-הרץ.

בשנת 1880 פייר וז'אק קיריגילה תגלית שהייתה מכרעת לטכנולוגיית האולטרסאונד. האחים קירי שמו לב שכאשר הופעל לחץ על גבישי קוורץ, נוצר מטען חשמלי שהיה פרופורציונלי ישירות לכוח המופעל על הגביש. תופעה זו כונתה "פיזואלקטריות" מהמילה היוונית שפירושה "ללחוץ". הם גם הדגימו את ההשפעה הפיזואלקטרית ההפוכה, שהתרחשה כאשר פוטנציאל חשמלי משתנה במהירות הופעל על הגביש, וגרם לו לרטוט. מעתה ואילך, ניתן מבחינה טכנית לייצר פולטי ומקלטי אולטרסאונד בגודל קטן.

מותה של הטיטאניק מהתנגשות עם קרחון, הצורך להילחם בנשק חדש - צוללות - דרש התפתחות מהירההידרואקוסטיקה קולית. בשנת 1914, פיזיקאי צרפתי פול לנגוויןיחד עם המדען המהגר הרוסי המוכשר קונסטנטין ואסיליביץ' שילובסקי, הם פיתחו לראשונה סונאר המורכב מפולט אולטרסאונד והידרופון - מקלט של רעידות אולטרסאונד, המבוסס על האפקט הפייזואלקטרי. סוֹנָר לנגווין - שילובסקי, היה המכשיר האולטראסוני הראשון, בשימוש בפועל. במקביל, המדען הרוסי S.Ya פיתח את היסודות של זיהוי פגמים קוליים בתעשייה. בשנת 1937, הפסיכיאטר הגרמני קרל דוסיק, יחד עם אחיו פרידריך, פיזיקאי, השתמשו לראשונה באולטרסאונד כדי לזהות גידולי מוח, אך התוצאות שהשיגו התבררו כלא אמינות. IN פרקטיקה רפואיתאולטרסאונד החל לשמש לראשונה רק בשנות ה-50 של המאה ה-20 בארה"ב.

קבלת אולטרסאונד.

ניתן לחלק את פולטי האולטרסאונד לשתי קבוצות גדולות:

1) תנודות מתרגשות על ידי מכשולים בנתיב של זרם גז או נוזל, או על ידי הפרעה של זרם גז או נוזל. הם משמשים במידה מוגבלת, בעיקר כדי לקבל אולטרסאונד חזק בסביבה גזי.

2) תנודות מתרגשות על ידי טרנספורמציה לתנודות מכניות של זרם או מתח. רוב המכשירים האולטראסוניים משתמשים בפולטים מקבוצה זו: מתמרים פיזואלקטריים ומגנטוסטריקטיביים.

בנוסף למתמרים המבוססים על האפקט הפיאזואלקטרי, מתמרים מגנטוסטריקטיבים משמשים להפקת אלומה קולית עוצמתית. מגנטוהיצרה היא שינוי בגודל של גופים כאשר מצבם המגנטי משתנה. ליבה של חומר מגנטוסטריקטי המונחת בפיתול מוליך משנה את אורכה בהתאם לצורת אות הזרם העובר דרך הפיתול. התופעה הזו, שהתגלה ב-1842 על ידי ג'יימס ג'ול, אופייני לפרומגנטים ופריטים. החומרים המגנטוסטריקטיבים הנפוצים ביותר הם סגסוגות המבוססות על ניקל, קובלט, ברזל ואלומיניום. העוצמה הגבוהה ביותר של קרינה קולית יכולה להיות מושגת על ידי סגסוגת permendur (49% Co, 2% V, השאר Fe), המשמשת בפולטים קוליים רבי עוצמה. בפרט, אלה המיוצרים על ידי החברה שלנו.

יישום של אולטרסאונד.

ניתן לחלק את היישומים המגוונים של אולטרסאונד לשלושה תחומים:

• קבלת מידע על חומר
• השפעה על החומר
• עיבוד אותות ושידור

התלות של מהירות ההתפשטות וההנחתה של גלים אקוסטיים בתכונות החומר ובתהליכים המתרחשים בהם משמשת במחקרים הבאים:

• חקר תהליכים מולקולריים בגזים, נוזלים ופולימרים
• חקר המבנה של גבישים ומוצקים אחרים
• בקרת זרימה תגובות כימיות, מעברי פאזה, פילמור וכו'.
• קביעת ריכוז התמיסה
• קביעת מאפייני חוזק והרכב חומרים
• קביעה של נוכחות זיהומים
• קביעת קצב הזרימה של נוזל וגז

מידע על המבנה המולקולרי של חומר מסופק על ידי מדידת מהירות ומקדם הבליעה של הקול בו. זה מאפשר לך למדוד את ריכוז התמיסות והתרחפים בעיסות ובנוזלים, לעקוב אחר התקדמות המיצוי, הפילמור, ההזדקנות והקינטיקה של תגובות כימיות. הדיוק בקביעת הרכב החומרים והימצאות זיהומים באמצעות אולטרסאונד הוא גבוה מאוד ומגיע לשבריר אחוז.

מדידת מהירות הקול במוצקים מאפשרת לקבוע את מאפייני האלסטיות והחוזק של חומרים מבניים. שיטה עקיפה זו לקביעת חוזק נוחה בשל הפשטות שלה ואפשרות השימוש ב תנאים אמיתיים.

מנתחי גז אולטראסוניים עוקבים אחר הצטברות זיהומים מסוכנים. התלות של מהירות קולי בטמפרטורה משמשת לתרמומטריה ללא מגע של גזים ונוזלים.

מדי זרימה אולטרסאונדים הפועלים על אפקט דופלר מבוססים על מדידת מהירות הקול בנוזלים וגזים נעים, כולל לא הומוגניים (תחליבים, תרחיפים, עיסת). ציוד דומה משמש לקביעת המהירות וקצב הזרימה של הדם במחקרים קליניים.

קבוצה גדולה של שיטות מדידה מבוססת על השתקפות ופיזור של גלי אולטרסאונד בגבולות בין אמצעי התקשורת. שיטות אלה מאפשרות לך לקבוע במדויק את מיקומם של גופים זרים בסביבה והן משמשות באזורים כגון:

• סוֹנָר
• בדיקות לא הרסניות ואיתור פגמים
• אבחון רפואי
• קביעת רמות נוזל ו מוצקים פריכיםבמיכלים סגורים
• קביעת גדלי מוצרים
• הדמיה של שדות קול - ראיית קול והולוגרפיה אקוסטית

השתקפות, שבירה ויכולת מיקוד אולטרסאונד משמשים בזיהוי פגמים על-קוליים, במיקרוסקופים אקוסטיים על-קוליים, באבחון רפואי וכדי לחקור אי-הומוגניות מאקרו של חומר. הנוכחות של אי-הומוגניות והקואורדינטות שלהן נקבעות על ידי אותות משתקפים או על ידי מבנה הצל.

שיטות מדידה המבוססות על תלות הפרמטרים של מערכת נדנוד תהודה בתכונות המדיום המעמיס עליה (עכבה) משמשות למדידה רציפה של צמיגות וצפיפות נוזלים, ולמדידת עובי של חלקים שניתן לגשת אליהם בלבד. מצד אחד. אותו עיקרון עומד בבסיס בודקי קשיות קוליים, מדי רמה ומתגי רמה. יתרונות של שיטות בדיקה אולטרסאונד: זמן מדידה קצר, יכולת לשלוט בסביבות נפץ, אגרסיביות ורעילות, ללא השפעה של המכשיר על הסביבה והתהליכים המבוקרים.

השפעת אולטרסאונד על חומר.

השפעת האולטרסאונד על חומר המוביל ל שינויים בלתי הפיכיםבו, הוא נמצא בשימוש נרחב בתעשייה. יחד עם זאת, מנגנוני הפעולה של אולטרסאונד שונים עבור סביבות שונות. בגזים, גורם ההפעלה העיקרי הוא זרמים אקוסטיים, המאיצים תהליכי העברת חום ומסה. יתר על כן, היעילות של ערבוב קולי גבוהה משמעותית מערבול הידרודינמי קונבנציונלי, מכיוון לשכבת הגבול יש עובי קטן יותר וכתוצאה מכך, טמפרטורה או שיפוע ריכוז גדולים יותר. אפקט זה משמש בתהליכים כגון:

• ייבוש קולי
• בעירה בשדה קולי
• קרישת אירוסול

בעיבוד קולי של נוזלים, גורם ההפעלה העיקרי הוא קוויטציה . התהליכים הטכנולוגיים הבאים מבוססים על אפקט הקוויטציה:

• ניקוי קולי
• מתכת והלחמה
• אפקט נימי קול - חדירת נוזלים לנקבוביות ולסדקים הקטנים ביותר. הוא משמש להספגה של חומרים נקבוביים ומתרחש במהלך כל עיבוד קולי של מוצקים בנוזלים.
• הִתגַבְּשׁוּת
• העצמת תהליכים אלקטרוכימיים
• השגת אירוסולים
• הרס של מיקרואורגניזמים ועיקור קולי של מכשירים

זרמים אקוסטיים- אחד המנגנונים העיקריים של השפעת האולטרסאונד על החומר. היא נגרמת מספיגת אנרגיה קולית בחומר ובשכבת הגבול. זרימות אקוסטיות שונות מזרימות הידרודינמיות בעובי הקטן של שכבת הגבול ובאפשרות של דילול שלה בתדירות תנודות גוברת. זה מוביל לירידה בעובי של שכבת גבול הטמפרטורה או הריכוז ולעלייה בטמפרטורה או שיפועים בריכוז הקובעים את קצב העברת החום או המסה. זה עוזר להאיץ תהליכי בעירה, ייבוש, ערבוב, זיקוק, דיפוזיה, מיצוי, הספגה, ספיגה, התגבשות, פירוק, הסרת גז של נוזלים ונמסים. בזרימה בעלת אנרגיה גבוהה, השפעת הגל האקוסטי מתבצעת עקב אנרגיית הזרימה עצמה, על ידי שינוי המערבולת שלה. במקרה זה, האנרגיה האקוסטית יכולה להיות רק חלק מאחוז מאנרגיית הזרימה.

כאשר גל קול בעוצמה גבוהה עובר דרך נוזל, מה שנקרא קוויטציה אקוסטית . בגל קול עז, במהלך חצאי תקופות של נידוף, מופיעות בועות קוויטציה, שמתמוטטות בחדות בעת תנועה לאזור לחץ דם גבוה. באזור הקוויטציה מתעוררות הפרעות הידרודינמיות חזקות בצורה של גלי מיקרו-שוק ומיקרו-זרימות. בנוסף, קריסת הבועות מלווה בחימום מקומי חזק של החומר ושחרור גז. חשיפה כזו מובילה להרס אפילו של חומרים עמידים כמו פלדה וקוורץ. אפקט זה משמש לפיזור מוצקים, לייצור תחליבים עדינים של נוזלים שאינם ניתנים לערבב, לעורר ולהאיץ תגובות כימיות, להשמדת מיקרואורגניזמים ולחלץ אנזימים מתאי בעלי חיים וצמחים. קאוויטציה קובעת גם תופעות כמו זוהר חלש של נוזל בהשפעת אולטרסאונד - סונו-luminescence , וחדירה עמוקה באופן חריג של נוזל לתוך הנימים - אפקט סונוקפילרי .

פיזור קאוויטציה של גבישי סידן פחמתי (סקאלה) הוא הבסיס של מכשירים אקוסטיים נגד אבנית. בהשפעת אולטרסאונד, חלקיקים במים מתפצלים, הגדלים הממוצעים שלהם יורדים מ-10 ל-1 מיקרון, מספרם ושטח הפנים הכולל של החלקיקים גדלים. זה מוביל להעברת היווצרות אבנית ממשטח חילופי החום ישירות לתוך הנוזל. אולטרסאונד משפיע גם על שכבת האבנית שנוצרת, ויוצרים בה סדקים מיקרו שתורמים לניתוק פיסות אבנית ממשטח חילופי החום.

במתקני ניקוי קולי, בעזרת הקוויטציה והמיקרו-זרימות שנוצרות על ידה, מסירים זיהומים הקשורים בקשיחות למשטח, כגון אבנית, אבנית, כתמים ומזהמים רכים, כגון סרטים שומניים, לכלוך וכו'. אותו אפקט משמש להעצמת תהליכים אלקטרוליטיים.

בהשפעת אולטרסאונד, אפקט מוזר כזה מתרחש כמו קרישה אקוסטית, כלומר. התכנסות והגדלה של חלקיקים מרחפים בנוזל ובגז. המנגנון הפיזי של תופעה זו עדיין לא ברור לחלוטין. קרישה אקוסטית משמשת להשקעת אבק תעשייתי, אדים וערפילים בתדרים נמוכים עבור אולטרסאונד, עד 20 קילו-הרץ. ייתכן שההשפעות המיטיבות של צלצול פעמוני הכנסייה מבוססות על השפעה זו.

עיבוד מכני של מוצקים באמצעות אולטרסאונד מבוסס על ההשפעות הבאות:

• הפחתת החיכוך בין משטחים במהלך תנודות קוליות של אחד מהם
• ירידה בחוזק התפוקה או דפורמציה פלסטית בהשפעת אולטרסאונד
• חיזוק והפחתה של מתחים שיוריים במתכות בהשפעת כלי עם תדר קולי
• ההשפעה המשולבת של דחיסה סטטית ורעידות קוליות משמשת בריתוך קולי

ישנם ארבעה סוגים של עיבוד שבבי באמצעות אולטרסאונד:

• עיבוד ממדי של חלקים מחומרים קשים ושבירים
• חיתוך חומרים קשים לחיתוך עם יישום קולי על כלי החיתוך
• פירוק באמבט אולטראסוני
• שְׁחִיקָה חומרים צמיגיםעם ניקוי קולי של גלגל השחזה

השפעות של אולטרסאונד על עצמים ביולוגייםגורם למגוון השפעות ותגובות ברקמות הגוף, אשר נמצא בשימוש נרחב ב טיפול באולטרסאונדוניתוח. אולטרסאונד הוא זרז המאיץ את יצירת שיווי המשקל, מנקודת מבט פיזיולוגית, מצב הגוף, כלומר. מצב בריא. אולטרסאונד משפיע הרבה יותר על רקמות חולות מאשר על בריאות. נעשה שימוש גם בריסוס אולטראסוני תרופותבמהלך שאיפה. ניתוח אולטרסאונד מבוסס על ההשפעות הבאות: הרס רקמות על ידי אולטרסאונד ממוקד עצמו ויישום תנודות אולטרסאונד על מכשיר כירורגי חיתוך.

מכשירים אולטראסוניים משמשים להמרה ועיבוד אנלוגי של אותות אלקטרוניים ולבקרת אותות אור באופטיקה ובאופטואלקטרוניקה. אולטרסאונד במהירות נמוכה משמש בקווי השהייה. שליטה על אותות אופטיים מבוססת על עקיפה של אור על ידי אולטרסאונד. אחד מסוגי עקיפה כזו, מה שמכונה דיפרקציית Bragg, תלוי באורך הגל של האולטרסאונד, המאפשר לבודד מרווח תדר צר מספקטרום רחב של קרינת אור, כלומר. אור מסנן.

אולטרסאונד הוא דבר מעניין ביותר וניתן להניח שרבות מהאפשרויות שלו יישום מעשיעדיין לא ידועים לאנושות. אנו אוהבים ומכירים אולטרסאונד ונשמח לדון בכל רעיון הקשור ליישום שלו.

היכן משתמשים באולטרסאונד - טבלת סיכום

החברה שלנו, Koltso-Energo LLC, עוסקת בייצור והתקנה של מכשירים אקוסטיים נגד אבנית "Acoustic-T". המכשירים המיוצרים על ידי חברתנו נבדלים ברמת אות קולי גבוהה במיוחד, המאפשרת להם לעבוד על דוודים ללא טיפול במים ודוודי קיטור עם מים ארטזיים. אבל מניעת אבנית היא מאוד חלק קטןמה אולטרסאונד יכול לעשות. לכלי הטבעי המדהים הזה יש אפשרויות עצומות ואנחנו רוצים לספר לכם עליהן. עובדי החברה שלנו עובדים במשך שנים רבות במפעלים רוסים מובילים העוסקים באקוסטיקה. אנחנו יודעים הרבה על אולטרסאונד. ואם פתאום יתעורר הצורך להשתמש באולטרסאונד בטכנולוגיה שלך,

אולטרסאונד- בדיקת אולטרסאונד היא שיטת אבחון, שהיום היא אחד הכלים המרכזיים רפואה מודרניתומשמש כמעט בכל תחומיו. בהיותה שיטה צעירה למדי, אבחון אולטרסאונד עשה מהפכה של ממש, ומעניק לרופאים כלי רב עוצמה, מהיר, בטוח, אינפורמטיבי ואמין לבדיקת חולים לזיהוי מגוון רחב של מחלות.

אבל איך אולטרסאונד נכנס לארסנל הרופאים ומה קדם לו? סקירה קצרה זו תספר לכם על כך.

גילוי של אולטרסאונד ופיזואלקטריות

מאז ימי קדם ניסו מדענים חוקרים בתחומי הפיזיקה, המתמטיקה, מדעי החומרים ובהמשך באלקטרוניקה לחדור אל מעבר לגבולות החומר.

אפילו ליאונרדו דה וינצ'י במאה ה-15 טבל צינור בנוזל, בניסיון לקבוע את התנועה והמהירות של ספינות הנעות זו לזו. כך, עם הזמן, הופיע אולטרסאונד, שהחל לשמש בתחומים רבים, כולל רפואה, תחילה באבחון ולאחר מכן בטיפול. מה זה אולטרסאונד? אולטרסאונד הוא רעידות אלסטיות עם תדרים מעל טווח השמיעה האנושית (20 קילו-הרץ), המתפשטים כגל בגזים, נוזלים ומוצקים או יוצרים גלים עומדים באזורים מוגבלים של אמצעי התקשורת הללו.

במאה ה-19 יצר האולטרסאונד פריחה של ממש בקרב חוקרים, תוך שילוב מאמצים של מדענים מתחומים שונים. לדוגמה, הפיזיקאי השוויצרי ז'אן-דניאל והמתמטיקאי שארל שטורם, שעבדו על בעיות של מהירות הקול במים, תרמו תרומה משמעותית לפיתוח הסונאר. המדען קלדון, כתוצאה מהניסויים שלו, הצליח לקבוע את מהירות הקול במים. הודות לכך, נולדה ההידרואקוסטיקה.

בסוף המאה ה-19, ב-1877, פיתח ג'ון וויליאם סטרוט את תורת הסאונד, שהפכה לבסיס מדע האולטרסאונד. שלוש שנים לאחר מכן, גילוים של המדענים פייר וז'אק קירי הוביל לפיתוח המתמר האולטראסוני. גילוי הפייזואלקטרי שלהם הפך לבסיס של ציוד אולטראסוני מודרני.

במאה ה-20 נמשך המחקר בתחום האולטרסאונד. הודות ל"רפלוסקופ העל-פרסוני", שפותח במחצית הראשונה של המאה ה-20 על ידי המדענים Sproul, Firestone ו-Spar, ניתן היה לזהות פגמים במתכת, שמצאה את יישומו בתעשייה.

במחצית השנייה של המאה ה-20, המדענים הנרי יוז, קלווין, בוטמלי ובאיארד יצרו גלאי פגמי מתכת, וטום בראון ואיאן דונלד פיתחו את מכונת המגע האולטרסאונד הראשונה בעולם. בנוסף, איאן דונלד זוכה לחקר תחומים קליניים של אולטרסאונד.

הידרולוקציה

ראשית, עלינו להסביר מהו סונאר. סונאר הוא מכשיר שמזהה עצמים מתחת למים באמצעות הדים. ליחידת הסונאר יש מקלט הקולט את ההד ומודיע על עצמים מתחת למים. כך, הודות למדענים אלר בם (אוסטריה - 1912), לואיס ריצ'רדסון (אנגליה - 1912), רג'ינלד פסנדן (ארה"ב - 1914), שיצרו ב זמנים שוניםובתוך מדינות שונותצלילי הד - סונרים, אפשר היה לזהות קרחונים, מה שהציל אלפים חיי אדם. מתקני סונאר מצאו את יישומם בתעשייה הצבאית (למשל לאיתור צוללות), בנהר ובים (לזיהוי מכשולים אפשריים, ספינות טבועות), בתעשייה כבדה (לחיפוש מרבצי נפט) וכו'.

תגלית יוצאת דופן בשנת 1928 בתחום גלאי פגמים קוליים הביאה להכרה למדען הרוסי S. Ya.

התנסויות ראשונות בשימוש באולטרסאונד בתחום הרפואה

אולטרסאונד מצא שימוש נרחב בתחום הרפואה כשיטת אבחון – אולטרסאונד. במילותיו של איאן דונלד בשנות ה-70, "הסונאר הרפואי די פתאום גדל והגיע לבגרות; למעשה, קפיצת הגדילה שלו בשנים האחרונות הייתה כמעט נפיצה". וזה התחיל בשנות החמישים הרחוקות של המאה ה-20. האמריקאים הולמס והאוור, תוך שימוש בהתקדמות בתחומים טכניים, היו הראשונים לסרוק אדם על ידי טבילתו בטנק העשוי מצריח ממטוס B29 עם מים נטולי גז, תוך העברת אולטרסאונד סביב ציר של 360 מעלות, שהפכה לטומוגרפיה הראשונה. .

התגלית של Jaffe הובילה את טרנר מלונדון, לקסל משבדיה וקאסנר מגרמניה להשתמש באולטרסאונד כדי לבצע אנצפלוגרפיה של קו האמצע של המוח כדי לזהות המטומות הנובעות מטראומה.

אינגה אדלר וקארל הלמות הרץ הפכו לחלוצים בתחום האקו לב (אולטרסאונד קרדיוגרפיה).

בשנת 1955, המחקרים הראשונים של גידולים, מוצקים וציסטיים, בוצעו על ידי איאן דונלד וד"ר בר. בתמיכתו של איאן דונלד, המהנדס טום בראון יצר את מכשיר ה-Mark 4, שהבדיל בין גידולים מוצקים לסיסטיקים, ובכך הציל חיי אדם.

ההתעניינות באולטרסאונד ובטכנולוגיית אולטרסאונד גוברת ללא הרף, שכן היא חודרת לכל תחומי הפעילות האנושית.

על קיומן בטבען של רעידות אולטרסאוניות שהן מעבר לשמיעה אוזן אנושית, זה ידוע כבר זמן רב, תנודות אלה נקראות גלים קוליים. גילוי הגלים הללו קשור בשמו של המדען האיטלקי לזארו ספלנצאני, שהציע שהיכולת של עטלפים לעוף בחושך ולא להיתקל במכשולים תלויה לא בראייה, אלא בתנודות קול שבני אדם לא יכולים לשמוע. רעיון מבריק זה אושר על ידי Galambos (1942) ו-Griffin (1944) עם המחקר שלהם 250 שנה מאוחר יותר.

ההתקדמות בשימוש באופי של אולטרסאונד קודמה על ידי תגליותיהם של גלטונה (1880), האחים פיירל ויאגנה, קירי, שתיארו את התופעה הפיזואלקטרית - הופעת מטען חופשי על פני השטח של גבישים מסוימים במהלך העיוות המכני שלהם. תגלית זו שנה לאחר מכן אומתה תיאורטית על ידי ליפמן, שגילתה שכאשר הוא נחשף למטען חשמלי על פני גביש, הוא מתעוות. תגליות אלו הניחו את הבסיס ליצירת מכשירים המייצרים גלים קוליים תדירות גבוהה. במשך שנים רבותתשומת לב מועטה הוקדשה לתגליות אלו. העניין גדל עקב השימוש באולטרסאונד ברפואה.

בשנת 1940, ג'ורג' לודוויג, דאגלס הורי וג'ון ווילד, ללא תלות זה בזה, הראו שאותות אולטרסאונד הנשלחים לגוף חוזרים לאותו חיישן, ומשתקפים ממשטחי מבנים. צפיפויות שונות.

למרות שאולטרסאונד שימש ברפואה לפני זמן לא רב, הוא משמש כיום בהצלחה במספר תחומים למטרות טיפוליות ואבחון. בתחילה, אולטרסאונד שימש בעיקר בטיפול בשל השפעות מכניות הגורמות לתנועות לחץ אולטרסאונד ברקמות, וכן אפקט תרמי, המתרחש בתוך רקמות, מה שמוביל לפעולות פיזיקוכימיות. טיפול אולטרסאונד הוכח כיעיל במיוחד במצבים פתולוגיים מסוימים (אנקילוזינג ספונדיליטיס, נוירלגיה, דלקת עצבים, דלקת מפרקים ותהליכים דלקתיים אחרים).

התברר כי, יחד עם ההשפעה החיובית, השימוש בו הוא התווית מוחלטת בטיפול של איברים פרנכימליים(כבד, טחול, כליות, ריאות, לב, מוח, בלוטת התריס וכו').

השימוש במינון של אולטרסאונד בטיפול מוסבר משתי סיבות:

שדה האולטרסאונד חודר לרקמה באופן לא אחיד במהלך הטיפול,

ההטרוגניות של השדה האולטראסוני עולה עוד יותר בשל ההטרוגניות של רקמות לא מוקרנות.

ההבדל ברקמות המופרדות על ידי fascia ומחיצות גורם למספר רב של השתקפויות לא הומוגניות המשפיעות על יעילות השדה האולטראסוני. יש לקחת בחשבון תכונות אלו של שדה האולטרסאונד והרקמות בעת בחירת עוצמת וזמן הקרנת האולטרסאונד כדי להשיג מקסימום השפעה טיפולית. גבול עוצמה עליון מינון טיפולי 3 W/cm2.

קרדיט רב על השימוש באולטרסאונד בטיפול שייך לפוהלמן (1939, 1951). הוא גם חקר את ההשפעות הביולוגיות של אולטרסאונד בעוצמה בינונית וגבוהה. השימוש העיקרי של אולטרסאונד עם מטרה טיפוליתהקשורים לשימוש במחוללי אולטרסאונד פשוטים יחסית בייצור ציוד אולטרסאונד טיפולי.

הניסיונות הראשונים להשתמש באולטרסאונד למטרות אבחון קשורים בשמו של הנוירולוג הווינאי קארל דוסיק (1937, 1941, 1948), שבאמצעות שני חיישנים הממוקמים אחד מול השני באזור הראש, הצליח לאתר גידול מוחי. למרות הצלחות מסוימות, בשל הקושי לפרש את התוצאות, השיטה זכתה לביקורת ונשכחה במשך זמן מה. בשנת 1946, דנייר ניסה להשיג תמונות של הלב, הכבד והטחול באמצעות אולטרסאונד. Keidl (1950), באמצעות מתמר אולטרסאונד של 60 קילוהרץ, קבע את נפח שריר הלב על ידי מדידת ספיגת האולטרסאונד בשריר הלב רקמת ריאהעם זאת, התוצאות לא היו חד משמעיות.

שלב ההחדרה הרצינית של אולטרסאונד לאבחון מתחיל בפיתוח שיטת אקו דופק וקבלת תמונה חד מימדית (שיטת A). ולמרות שהדיווחים הראשונים על האפשרות לקבל תמונות אולטרסאונד חד מימדיות הופיעו בשנת 1940 (Gohr ו-Vederkind), השיטה החלה לשמש בפועל רק 10 שנים מאוחר יותר, כאשר לודוויג וסטרוטנרס הצליחו לזהות אבנים בכיס המרה. גוף זר, תפור לתוכו רקמת שרירכלבים. הם הציעו שניתן לזהות גידולים גם בשיטה זו. Wild and Reid (1952), שבדקו את בלוטות החלב, מצאו שרקמת הגידול משקפת יותר מרקמה בריאה, ובכך הוכיחה את יעילות השיטה למטרות אבחון.

נתונים מעודדים אלו על יעילות השיטה תרמו לאימוצה הנרחב בתחומים שונים רפואה קלינית. המדענים השוודים אדלר וס. הרץ (1954) הם המייסדים של אקו לב, אם כי במשך זמן רבעקב חוסר השלמות של הציוד ופרשנות שגויה של מבני הלב המתועדים, השיטה לא נמצאה יישום קליני. פרסומים של מדענים גרמנים S.Tffert וחב' (1959) על אבחון מוצלח של גידולים פרוזדורים, לאחר מכן של המדענים האמריקאים G. Joyner (1963), R.Gramiak (1969) ורבים אחרים הראו שמידע על לב בריא וחולה. המתקבל ללא דם, אינו גורם נזק או חרדה למטופלים.

צילום: likesuccess.com

לקסל (1955) פיתח את יסודות האקואנצפלוגרפיה והיה הראשון שהצליח לאתר המטומה מוחית באמצעות תזוזה של ההד החציוני. טכניקה זו קיבלה פיתוח נוסףביצירותיהם של S. Lepsson (1961), C. Grossman (1966), W. Schifer et al. (1968) וכו'. שיטת האולטרסאונד החד-ממדית ברפואת עיניים שימשה לראשונה בשנת 1956 על ידי מונדט ויוז, ושנה לאחר מכן על ידי אוקסלה ולהטינג. תחילתה של הכנסת שיטה זו לתרגול מיילדותי וגינקולוגי קשור בשמותיהם של החוקרים הסקוטים I. Donald, J. Mac Vicar and E. Brown (1961). המדידות הראשונות של ראש העובר בשיטת האולטרסאונד בוצעו על ידי I. Donald. הם גם הניחו את היסודות לשימוש בשיטת הדו מימד (שיטת B) במיילדות ובגינקולוגיה. פיתוח שיטה דו מימדית להשגת תמונות היווה הישג מרכזי בפיתוח ושיפור ציוד אולטרסאונד.

אקו לב של הלב, מראה את הפרוזדורים והחדרים. צילום: Wikipedia.org.rf

בפעם הראשונה ב הגדרות קליניות Howry and Bills, Wild and Reid (1955-1956) יישמו את השיטה ללא תלות זה בזה. האפשרויות להשתמש באולטרסאונד למטרות אבחון בגסטרואנטרולוגיה ניתנות על ידי G. Baum ו-I. Greenwood (1958) כאשר תיארו את השיטה הדו-ממדית (B-method).

שיפור נוסף של מכשירי אבחון אולטרסאונד קשור לעבודתם של Kossoff וגארט (1972, אוסטרליה), שקיבלו תמונה בקנה מידה אפור. אחר כך שיפרו מכשירים שפועלים בזמן אמת. בשנת 1942

כריסטיאן דופלר תיאר את התפשטות הגלים ממקור נע של תנודות ואת השפעתן של תנועות יחסיות אחרות על תדירותן. אפקט דופלר זה שימש באקוסטיקה, ועל בסיסו מאוחר יותר החלו לייצר מכשירים המסוגלים לתעד את תנועת הלב.