Ultrazvuk Ultrazvuk za svůj vývoj urazil velikou cestu. V následujícím článku pojednávám hlavně o jeho historii, která je nesmírně zajímavá, jak ze stránky techniky tak i jeho využití v medicíně. První objev ultrazvuku a jeho následné využití začíná v 19. století, kdy Lord Rayleigh publikoval svoji práci The Teory of Sound (1877). Zde poprvé popsal zvuk jako fyzikální fenomén a z jeho prací vycházejí všechny další výzkumy z oblasti ultrazvuku. Prvním reálným průlomem ve výzkumu ultrazvukových vln byl objev piezoelektrického efektu. Stalo se tak v roce 1877 a stáli u něho bratři Pierre a Jacques Curriové. Zjistili že při mechanické kompresi quartz krystalu vzniká elektrický proud. Ještě důležitější bylo zjištění, že tento princip funguje i obráceně, tj. že při průchodu proudu se quartz krystal mechanicy komprimuje. Quartz krystal a piezoelektrický efekt se tak staly základem ultrazvukové technologie. Dříve než se tato technologie mohla uplatnit v medicíně, zajímala se o ní armáda. Využití našla zejména v SONARu (Sound Navigation and Ranging) a RADARu (Radiodetection and Ranging). Už v roce 1916 byla potopena první německá ponorka na základě údajů ze sonaru, který byl umístěn na britském torpédoborci. Sonar se tehdy nazýval hydrophone a pracoval na frekvenci 150 khz. Mezi válkami zaznamenaly obě zařízení bouřlivý vývoj. Sonar byl osazen na většině válečných lodí (jak osy, tak spojenců) a Radar byl hojně využíván k detekci nepřátelských letadel. Britové postavili síť stanic na jejich východním pobřeží, kde monitorovali nepřátelské vzdušné aktivity. Pokroky v miniaturizaci umožnily montáž radarů do nočních stíhačů typu Hurricane. Ty se poté staly obávanou zbraní proti nočním bombardérům. Původním využitím ultrazvuku v lékařství byla jenom terapie. Hned po objevu jeho devastujících účinků na lidskou tkáň začal být využíván v chirurgii, neurologii a onkologii. Například s ním byly prováděny kraniotomie a terapie tumorů. Tyto operace mívaly vedlejší účinky hlavně kvůli neschopnosti zaměřit jejich působení na jedno konkrétní místo. 1
ultrazvuková terapie karcinomu žlučníku První snahy o využití ultrazvuku jako diagnostického prostředku v medicíně se datují do 40. let, kdy byla na Massachusetts Institute of Technology vydána práce s názvem Principles of Radar. V jejím závěru bylo krátké pojednání o myšlence využití ultrazvuku jako diagnostiké metody. Po druhé světové válce byla tomuto tématu věnována větší pozornost. George D. Ludwig z amerického Naval Medical Research Institute dlouho vedl výzkum, jehož cílem bylo vyvinout novou diagnostickou pomůcku k diagnóze tumorů mozku. Tento cíl se bohužel nezdařil, ale stanovil důležité veličiny, jako rychlost prostupu ultrazvuku živou tkání (1540 m/s) a také jeho optimální frekvenci ( 1 a 2,5 MHz). Ludwigův přístroj 1949 Všechny tehdy používané přístroje vycházely z průmyslových strojů, které byly určeny k detekci prasklin v průmyslových materiálech. Z toho vyplývala i jejich velikost a neohrabanost. V roce 1962 byl uveden na trh první komerční přístroj svého druhu, měl mechanické rameno, které drželo sondu a s malými úpravami byl vyráběn až do 80. let. 2
Masově se ultrazvuku začalo využívat v neonatální medicíně. Za jeho úspěchem stojí profesor Ian Donald, který působil na University of Glasgow. Dařilo se diagnostikovat případy cyst ovárií, extrauteriní těhotenství a podobně. Spolu s kolegy zavedl metody cefalometrie pro stanovení stáří plodu. Ve stejné době byly také položeny základy echokardiografie, v čele byla University of Lund, kde byly upravovány průmyslové sonografy od firmy Siemens a ty byly následně stejnou firmou vyráběny. V 70. letech došlo k dalšímu pokroku v oblasti zobrazování, byl objeven princip realtime scanning. Sondy se zmenšily a bylo tak možné je používat ručně, bez složitých ramen. V této době se objevily rotační sondy systému Combison 1000 od firmy Cretztechnik. 3
Ve stejné době byly také vyvinuty systémy počítačového zpracování obrazu. Hlavní zásluhou zde má firma Intel s jejich osmibitovým procesorem, který měl 3300 tranzistorů (moderní počítače jich mají řádově v desítkách milionů), to umožnilo postupnou miniaturizaci přístrojů, která trvá dodnes. Dalším pokrokem bylo zavedení Dopplerovského zobrazení, které umožnilo sledování průtoku cévami a první pokusy o sledování regurgitace chlopní (real time color flow doppler). 80. léta se nesla ve znamení mohutného rozvoje echokardiografie. Byla vyvinuta řada přístrojů, na čele se dlouhodobě drží firma General Electric, Toshiba a Siemens. Byly vyvinuty postupy pro transthorakální a transesofageální echokardiografii. V roce 1986 zavedl 4
Greg Devore doppler color flow mapping. Tato metoda je dodnes využívána při diagnostice srdečních vad plodu a jiných srdečních chlopenních vad. Hitem poslední doby je 3-D ultrazvuk, umožňující trojrozměrné prohlížení plodu. Úspěšná je zde zejména diagnostika vrozených vad jako je rozštěp rtů, různé malformace a defekty. Za posledních 60. let se z přístroje, který zabíral místnost a pacienta namáčel do vody (kvůli lepšímu vedení zvuku), stal malý kompaktní diagnostický nástroj. Nejmenší varianty jsou velké jako laptop. Ultrasonografem jsou dnes vybaveny všechny nemocnice a stal se jedním ze základních vyšetřovacích přístrojů. Jak již bylo zmíněno, hitem posledních let je real- time 3D imaging, který je aplikovatelný zejména na srdce a plod. Kam se bude ultrazvuk vyvíjet, je zatím ve hvězdách. Kdybychom někomu před padesáti lety řekli, že ultrazvukem bude vybavena každá nemocnice a jeho vyšetřením projde za život většina populace, zřejmě by se nám zasmál a volal psychiatra. 5