Зоркое «око» ультразвука

От субмарин и «Титаника» – в медицину

История УЗИ-диагностики – яркий пример того, как войны и другие страшные бедствия становятся катализаторами развития мирных технологий. Масштабное изучение свойств распространения звука в различных средах началось во время Первой мировой войны. Именно тогда была разработана методика эхолокации, сыгравшая ключевую роль в уничтожении подводных лодок противника: торпедный корабль посылал короткий ультразвуковой импульс, который, отражаясь от субмарины, позволял определить ее координаты. Еще одним событием, подтолкнувшим исследования в этой сфере, стала гибель «Титаника» 15 апреля 1912 года. Эта катастрофа вызвала повышенный интерес к созданию устройств для поиска подводных объектов.

В основу механизма действия приборов для обнаружения айсбергов, проверки целостности металлических корпусов судов, мониторинга дна океана, связи между кораблями положен принцип эхолокации. Нашел он свое применение и в медицинской диагностике.

Как «видит» ультразвук?

Ключевой компонент любого прибора для УЗИ – датчик, который посылает и принимает ультразвуковые колебания (волны), а также фиксирует время их движения. Проходя через органы и ткани человеческого организма, эти волны могут полностью поглощаться или отражаться с различной степенью интенсивности, или эхогенности. Наименее эхогенны жидкости, поэтому их используют для создания ультразвукового «окна», через которое лучше видны другие органы (например, через наполненный мочевой пузырь хорошо видна матка). Заполненные воздухом полости, напротив, чрезмерно эхогенны, потому их УЗИ затруднено. С помощью специальной компьютерной программы отраженные ультразвуковые волны преобразуются в двумерное изображение и выводятся на монитор прибора.

Современные методы УЗИ

Привычное двумерное черно-белое изображение органов называется сканированием в В-режиме. При его проведении ультразвуковой «луч» все время меняет положение. М-режим позволяет исследовать органы и структуры в движении (например, сердечную мышцу). Известно, что время прохождения ультразвуковых волн пропорционально расстоянию до объекта исследования. Иными словами, зафиксировав точку, соответствующую границе ткани, можно наблюдать за ее перемещением в различные моменты времени. Допплеровское исследование также применяется для изучения движущихся структур: кровотока, сосудов, миокарда, клапана сердца и т.д. В его основу положен эффект Допплера, то есть изменение частоты ультразвука при отражении от движущегося объекта. Поскольку эти показатели пропорционально связаны между собой, допплеровское исследование позволяет определить точное расположение и диаметр сосудов, направление и скорость тока крови в венах и артериях, плацентарное кровообращение, а также диагностировать врожденные пороки развития сердечно-сосудистой системы плода.

Ультразвуковое исследование можно классифицировать по назначению. Так, УЗИ сердца принято называть эхокардиографией. Для определения размеров, возраста и веса плода проводят фетометрию, а для исследования головного мозга новорожденных через родничок – нейросонографию.

Эволюция аппаратов

Принцип УЗИ остается неизменным со времен «Титаника», а вот конструкции аппаратов для его использования в медицинской диагностике подвергались существенным изменениям. Одно из первых устройств, дававших изображение приемлемого качества, представляло собой большую металлическую чашу, наполненную водой. Один датчик вращался вокруг края чаши с помощью двух двигателей, второй был размещен на деревянной перекладине над чашей и перемещался горизонтально. Чтобы получить изображение с помощью этого прибора, пациенту требовалось полностью погружаться в воду и длительное время оставаться неподвижным. Естественно, подобная конструкция была признана непрактичной для клинических условий.

Современные аппараты для УЗИ – удобные в использовании, достаточно компактные и, вместе с тем, сложные. Они обрабатывают информацию так быстро, что уже можно говорить о сканировании в реальном времени. Кроме того, большинство приборов портативны, их легко установить у кровати больного или в машине скорой помощи.

Большую часть времени (99,9%) ультразвуковой датчик функционирует в режиме приема и лишь 0,1% – в режиме излучателя, поэтому даже при многократном проведении, УЗИ признано безвредным. Этот метод широко применяется для диагностики состояния беременных женщин и новорожденных детей. Правда, ВОЗ рекомендует проводить не больше четырех ультразвуковых исследований в течение беременности.

Пятнадцать лет назад в Великобритании был создан прибор для трехмерного УЗИ. Применяется он в основном для обследования беременных: врачи рассматривают части тела будущего ребенка в трех проекциях, что важно для выявления пороков его развития. Кроме того, так можно определить пол малыша, если при двухмерном УЗИ это не удается.

При проведении трехмерного УЗИ женщина может увидеть изображение своего ребенка в виде картинок, чередующихся в реальном времени на экране монитора. Уже на 12-й неделе заметно, что у плода есть голова, туловище, руки, ноги. Ребенок может потягиваться и двигаться в матке, хотя мать этого еще не чувствует. В возрасте 18-ти недель дети открывают глаза (прежде врачи считали, что это происходит не ранее 26-й недели). А к возрасту 26–28 недель будущий малыш принимает различные позы, сосет пальчик. Он может почесываться, зевать, улыбаться. По желанию родителей этот «фильм» записывают на видеокассету.

Трехмерное УЗИ столь же безопасно, как и обычное, поскольку используются датчики с такой же частотой ультразвука. Его можно проходить в те же сроки беременности.

Использованы фото Shutterstock/FOTODOM UKRAINE