Соколову повезло ещё и с тем, что его дефектоскопы и микроскопы не остались засекреченной разработкой. После советского авторского свидетельства на дефектоскоп (1936) Соколов получил также патент Великобритании № 477139 (1937) и патент США № 2164125 (1939). Публикации учёного переводились на другие языки, а после войны он побывал в нескольких европейских командировках и выступал с докладами по теме «звуковидения», как это называлось в те годы. Американский патент Соколова, к слову, впоследствии многократно цитировался и использовался в патентах других изобретателей, в последний раз – в 1997 (!) году.
Но если дефектоскоп практически сразу после изобретения стал широко используемым прибором, то с ультразвуковым микроскопом Соколов серьёзно опередил своё время.
Прошлое и настоящее
Общий принцип ультразвукового микроскопа, представленного Соколовым в 1948 году, заключался в следующем. Пьезоэлектрическая кварцевая пластинка генерирует пучок ультразвуковых волн, которые отражаются от исследуемого предмета и через акустическую линзу попадают на вторую, приёмную пьезоэлектрическую пластинку. Последняя представляет собой дно катодно-лучевой трубки. Под действием ультразвука пластинка деформируется, и на внутренней её стороне возникают электрические заряды, а их распределение повторяет «звуковое изображение». Это изображение сканируется электронным катодным лучом, а упомянутые заряды влияют на испускание вторичных электронов. Выбитые катодными лучами электроны улавливаются анодом, ток с которого усиливается и передаётся на модуляционное устройство второй катодной трубки, работающей своего рода кинескопом и выводящей изображение на экран.
Коэффициент увеличения акустического микроскопа Соколова напрямую зависел от отношения линейных размеров катодных трубок, а разрешающая способность изображения, как уже говорилось ранее, – от длины волны: чем она меньше, тем более качественное изображение можно получить.
Тут крылась проблема. Ни в 1930-е, ни в 1940-е годы не было технологий, позволявших генерировать акустические волны частот настолько высоких, чтобы акустический микроскоп имел смысл. Частот, генерируемых пьезоэлектрической пластинкой, было достаточно для обнаружения внутренних дефектов в стали, но катастрофически не хватало для микроскопии. Построенные Соколовым модели имели увеличение в 10–15 раз – и это был предел. С проблемой генерации высокочастотного ультразвука Соколов бился вплоть до самой своей смерти, последовавшей в 1957 году. Он опубликовал множество других исследований, в частности по дифракции света, в 1952 году основал электрофизический факультет ЛЭТИ, стал членом-корреспондентом АН СССР, но своё главное изобретение так и не довёл до практического применения.
Тем не менее результаты исследований и публикации Сергея Соколова были доступны множеству учёных по всему миру, и потому его знамя подхватили другие. Вскоре после смерти Соколова, в том же 1957 году, вышла работа Константина Баранского «Возбуждение в кварце колебаний гиперзвуковых частот», давшая начало новым технологиям получения высокочастотного ультразвука. Баранский стал пионером в области генерации и приёма гиперзвука (частоты до 1 гигагерца), и кстати, на момент написания этой главы он ещё здравствует, хотя ему исполнилось уже 97 (!) лет. До 2016 года Баранский работал профессором кафедры полимеров и кристаллов физфака МГУ. Аналогичные работы вели также немецкие и американские учёные.
В 1959 году Американцы Флойд Данн и Уильям Фрай опубликовали в «Журнале Американского акустического общества» статью «Ультразвуковой абсорбционный микроскоп» (Ultrasonic Absorption Microscope), в которой описали опыты, проведённые ими с использованием акустического микроскопа: именно их модель считается первой в мире функциональной системой этого типа, хотя по общему принципу они недалеко ушли от опытных конструкций Соколова. Разработкой акустических микроскопов занималось множество научных групп вплоть до середины 1970-х, а в 1975 году на рынке научных приборов появилась первая серийная модель – сканирующий лазерный фотоакустический микроскоп (SLAM) компании Sonoscan, Inc.
Сегодня производится три основных типа акустических микроскопов: сканирующие (SAM – это, собственно, наследник соколовской схемы), конфокальные сканирующие (CSAM) и микроскопы типа C-SAM, отличающиеся схемой акустических линз. Самое распространённое их применение – это качественные исследования различных электронных компонентов, композитов, пластиков, металлокерамических изделий, а также медицина, в частности исследование костей. За всем этим стоит блестящий советский физик Сергей Соколов и его безграничная любовь к такой, казалось бы, узкой и специфической сфере – электроакустике.
Глава 15. Костная ткань
Конечно, я искренне надеюсь, что вам никогда не понадобится аппарат Илизарова. Наверное, так же думает каждый хороший инженер или врач, патентующий новое медицинское устройство. Это странно – изобретать вещи и искренне желать, чтобы они не нашли применения, но такова особенность медицинских технологий.
Но даже если вам всегда везло, вы, скорее всего, знаете, как выглядит этот прибор: несколько окружающих ногу или руку колец, из которых идут спицы, протыкающие кожу и исчезающие в ткани тела. На первый взгляд кажется, это что-то из области киборгизации – и, думая так, мы находимся не слишком далеко от истины.
Зачем нужен аппарат Илизарова
В случае сложного перелома, когда кость раздроблена на несколько частей, консервативное лечение чаще всего невозможно. Сложить осколки для правильного срастания недостаточно, тем более если речь идёт о подвижных зонах тела, которые нельзя зафиксировать с помощью, скажем, гипса или полимерной повязки.
Здесь начинается оперативное лечение, то есть вмешательство, при котором врач складывает «пазл» из осколков, а затем фиксирует каким-либо способом – эта процедура называется репозицией. У фиксации (по-научному говоря, остеосинтеза) две задачи: обеспечить правильное направление оси пострадавшего сегмента и верное расположение его отломков. Фиксаторами могут быть относительно простые элементы – шурупы, штыри, пластинки, но иногда приходится применять более сложные методы. В зависимости от того, что используется в качестве фиксатора, как он вводится в организм и как работает, остеосинтез делится на несколько разновидностей, перечислением которых я вас мучить не буду: вам эти узкоспециализированные медицинские термины всё равно ничего не скажут.
Нас интересует одна-единственная его разновидность – наружный чрескостный компрессионно-дистракционный остеосинтез, также известный в виде аббревиатуры ЧКДО. Давайте расшифруем его название. «Наружным» он называется, поскольку элементы фиксирующей структуры располагаются снаружи тела, в противоположность этому, остеосинтез с помощью различных пластинок и шурупов, навсегда остающихся внутри, называется погружным. Слово «чрескостный» означает, что при ЧКДО фиксаторы вводят перпендикулярно костной трубке (бывает, например, внутрикостный остеосинтез, когда фиксаторы внедряют прямо в канал, или накостный, когда их привинчивают поверх). Наконец, страшный термин «компрессионно-дистракционный» расшифровывается проще всего. Компрессия – это сжатие, дистракция – растяжение, то есть подобный фиксатор может сжимать или растягивать кость, придавая ей правильную конфигурацию.
