Первоначально получение рентгенограмм (так называют рентгеновские снимки) было довольно сложным делом, требующим длительного облучения пациента. На рентгеновское исследование такой тонкой части тела, как кисть, уходило около десяти минут, а для получения снимка грудной клетки требовалось более часа облучать пациента. Виной тому было примитивное оборудование и низкая чувствительность пленки. Но затем пленку начали располагать за экранами, которые усиливали излучение, да и рентгеновские аппараты стали более совершенными.
Следом за рентгенографией — получением снимков с использованием Х-лучей — появилась рентгеноскопия, при которой результаты просвечивания тела оценивались в режиме реального времени. Интересно то, что рентгеноскопия существовала до появления телевизоров! Для ее проведения был нужен картонный экран, покрытый флюоресцирующим веществом, то есть таким, которое начинало светиться при попадании на него Х-лучей. Пациента располагали между экраном и излучателем, врач рассматривал картины, которые возникали на экране. Видимость была плохой. Перед исследованием врачам приходилось около четверти часа проводить в темноте для того, чтобы их зрение «настроилось» на исследование. Поэтому вскоре после появления телевизоров их приспособили к рентгеноскопии, и этот метод исследования стал называться рентгенотелескопией.
Вильгельм Рентген не только открыл Х-лучи, но и указал путь для дальнейших исследований — поисков лучей, способных «просвечивать» человеческое тело. При всей ценности рентгеновского исследования возможности его довольно ограничены. Можно видеть кости, легкие и сердце, а при введении контрастных веществ — пищеварительный тракт и кровеносные сосуды. Но всегда хочется большего, и новые возможности только разжигают аппетит. Вдобавок у рентгеновского метода обследования есть такая неприятная особенность, как опасность радиоактивного облучения. Приходится вести подсчет доз облучения, полученных пациентом, и при достижении максимально допустимого порога отказываться на время от дальнейших рентгеновских обследований даже в том случае, если они нужны…
Итальянский натуралист Ладзаро Спалланцани, живший в XVIII веке, прославился своими исследованиями по физиологии животных, а весь его вклад в медицину заключался в больном мочевом пузыре, который он завещал для исследований: «Выньте его после моей смерти и сохраните, возможно, это поможет вам открыть что-то новое, касающееся заболеваний мочевого пузыря». Но, изучая летучих мышей, Спалланцани открыл удивительный факт — мыши, лишенные зрения, преспокойно ориентировались в пространстве, а вот мыши с залепленными воском ушами этого делать не могли. Спалланцани предположил, что летучие мыши испускают некий звук, не воспринимаемый человеческим ухом, улавливают его эхо и таким образом ориентируются в пространстве. Это явление впоследствии назвали «эхолокацией», а звуки, которые испускают летучие мыши, — «ультразвуком». Приставка «ультра-» указывает на высокую частоту этих звуков.
В конце XIX века французский физик Пьер Кюри, прославившийся своими исследованиями радиоактивности, вместе со своим братом Жаком открыли пьезоэлектрический эффект — возникновение электричества в кристаллах, подвергающихся сжатию. Заодно генерируются ультразвуковые волны. Во время Первой мировой войны другой французский ученый, Поль Ланжевен, использовал пьезоэлектрический эффект для генерации ультразвуковых волн в воде. Так были созданы первые аппараты для подводной локации. Потребность в них остро обозначилась после гибели «Титаника», который столкнулся с айсбергом, а начавшаяся война еще сильнее стимулировала исследования в этом направлении.
Странно, но идея использования ультразвука в целях медицинской диагностики была реализована только в сороковых годах ХХ века. Первая попытка оказалась не совсем удачной. Два австрийца, врач-невропатолог Карл Дуссик и его брат Фридрих, физик, при помощи ультразвука смогли обнаружить опухоль мозга. Однако впоследствии выяснилось, что никакой опухоли у пациента не было. То, что Дуссики приняли за опухоль, оказалось отражением ультразвука от черепной кости. Вместо триумфа ультразвукового метода получилась его дискредитация.
Но ультразвуковые волны все же проникали в организм и отражались от его структур, поэтому исследования по их применению в медицине продолжались. В разных странах появлялись сообщения на эту тему, а в тысяча девятьсот пятьдесят четвертом году был создан первый ультразвуковой аппарат, позволявший исследовать брюшную полость. «Исследовать», а не «производить осмотр», потому что первые ультразвуковые аппараты были «одномерными» — на мониторе врач получал не изображения органов, а всего лишь график в прямоугольной системе координат. Но и график мог рассказать многое тому, кто знал, на что направлен луч ультразвука. Врач получал сведения о плотности тканей, через которые проходил луч, и делал выводы.
После того как чувствительный элемент ультразвукового датчика стало возможным вращать так, чтобы волны расходились бы веером, стало возможным получать двухмерное изображение исследуемых тканей. Это важное событие, произошедшее в семидесятые годы ХХ века, сделало ультразвуковую диагностику популярной, поскольку информативность ее резко возросла. Впоследствии вращающийся элемент заменили на совокупность мелких элементов, работающих в автономном режиме — вместо вращения электрические импульсы подавались то к одним, то к другим элементам. Это дало возможность получения высококачественных двухмерных изображений.
Но каким бы качественным не было двухмерное изображение, трехмерное будет лучше. Ультразвуковые аппараты, способные давать трехмерное изображение исследуемых органов, вошли в арсенал медицины только в начале нынешнего века. Переход от двухмерного изображения к трехмерному занял гораздо больше времени, нежели переход от одномерного к двухмерному. Это связано со сложностями, которые нужно было преодолеть разработчикам. Главных проблем было две — датчик не мог быть слишком громоздким, иначе врач просто не смог бы удержать его в руке, и получение изображения не должно было занимать много времени.
От движущихся объектов ультразвуковые волны отражаются с разной частотой. Если приближается к датчику, то частота волн увеличивается, а если удаляется, то уменьшается. Это явление, получившее название «эффекта Доплера» в честь открывшего его австрийского физика Кристиана Доплера, используется для определения направления тока крови при ультразвуковом исследовании сердца и сосудов.
Ультразвуковое исследование стало замечательным дополнением к рентгеновскому. Казалось бы — ну чего еще можно желать? То, что нельзя увидеть при помощи Х-лучей, помогут увидеть ультразвуковые волны. Но всегда хочется большего, так уж все мы устроены…
В частности, с момента появления рентгенологического метода исследования врачи начали задумываться о том, каким образом можно рассматривать отдельные органы или же делать снимки тканей, расположенных на определенной глубине. Например, на обычной рентгенограмме видна тень в легком. Надо бы рассмотреть ее поближе, так чтобы не мешало то, что расположено впереди и позади… Или же хочется пристальнее рассмотреть сердце… Как это сделать?
