Ultraäänen historia. Miten kehittynyt vuosien varrella?

Ultraäänikuvantaminen on lääketieteessä käytettävä kuvantamismenetelmä. Ultraäänikuvantamisessa ultraääntä hyödyntämällä pystytään muodostaa kuvaa ihmisen sisällä olevista rakenteista, kuten jänteistä, lihaksista, nivelistä, verisuonista ja sisäelimistä. Ultraäänellä tarkoitetaan ääntä, jonka aallonpituus on liian korkea ihmiselle kuultavaksi.

Ultraäänen käyttö lääketieteessä alkoi terapiahoidoissa käytetyissä sovelluksissa eikä niinkään diagnoosi käytössä. Sen lämmitys- ja häiriövaikutuksia testattiin alussa eläinkudoksiin. Paul Langévin huomasi 1920-luvulla korkean intensiteetin omaavan ultraäänen aiheuttavan kudokseen vaurioita, kun hän laittoi käden vesitankkiin mihin oli suunnattu korkeatehoista ultraääntä. Kehityksen alussa ultraääntä käytettiinkin laajalti erilaisissa terapioissa ja jopa reuman hoidossa. 1940-luvulla sen tehokkuuden ansiosta joissain tietyissä hoidoissa siitä oli tulossa hoitokeino hyvin moneen erilaiseen sairauteen kuten esimerkiksi astmaan ja angiinaan, vaikka hoitomenetelmää oli tutkittu vasta hyvin lyhyen aikaa.

Samoihin aikoihin 40-luvulla ultraääntä alettiin testata yhtenä lääketieteen diaknoosi-menetelmänä. Kölnin lääketieteellinen yliopisto esitti heidän lehdessään ajatuksen mahdollisuudesta käyttää ultraäänen kaikuominaisuutta samalla tavalla kuin esimerkiksi metallinpaljastimissa tai tutkissa. Heidän ajatuksensa oli, että tällä tavalla voitaisiin ihmisestä havaita esimerkiksi kasvaimia.

Murros ultraäänen käyttämiseen lääketieteellisessä kuvantamisessa tapahtui 1940-luvun lopulla pääosin George D. Ludwigin systemaattisten tutkimusten johdosta. Hän teki paljon kokeita eläimillä ja hänen ensimäiset laitteensa perustuivat hyvin pitkälle samaan tekniikkaan, mitä käytettiin esimerkiksi tutkissa ja kaukoluotaimissa. 40- ja 50-luvun vaihteessa tulivat myyntiin ensimäiset kaupalliset "ultraääni paikantimet". Saman kaltaiset laitteet, mitä Ludwig käytti tutkimuksissaan. Näillä laitteilla voitiin havaita sydämmen liike, verisuonia, munuais kivet ja esimerkiksi kehoon joutuneet lasinsirut. Muiden tärkeiden löytöjen lisäksi Ludwig määritteli äänen nopeuden pehmeässä kudoksessa välille 1490-1610m/s jonka keskiarvo 1540m/s, tämä arvo on edelleen käytössä. Hän määritti myös optimaalisen ultraäänen taajuuden tutkimuksia varten, mikä oli 1-2,5 MHz.

-Toukokuussa 1953 tuotettiin ensimmäisen kerran realiaikaista kuvaa rintasyöpä kasvaimesta.

-Euroopassa, Lundissa Ruotsissa Bertil Sunden oli 1958 aloittanut tutkimukset aikaisessa vaiheessa olevista raskauksista A-tyypin skannerilla. 60-luvulla hän opiskeli B-tyypin skannerin käytön ja 1964 esitteli tämän ajan kattavimman julkaisun koskien kynegologisia- ja sikiön-ultraäänitutkimuksia.

(Kuva1: kädessä pidettävä ultraääni scanneri)

-1963 ensimmäinen kädessäpidettävä ultraääniskanneri (articulated arm compound contact B-mode scanner) julkastiin kaupallisesti Yhdysvalloissa. Tämä oli historian suosituimman ultraääniskannerin alku.

-1968 George Kossoff, William Garret ja David Robinson julkaisivat yhden aikaisimmista papereista koskien sikiön tutkintaa ultraäänellä (Fetal anatomy displayed by ultrasound).

(Kuva2: Monitoimiscannaus systeemi)

-1972 Ultraäänilaitteella saatiin 20 cm syvyydellä 2-D kuvaa 17 ruudun sekunttivauhdilla

(Diagrammi1: Sikiöntutkinassa ja kynegologiassa käytettävien ultraäänisovelluksista tehtyjen julkaisujen määrä eri vuosina)

(Kuva3: Ensimmäinen ultraäänitutkinnan värikuva)

-1975 kehitykset johtivat ensimmäiseen liikkuvaan 2D-värikuvaan.

-1980-luvun alussa sikiö-ja kynegologisissatutkimuksissa käytettävien ultraääniskannereiden valmistajia oli jo yli 45 yhtiötä maailmanlaajuisesti. Laitteiden koko oli pienentynyt ja materiaalit parempia. Laitteet olivat jo helposti liikuteltavia.

(Kuva4: Kuvanlaadun kehitys. Vasemmalta oikealle v. 1985, 1990 ja 1995. Kuvan terävyys parantunu ja taustakohina vähentynyt huomattavasti)

-1990- luvun alussa kuvanlaatuun tuli todella suuria parannuksia. Kehitys johtui pääosin muiden tekniikan alojen kehityksestä, kuten tutka-navigointi teknologiasta, puhelin puolelta, mikro-tietokone alalta ja teräväpiirto TV:n kehittymisen myötä.

-1992 3-D visualisointi sikiön kasvoista. Ensimmäiset 3-D visualisointeja on raportoitu jo 1984-luvulta, mutta kuvat eivät olleet kovin tasokkaita

(Kuva5: 3-D kuva sikiöstä)