Vấn đề về dơi của Spallanzani
Sóng âm thanh không nghe được ở tần số cao, hơn 20 kHz, được gọi là siêu âm và tồn tại trong tự nhiên hơn 1 triệu năm. Nhiều loài, trong đó có dơi sử dụng siêu âm để điều hướng bay và định vị các nguồn thực phẩm như mối (moths). Các thử nghiệm chi tiết đầu tiên chỉ ra rằng âm thanh không nghe được có thể tồn tại được Lazzaro Spallanzani (1729–1799), một linh mục Ý và nhà sinh lý học, thực hiện trên con dơi.
Tìm cách giải thích khả năng dơi điều hướng bay trong bóng tối, ông đã chứng minh rằng dơi bị che mắt có thể điều hướng nhưng vẫn có thể chống lại với những trở ngại khi miệng bị bịt lại. Sau nhiều thí nghiệm, Spallanzani kết luận rằng ' tai dơi dùng để thấy hiệu quả hơn mắt, hoặc ít nhất là để đo khoảng cách... ', một vấn đề của tà giáo trong những năm 1790. “Vấn đề dơi của Spallanzani”, vẫn là một bí ẩn khoa học mãi cho đến năm 1938, khi cuối cùng 2 sinh viên đại học Harvard trẻ, Donald R. Griffin và Robert Galambos sử dụng máy dò âm để ghi lại nhiễu siêu âm định hướng phát ra từ dơi trong lúc điều hướng bay.
Hình của Alice Man và Manoj K Karmakar, Chinese University of Hong Kong
Tàu ngầm và tàu chiến
Việc áp dụng các phản âm định hướng được sử dụng để phát hiện các đối tượng và đo khoảng cách — gọi là định vị hồi âm , echolocation — ban đầu được phát triển cho các mục đích hàng hải. Sau khi chiếc Titanic chìm, thiết bị sử dụng hoạt động echolocation năm 1912 của Reginald A. Fessenden, người Canada, được cấp bằng sáng chế, với máy sonar đầu tiên (điều hướng âm và phân loại) được thiết kế năm 1914, có khả năng phát hiện một tảng băng trôi cách 2 dặm. Các tàu ngầm của Đức, mối đe dọa cho tàu bè đồng minh trong thế chiến thứ nhất, là động lực bức xúc cho sự phát triển của công nghệ siêu âm.
Paul Langevin và Constantin Chilowsky thiết kế một máy tạo âm dưới nước dạng bánh sandwich bằng cách sử dụng tinh thể thạch anh và hai tấm thép, được coi là nguyên mẫu của máy siêu âm hiện đại. Phát hiện đầu tiên được báo cáo và sau đó đánh chìm một tàu ngầm Đức U-boat (UC-3) bằng cách sử dụng một hydrophone vào ngày 23 tháng 4 năm 1916, với các kỹ thuật tinh tế hơn và được áp dụng rộng rãi trong việc bảo vệ các đoàn tàu vận tải Bắc Đại Tây Dương trong thế chiến II. Giữa các cuộc chiến tranh, kỹ thuật siêu âm được áp dụng để phát hiện các nứt (flaws) kim loại — đặc biệt ở tàu và máy bay-bằng cách sử dụng máy reflectoscopes hoặc máy dò nứt. Các ứng dụng quân sự và công nghiệp của siêu âm dẫn đến sự phát triển của máy siêu âm chẩn đoán y khoa.
Tạo hình siêu âm y khoa và giai thoại Glasgow
Việc sử dụng siêu âm như một công cụ chẩn đoán y khoa đã bắt đầu vào năm 1942 khi Karl Dussik, một nhà thần kinh học đại học Wien, đã cố gắng xác định vị trí khối u não và các não thất bằng cách đo chùm siêu âm truyền qua đầu. Sau đó, John Julian Wild, tốt nghiệp y khoa Cambridge, đặt nền tảng siêu âm chẩn đoán mô với các báo cáo về siêu âm A-mode (biên độ) khảo sát các bệnh phẩm mổ ác tính của ruột và vú , sự phát triển của đầu dò linear B-mode (độ sáng ) cầm tay và các báo cáo ban đầu về các kết quả siêu âm nội soi (transrectal và transvaginal) A-mode vào năm 1955.
Một nhân vật quan trọng trong sự phát triển của siêu âm y khoa trong thực hành lâm sàng là giáo sư Ian Donald ở Glasgow. Có được kinh nghiệm ban đầu trong kỹ thuật radar và sonar khi phục vụ trong không quân Hoàng gia trong chiến tranh thế giới thứ hai, ông rất nhiệt tình trong siêu âm y khoa khi gặp John Wild lúc bấy giờ đang làm việc tại Hammersmith ở London. Lúc được bổ nhiệm là giáo sư Hoàng gia cho Nữ hộ sinh của Đại học Glasgow, Ian Donald và đồng nghiệp đã bắt đầu một loạt các nghiên cứu sẽ thiết lập vai trò siêu âm y khoa, khắc phục hoài nghi lâm sàng ban đầu từ các đồng nghiệp, những người tin rằng khám kiểm tra bụng và chậu bằng tay cũng đủ chắc chắn chẩn đoán. Với sự giúp đỡ của kỹ thuật của hãng Kelvin Hughes Ltd, Ian Donald sử dụng một ' flaw detector' để phân biệt khối u bụng đặc và u dạng nang — trong một trường hợp làm thay đổi chẩn đoán lâm sàng carcinoma giai đoạn cuối với nang buồng trứng — dẫn đến việc in các dấu hiệu này trên báo Lancet vào năm 1958, một cột mốc quan trọng trong siêu âm y khoa. Cùng các đồng nghiệp, Donald thiết kế một máy siêu âm 2D và sau đó một máy tự động năm 1960, thực hiện chẩn đoán siêu âm nhau tiền đạo lần đầu tiên trước sanh, phát triển phương pháp để đo các đường kính lưỡng đỉnh thai nhi năm 1962 và lần đầu tiên dùng bàng quang đầy để phát hiện sớm thai 6-7 tuần tuổi vào năm 1963.
A brief summary of the names of the key figures and their achievements prior to the introduction of ultrasound to obstetrics follows. (From FORTY YEARS OF OBSTETRIC ULTRASOUND 1957–1997: FROM A-SCOPE TO THREE DIMENSIONS, MARGARET B. MCNAY and JOHN E. E. FLEMING, Ultrasound in Medicine and Biology Volume 25, Number 1, 1999).
1842: Doppler published his observations on the change of pitch when a source of vibrations is moving toward or away from an observer, now known as the Doppler effect.
1877: Rayleigh (1877) published “The Theory of Sound.”
1880: The Curie brothers described the piezoelectric effect, initially regarded as a scientific curiosity but subsequently found to be of major importance as the means of producing acoustic waves in sea water (Curie and Curie 1880).
1912: The Titanic sank. Richardson, a British meteorologist, suggested that sound be used for the detection of icebergs (Richardson 1912). In 1914, Fessenden (Hackman 1984), an American electrical engineer, successfully demonstrated this idea.
1914–1918: The First World War. In 1917, Langevin (Biquard 1972) constructed the first piezoelectric ultrasound transducer in the effort to detect submarines.
ASDIC—the anti-submarine detection committee—was established.
1929: Sokolov proposed that ultrasound might be used for imaging flaws in materials (Sokolov 1929).
1937: Dussik suggested that ultrasound might have applications in medicine and further developed his ideas during the 1940s (Dussik 1942). He described a transmission method for sending ultrasonic waves through the intact skull. He called the resulting display a hyperphonogram.
1939–1945: Prior to the Second World War, sonar (sound, navigation, and ranging) development increased and work on radar (radio detection and ranging) began. During the war, major advances in the equipment and instrumentation took place.
1945: Firestone published his work on the “Reflectoscope,” an A-scope instrument for inspecting the interior of solid parts by means of sound waves (Firestone 1945).
1946: Wild, trained as a surgeon in England, moved to the US, where he developed his interest in ultrasound at the University of Minnesota, leading to his first publication, “The use of ultrasonic pulses for the measurement of biologic tissues and the detection of tissue density changes” (Wild 1950). Wild’s main interests were the measurement of bowel wall thickness and the study of breast lumps. He saw the potential of ultrasound for breast screening and, in this respect, was extremely farsighted. Wild, Reid, and their collaborators were to make an important contribution to ultrasound imaging.
1948: Howry, in Denver, Colorado, as a young physician training in radiology, developed his interest in ultrasound, completing his first A-scope in 1949. In collaboration with Bliss, an engineer, the Somascope was constructed, a B-scan instrument that produced very good images but was extremely cumbersome and unsuited for use with sick or pregnant patients. Howry and Bliss published in 1952, “Ultrasonic visualization of soft tissue structures of the body.” Howry’s aim was primarily to obtain good anatomical sections. He was joined in 1950 by Holmes, also a radiologist, and together they worked toward obtaining clinically useful images.
1949: Ludwig worked at the University of Pennsylvania and the Naval Medical Research Institute, where he demonstrated that gallstones within the body gave a different reflected echo pattern than soft tissue (Ludwig and Struthers 1949). He then moved to the Massachusetts Institute of Technology (MIT), where he collaborated with Ballantine, Bolt, and Hueter, and with Dussik from Austria. At MIT, their main interest was in intracranial pathology.
1949: Uchida constructed the first A-scope in Japan at the Nihon Musen Company in Tokyo. He then collaborated with many clinicians in the development of equipment and application of ultrasound in clinical practice. In 1952, the first report entitled “Ultrasonic flaw detection in the human body” was published in Japan. Uchida later became president of the Aloka company (Uchida 1988).
1954: Edler, a cardiologist, and Hertz, a physicist, in Lund, Sweden, introduced echocardiography, publishing their first report on “The use of ultrasonic reflectoscope for the continuous recording of movements of heart walls” (Edler and Hertz 1954).
---------------------
Xem lại một bài soạn cũ
