Yüzyılın Medikal Teknolojisi: Ultrason
Selen EMİRHANOĞLU- Biyomühendislik, Mühendislik Fakültesi, Marmara Üniversitesi
Mühendislik biliminin tıbba kazandırdığı önemli teknolojilerden biri olan ultrasonun tarihsel gelişimi, yaklaşık iki yüzyıl önce İtalyan biyolog ve fizyolog Lazzaro Spallanzani’nin doğada yarasaların çıkardıkları sesleri bir çeşit navigasyon aracı olarak kullanmalarını gözlemlediği çalışmalarıyla başlamıştır. Ultrasonun günümüzdeki gelişmiş halinde bile çalışma prensibinin temeli, Spallanzani’nin bu gözlemlerde keşfettiği ekolokasyon özelliğine dayanmaktadır[1].
Spallanzani’nin ekolokasyonla ilgili gözlemleri birçok biyolog ve fizyolog tarafından kitaplarda ve çalışmalarda bahsedilse de, bu gözlemlerden yaklaşık yüzyıl sonra, 1880’de Pierre ve Jacque Currie kardeşlerin, basma veya çekme kuvvetine maruz bırakılmasıyla birlikte elastik deformasyonla elektriksel yüklenebilen kristal malzemelerin varlığını yani piezoelektriği ortaya çıkaran çalışmaları, ultrasonun en önemli kısmı olan transdüserin (dönüştürücü) ya da probun geliştirilmesine zemin hazırlayan teknolojinin ilk adımı olmuştur. 1915’te, Titanik’in batığından ilham alan fizikçi Paul Langevin, ses dalgaları gönderen ve yansıyan dalgaları (eko) karşılayan, deniz ve okyanus derinliklerinde nesne tespit çalışmalarında kullanılabilecek bir hidrofon icat etmiştir ve Tıp Eğitiminde Dünya Kongresi bu buluşu ultrasonun ilkel bir “trandüseri (dönüştürücü) ya da probu” olarak kabul etmiştir[1].
1940’larda ultrason, o zamanki yaygın kullanılan ismiyle sonografi; Joan Baker tarafından Avrupalı futbol takımlarında sporcuların sakatlanmaları ve diğer sağlık kontrolleri sırasında fizyoterapide kullanılmıştır[1].
Ultrasonun medikal teşhiste ilk kullanımı, nörolog Karl Dussik tarafından kafatasına gönderilen ultrasonik dalgaların beyin tümörlerinin boyutunu ve yerini belirleme çalışmalarıyla gerçekleşmiştir[1].
Günümüzde ultrason denildiğinde ilk akla gelen jinekolojide ultrason teknolojisinin bugünkü haline yakın ilkel hali, İskoçya’da çalışan doğum uzmanı ve jinekolog Ian Donald tarafından 1957’de icat edilmiş ve hamile kadınlar üzerinde ilk kez 1958’de kullanılmıştır[2].
Şekil 1: Ian Donald[3].
Ekolokasyondan Donald’ın geliştirdiği teknolojiye kadar ultrason yöntemi basit bir anlatımla, hiçbir zarar vermeden bir trandüser (dönüştürücü) ya da prob yardımıyla vücuttan geçirilen çok yüksek frekanslı ses dalgalarına dayanmaktadır. Dalgalar bir kemik, kas ya da iç organa denk geldiklerinde geri yansır. Yansıyan dalgalar vücudun içinde çarptıkları yere göre farklı görünürler. Bir monitör aracılığıyla tespit edilen bu dalgalar kullanılarak iç organların şekli, boyutu ve yoğunluğu tanımlanabilmektedir. Ayrıca ultrason probu çıplak ten üzerine dokundurulmadan önce, sürülen ultrasonik dalgalara geçirgen jel sayesinde dalgaların iletimi ve görüntüleme daha sağlıklı şekilde gerçekleşmektedir[4].
Şekil 2: Ultrasonun basit mekanizması[5].
Spallanzani’nin ekolokasyonundan Ian Donald ultrasonuna: Donald, ultrasonu nasıl geliştirdi?
Donald, sonografinin denizaltıları tespit etmede kullanılmasına İkinci Dünya Savaşı sırasında Kraliyet Hava Kuvvetlerinde hizmet verirken tanık olmuştur. “Makineler, elektronik ve benzeri şeylere çocukça bir merak” olarak tanımladığı alet tutkusundan ötürü bazı çevrelerde “Mad Donald” (Deli Donald) olarak bilinen Ian Donald, sonarın bir şekilde tıbbi tanılarda kullanılabileceğinden emin bir şekilde bu konuda daha fazla araştırma yapmaya başlamıştır[2].
Donald, 1955’de Glasgow yakınlarında ultrasonik metal defo detektörlerini kullanarak deneyler yürüttüğü Renfrew’deki Babcock&Wilcox kazancılar araştırma birimini ziyaret etmiştir. Dedektörü, ameliyatla aldığı fibroid ve yumurtalık kisti gibi patolojik numunelerin ortaya çıkardığı görüntüleri incelemek için kullanmıştır. Bu görüntüleri de kontrol ölçütü olarak kullandığı yumurtalık dokusu ve fibroidlerin kas dokusuna benzer yoğunluğa sahip bir biftek parçasının görüntüleriyle karşılaştırmıştır[2].
Donald’ın çalışmasını duyan “Kelvin and Hughes” adlı bilimsel aletler şirketinde çalışan fizikçi Thomas Brown, Donald’ı arayıp yardım teklifinde bulunmuştur. Brown ve Donald, dünyanın ilk ultrason tarayıcısını üretmek için Donald’ın bölümünde asistan doktor olan John MacVicar’la ekip oluşturmuştur. Hastanın karnı üzerinde hareket ettirilebilen bir transdüseri (dönüştürücüsü) olan bu tarayıcı, bir monitör üzerinde iki boyutlu bir görüntü elde edilmesine imkan tanıyordu[2].
Şekil 3: Ian Donald ve geliştirdiği ultrason cihazı[6].
Araştırmalarının sonuçları ilk olarak 1958’de The Lancet dergisinde “Investigation of Abdominal Masses by Pulsed Ultrasound” (Atımlı Ultrason ile Abdominal Kütlelerin İncelenmesi) başlığı altında ortaya çıkmıştır. Başlangıçta meslektaşlarının takındığı şüpheci tavır, ultrasonun sunduğu imkanların fark edilmesiyle çok geçmeden sona ermiştir. Özellikle, Donald daha önceden yumurtalık kanseri teşhisi konulmuş ama aslında yumurtalık kisti taşıyan bir kadının vakasının örnek olarak sunmuştur. Haliyle, bu yeni teknolojinin tanı ve tedavi konusunda nasıl bir fark yaratabileceğini görmek mümkün olmuştur[2]. Donald’ın dediği gibi:
“Arka oda tavrından kurtulup yeni cihazımızı tamamen kullanıma kazandırdıktan sonra inanılmaz klinik sorunları olan bitmek tükenmek bilmeyen hastaların bulunduğu bölümümüzde gerçekten hızlı bir biçimde ilerleyebildik.”[2].
Şekil 4: Donald’ın ultrasonundan elde edilen görüntülerden bazıları[3].
Geliştirmelerin sonrasında tasarımın, 1960’ta “Diyasonograf” olarak ticari üretimine başlanmıştır. Donald 1973’te tıp bilimine yaptığı katkılardan ötürü CBE (İngiltere’de Yüksek Onur Nişanı) ödülünü kazanmıştır[2].
Günümüzde ultrason teknolojisi…
Ultrason, medikal teknolojilerin hızla ilerlemesiyle birlikte sağlık alanında tanı, teşhis ve zaman zaman tedavide kullanılan önemli biyomedikal teknolojilerin başında gelmektedir. Gebelik takibinde fetüsün gelişimi ve hareketlerinden yetişkinlerde organların değerlendirilmesi ve tümörlerin tespitine kadar geniş bir perspektifte yaygın olarak kullanılmaktadır. Gebelik takibinde genel değerlendirme ve kontrol amaçlı olarak kullanılan 2D ultrason, cinsiyet tespiti ve gelişim verilerinin kaydedilmesi amacıyla kullanılan, renkli görüntüleme sağlayan 3D ultrason, fetüsün hareketlerinin ve iç organlarının detaylı olarak incelenebildiği ve bazı genetik hastalıkların teşhis edilebildiği 4D ultrason ve ayrıntılı ultrason, ultrasonografinin sıklıkla kullanıldığı cihaz çeşitlerindendir. Bunların dışında vajinal ultrason ve mamografi jinekoloji ve onkolojide tercih edilen ultrason teknolojileridir[4].
1966’da Don Baker, Dennis Watkins, and John Reid tarafından icat edilen Doppler ultrason teknolojisi ise kalbin dokularında kan akışını görüntüleme amacıyla geliştirilmiş olup günümüzde insan vücudundaki organlarda ve dokularda kan dağılımlarını görüntülemek ile damarlardaki kan akış hızını belirlemek amaçlarıyla kullanılabilmektedir[1].
Ultrason, sağlık alanında geniş bakış açılarıyla tanı ve teşhis sırasında kullanıma göre kolaylıkla geliştirilebilen transdüser (dönüştürücü) şekilleriyle, hastaya zarar veya acı vermeden kullanılabilmesiyle son yüzyılda biyomedikal teknolojiler arasında yeniliğe ve gelişime açık bir medikal teknoloji olarak kabul edilmektedir.
Referanslar
1. Newman, P. G., & Rozycki, G. S. (1998). The history of ultrasound. Surgical clinics of north America, 78(2), 179-195. 2 Temmuz 2021 tarihinde, https://doi.org/10.1016/S0039-6109(05)70308-X adresinden erişilmiştir.
2. Craft, N. (2015). Ultrason. Tıpta Çığır Açan Buluşların Küçük Kitabı, TÜBİTAK Popüler Bilim Kitapları., 135-136.
3. Malcolm Nicolson, (2000). “Ian Donald, Diagnostician and Moralist”, online publication, Royal College of Physicians of Edinburgh. 7 Temmuz 2021 tarihinde,
https://www.rcpe.ac.uk/heritage/ian-donald-diagnostician-and-moralist adresinden erişilmiştir.
4. Leighton, T. G. (2007). What is ultrasound?. Progress in biophysics and molecular biology, 93(1-3), 3-83. 3 Temmuz 2021 tarihinde,
https://doi.org/10.1016/j.pbiomolbio.2006.07.026 adresinden erişilmiştir.
5. “How Does An Ultrasound Machine Work?”. 7 Temmuz 2021 tarihinde,
https://www.scienceabc.com/innovation/how-ultrasound-scanning-sonography-3d-sonogram-work-pregnancy-due-date.html adresinden erişilmiştir. (Şekil 2 orijinalinden Türkçeye çevrilmiştir.)
6. Tansey, E., & Christie, D. (2000). Looking at the unborn: Historical aspects of obstetric ultrasound (Vol. 5, No. 5). Wellcome Trust. 7 Temmuz 2021 tarihinde,
https://www.researchgate.net/publication/32886497_Looking_at_the_unborn_historical_aspects_of_obstetric_ultrasound adresinden erişilmiştir.