От торпеды до мозга

1 мая 1941 года австрийский психиатр Карл Дуссик сообщил о своих опытах, показавших, что ультразвук можно использовать для диагностики. Это день рождения УЗИ.

Горящие руки «Лузитании»

Об ультразвуке знали давно, однако применение ему нашлось после того, как 7 мая 1915 года германская подводная лодка потопила трансатлантический лайнер «Лузитания». Из 1962 пассажиров и членов экипажа выжило только 764. Немцы оправдывались тем, что в трюме парохода перевозили боеприпасы для их противника. С точки зрения военной логистики большая удача: торпеда ценой 25 тысяч франков уничтожила имущества на 30 миллионов.

Лайнер «Лузитания» в момент взрыва немецкой торпеды у правого борта. Раскрашенная иллюстрация для «Нью-Йорк Хералд».

Константин Васильевич Шиловский (1880-1958) — физик, политэмигрант, бежавший от охранки в 1906 году и работавший в Париже — подал французскому правительству проект эхолота. Проект приняли. Шиловский вместе с Полем Ланжевеном (1872-1946) за год сделал излучатель с приёмником, способный засечь вражескую подводную лодку за несколько километров. По ходу дела отметили, что рыбы могут погибнуть от ультразвука, и почему-то решили, будто твёрдые тела его не пропускают.

УЗИ стала возможна, когда нашлись два человека — один открыл проницаемость твёрдых тел, а другой посмел просветить ультразвуком свой собственный мозг.

«Сын народа»

Заблуждение развеял физик Сергей Соколов (1897-1957), который с детства привык не слушаться старших. Он был сыном небогатого крестьянина из села Кряжин Саратовской губернии. С 7 лет вместе с родителями ходил пропалывать огород в ближайшем дворянском имении. Полол плохо, предпочитая лежать на траве с книжкой. Отец за это наказывал, мать молча работала за двоих. Повинна во всём была бабушка Матрёна — мать отца — чьим любимцем был Сергей. Это она выучила ребёнка читать и давала с собой книги. По настоянию бабушки любознательный мальчик окончил сначала церковноприходскую школу, а потом интернат, откуда вышел дипломированным сельским учителем.

Сергей Яковлевич Соколов, советский физик, создатель звуковидения.

Педагогом не работал, потому что заинтересовался электричеством и поступил в саратовское техническое училище. А оттуда в Гражданскую войну был призван собирать гальванические элементы для радистов Красной армии. Сергей стал комсомольцем, и по рабоче-крестьянской квоте легко поступил в петроградский Электротехнический институт (ЭТИ, позднее ЛЭТИ).

Хотя институт освещали невиданные в остальной России лампы дневного света, там не топили, как и во всём Петрограде. Хлеб студентам и преподавателям давали раз в день во время занятий. Зато комсомольская жизнь била ключом на собраниях, где студенты-«гегемоны» ругали студентов из дворян и интеллигенции. Соколов кричал едва ли не громче всех, однако нравились ему только однокурсницы из хороших семей. Одну из них, Валю Ларионову, он попросил объяснить непонятные вопросы электротехники. Закончилось свадьбой.

Привести в общежитие девушку, выросшую в отдельной квартире, было немыслимо. Чтобы снять комнату, Соколов нашёл заработок — ходил по квартирам и делал электропроводку. А наладив электроснабжение бани, впервые почувствовал себя обеспеченным.

Случайность, которая всё решила

Когда молодожёны въехали в съёмную комнату на Каменноостровском, 73, оказалось, что в соседней квартире живёт великий физик Леонид Исаакович Мандельштам (1879-1944). Сергей попросился к нему в Центральную Радиолабораторию. Мандельштам написал условия сложной задачи и дал на решение 3 дня. Соколов вышел на лестничную клетку, прямо на подоконнике решил и тут же вернулся. Ему сразу ответили: «Оформляйтесь».

Был у Мандельштама сотрудник, учившийся у Ланжевена. Ожидали, что он сумеет склеить из кристаллов кварца такой же излучатель ультразвука, как у французов. А сотрудник не сумел подобрать состав клея. Дело поручили Соколову. Тот долго колдовал, но справился. И начал играть: решил замерить, как быстро затухает ультразвук в твёрдом теле. На ветвях деревьев парка ЛЭТИ развесили до 800 метров провода — ультразвук по ним прекрасно проходил. Затухал там, где в металле были раковины.

Дефектоскоп Соколова — первая в мире установка для контроля качества металлов при помощи ультразвука. 1934 год.

Тогда Соколову пришло в голову положить стальной лист на излучатель и залить сверху маслом. Проходящий через сталь ультразвук вызывает на поверхности масла рябь — везде, кроме как над пустотами в металле. Так возникло звуковидение.

«Расово неполноценные» дети дантиста

В 1937 году венский психиатр Карл Тео Дуссик (1908-1968) случайно прочёл пересказ статьи Соколова. Дуссик наткнулся на реферат, перекладывая книги своего младшего брата Фридриха (1910-1988), начинающего физика.  И подумал, что опухоли мозга тоже отличаются по свойствам от здоровых тканей, так что дефектоскопия должна их обнаружить. Но как подставить голову под луч, от которого дохнет рыба?

Карл Дуссик, венский психиатр, специалист по лечению шизофрении, отец ультразвуковой диагностики.

Психиатры того времени меньше других врачей боялись сильных воздействий на мозг. Тот же Дуссик был авторитетом в использовании инсулинового шока как средства от шизофрении: больного погружали в искусственную гипогликемическую кому (метод опасный и малоэффективный, впоследствии от него отказались). Почему не попробовать ещё и ультразвук? Дуссик преподавал на медицинском факультете Венского университета, и заказал на соседнем физическом факультете испытательную установку вроде соколовского дефектоскопа. Пока её строили, случился аншлюс: Австрию присоединила нацистская Германия.

Порядки в университете установились фашистские. Сразу вспомнили, что отец Дуссика, зубной врач из Чехии — «расово неполноценный славянин» — и Карл Тео вылетел со своей профессорской должности. Обиделся, уехал из Третьего Рейха в США, где психиатры венской школы весьма ценились. Но уехал ненадолго.

Во-первых, дома остался младший брат Фридрих Дуссик, который тоже потерял работу. Только защитил диссертацию о константе распада тория, как нацисты закрыли для «расово неполноценных» всякую тематику по ядерной энергии. Но и выпускать не хотели, так что Фридрих лишился средств к существованию.

Во-вторых, от расовых репрессий бежало две трети венских врачей. Докторам теперь платили щедро, как в Штатах. И если евреев дома ждал концлагерь, то славян — вне стен университета, конечно — ещё можно было потерпеть. Их звали назад. Карл Дуссик стал заведующим неврологическим отделением крупнейшей больницы «Альгемайне поликлиник» (после войны это место займёт знаменитый психиатр Виктор Франкл).

Смертельный номер

В своём отделении Дуссик довёл до конца задуманный опыт — подставил свой висок под ультразвук частотой 1,5 МГц — и приёмник у другого виска зафиксировал ультразвуковой луч, хотя и несколько рассеянный и ослабленный. В ходе опыта Карл Дуссик не ощутил ровным счётом ничего.

Иллюстрация из статьи Дуссика от 1 мая 1941 года: опытная установка для регистрации прохождения ультразвука через биологические препараты. Изменение мощности излучения показывает стрелка миллиамперметра.

Теперь они вместе с братом собрались заработать, выпуская установки для лечения ультразвуком ревматизма, надеясь получить ещё заказ на диагностический прибор. 1 мая 1941 года Дуссик написал для медицинского журнала статью о своих экспериментах. А когда материал сдали в набор, уже шла война с Советским Союзом, и автор значился как «фюрер санитарного подразделения люфтваффе». «Фюрером» он стал не по своей воле: ВВС несли на Востоке потери, в берлинском госпитале для лётчиков требовались неврологи, и Дуссика призвали в армию.

Любопытно, что в статье, вышедшей, когда немцы стояли под Москвой, упоминается Соколов. Который как раз в это время поставлял «фюреру» Дуссику пациентов, поскольку на токарном станке в лаборатории ЛЭТИ вытачивал стаканы для зенитных снарядов.

В 41-м Соколов несколько часов пролежал на Кировском мосту, пока шёл обстрел, а потом его эвакуировали в Горький. В 43-м берлинский госпиталь люфтваффе разбомбили, и Дуссика вместе с пациентами отправили в глубокий тыл на курорт Бад-Ишль. После войны там некоторое время был американский военный госпиталь, а затем государственная больница, где в 1946 году братья Дуссики вернулись к своим опытам.

С астроцитомой повезло

Голову пациента погружали в ванну с водой, высовывался только нос. Затем сканировали в двух плоскостях, передвигая датчик. Приёмник с другой стороны головы улавливал измененный ультразвук, перепады мощности которого меняли яркость свечения электрической лампочки. Эти изменения фиксировала фотобумага на вращающемся барабане. Так состоялось первое в истории ультразвуковое сканирование человеческого тела. Дуссик провёл его на себе летом 1946 года. Там, где на снимке должны были находиться заполненные ликвором желудочки, действительно помещалось тёмное пятно.

Братья обрадовались и просветили мозг 34-летней пациентки, которая с 3 лет страдала эпилептическими припадками. В теменной доле зафиксировали странное крестовидное затемнение. Заведующий хирургическим отделением доктор Крюгер выполнил операцию и обнаружил плоскую опухоль-астроцитому, которую не могли выявить ни ангиография, ни ЭЭГ. Больная полностью выздоровела.

Красивая, но на поверку ошибочная интерпретация картины, полученной при анализе прошедших сквозь голову пациента звуковых лучей. Братья Дуссики, 1952 год.

Откуда взялся ручной трансдьюсер

Зато отраженный ультразвук давал весьма ценные результаты. Опухоли действительно отражают звуковые волны сильнее здоровых тканей. Но установки были необычайно громоздкими: чтобы звуковая волна не терялась в воздухе, пациент погружался в ванну с водой, держа в руках огромный излучатель.
Знакомый всем посетителям кабинета УЗИ датчик-трансдьюсер создал тот же Соколов. Задумывалось это устройство как ультразвуковой микроскоп размером с ручной фонарик. В 1955 году на конгрессе в Брюсселе изобретатель так объяснил его устройство: «Узкий пучок ультразвуковых лучей, испускаемых пьезоэлектрической кварцевой пластинкой, «освещает» рассматриваемый предмет. Рассеянные предметом лучи проходят через акустическую линзу, собираются ею и попадают на приемную пластинку…»

Первая аналоговая установка УЗИ с изображением на экране осциллографа. В ванне с водой — один из разработчиков аппарат Джеральд Посакони, чья почка видна на экране. Денвер, Колорадо, 1954.

К тому времени Соколов, необычайно удачливый в науке, чувствовал себя плохо. Внедрив контроль качества на оборонных заводах, он из учёного стал администратором, всё время которого уходило на то, чтобы доставать, добывать и выбивать. Министры ненавидели Соколова, потому что его дефектоскопы выявляли много брака и мешали выполнять план.

Когда неприятности подорвали здоровье Сергея Яковлевича, он обратил внимание на медицину. Сначала сконструировал ультразвуковой небулайзер — распылитель для ввода лекарств в носоглотку больных астмой. Потом задумал трансдьюсер и рвался доложить о нем в Брюсселе, хотя врачи запретили ему лететь самолётом, пугая острой сердечной недостаточностью. Тем не менее Соколов слетал, вернулся очень довольный — и немедленно попал в больницу. Он и там проводил совещания своей кафедры, приговаривая: «Так много дел, а я лежу. Вот поправлюсь, стану помогать медикам, я уже кое-что придумал!»

Не в силах вынести больничный режим, Соколов отпросился домой. Врачи давали ему всего несколько дней, но он прожил ещё полгода, пока 20 мая 1957 года не умер от остановки сердца. Ожидая машину, которая должна была везти его в лабораторию.

Источники и дополнительные материалы:

— Dussik, K. Über die Möglichkeit, hochfrequente mechanische Sehwingungen als diagnostisehes Hilfsmittel zu verwerten (Первая работа Дуссика о возможности применения ультразвука в диагностике, написанная 1 мая 1941 года). Zeitschrift für die Gesamte Neurologie und Psychiatrie, 74: 153-168, 1942

— Dussik, K, Weitere Ergebnisse der Ultraschalluntersuchung bei Gehirnerkrankungen (Доклад Дуссика на посвященной УЗИ конференции 1952 года в Бад-Ишле, с рассказом о его исследованиях) Acta Neurochirurgica, Вd. 2, сентябрь 1952

— В.К. Иофе, Е.Н. Мясникова, Е.С. Соколова. Сергей Яковлевич Соколов. (Подробная биография Соколова). Ленинград, 1976

— Edwar Yoxen. Seeing with sound. Глава об истории УЗИ из книги «The social construction of technological systems», 1987

— Joseph Woo. Karl Dussik. (Подробная биография Карла Дуссика). Декабрь 2006