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Storia dell'Ecografia

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Il termine SONAR significa “Sound Navigation and Ranging”. La sua storia inizia nel 1822 quando Daniel Colladen, un fisico svizzero, fece uso di una campana subacquea  per cercare di calcolare la velocità del suono  nelle acque del lago di Ginevra. I primi  tentativi  di ottenere delle mappe dei fondali oceanici tramite mezzi ecosonori non ottennero alcun risultato. Nel 1877 Lord Rayleigh in Inghilterra pubblicò il suo famoso trattato “La teoria del suono” in cui venivano chiaramente esposti i principi fisici fondamentali delle vibrazioni sonore (le onde), della trasmissione  e della rifrazione.

 

Il balzo in avanti nelle tecniche eco-sonore venne compiuto nel 1880 in Francia da Pierre Curie  e da suo fratello Jaques con la scoperta dell’effetto piezoelettrico di alcuni cristalli. Essi osservarono che quando veniva esercitata una pressione meccanica su un cristallo di quarzo quale il sale di Rochelle (sodio potassio tartrato tetraidrato) si produceva un potenziale elettrico e che, al contrario, l’applicazione di una carica elettrica produceva una deformazione del cristallo facendolo vibrare. Tale effetto venne poi utilizzato per la generazione e la riproduzione di  ultrasuoni (della frequenza di alcuni milioni di cicli al secondo, i megahertz) negli apparecchi sonografici.

I sistemi di rilevazione subacquea vennero sviluppati dopo l’affondamento del Titanic nel 1912 e nella navigazione sottomarina durante la I Guerra mondiale. Tra il 1914 ed  il 1918  venne ampiamente utilizzato il SONAR nell’individuazione dei sottomarini germanici. Constantin Chilowsky, un russo emigrato in Svizzera, e Paul Langévin, eminente fisico francese di Parigi,   progettarono e costruirono un efficiente apparecchio eco-sonoro, che chiamarono idrofono, un antesignano degli apparecchi medici a tipo SONAR ad emissione eco-pulsati che sarebbero stati sviluppati in seguito. Nei primi anni ’30, in seguito alle scoperte di Langevin, molti transatlantici francesi vennero dotati di sistemi di esplorazione eco-sonora subacquea. La seconda Guerra Mondiale vide ulteriori sviluppi  negli equipaggiamenti radar  navali e militari (con l’impiego di onde elettromagnetiche, non ultrasonore) che contribuirono enormemente alla progettazione di SONAR e di apparecchi di esplorazione ultra-sonora.

Un altro filone nel campo degli ultrasuoni che si sviluppò parallelamente negli anni ’30 fu la costruzione di analizzatori di difetti dei metalli ad ultrasuoni pulsati, utilizzati soprattutto nel valutare gli scafi di grandi navi e le corazze dei carri armati. Il concetto alla base di tali apparecchiature era stato elaborato dallo scienziato sovietico Sergei Y. Sokolov nel 1928 all’Istituto Elettrotecnico di Leningrado. Pionieri di tali apparecchi furono Floyd A. Firestone dell’Università del Michigan e Donald Sproul in Inghilterra. Firestone, nel 1941 brevettò il suo reflettoscopio supersonico”. Kelvin e Hughes in Inghilterra, dove lavorava Sproule, produssero anche uno dei primi analizzatori di metalli ad emissione eco pulsata, l’M1. La versione tedesca fu prodotta da Josef e da Herbert Krautkrämer a Colonia nel 1949. Tali versioni vennero ben presto migliorate in Germania dalla Siemens ed in Austria dalla KretzTechnik. Successive modifiche permisero l’impiego di frequenze più elevate e di pulsazioni di durata minore, permettendo quindi una migliore risoluzione. La disponibilità poi di amplificatori ad altissime impedenze d’ingresso costruiti con tubi elettrometrici di qualità superiore, nei primi anni ’50, permise agli ingegneri di amplificare i loro segnali con conseguente maggiore sensibilità e stabilità delle apparecchiature commerciali. Tali elettroscopi furono i precursori dei successivi apparecchi medici ultrasonici funzionanti in A-mode (unidirezionali) e che vennero usati all’inizio degli anni ’50 da Lars Leksell in Svezia e JC Turner a Londra per lo studio di lesioni cerebrali , e da Inge Edler e Carl Hellmuth Hertz nel 1953 nel primo tracciato cardiaco in M-Mode. Anche i Giapponesi furono attivi nello studio e nella produzione di apparecchiature ultrasoniche, ma i loro studi comparvero solo saltuariamente nella letteratura inglese.

 

Oltre al suo impiego nella navigazione subacquea e nell’analisi delle imperfezioni dei metalli, l’uso iniziale degli Ultrasuoni in medicina rimase confinato alla terapia piuttosto che alla diagnosi, utilizzando la sua azione distruttiva sui tessuti animali. Fu solo nei primi anni ’40 che vennero fatti i primi tentativi per il loro impiego in campo diagnostico.

Karl Theodore Dussik, un neurologo-psichiatra dell’Università di Vienna, è considerato il primo medico ad avere utilizzato gli ultrasuoni in diagnostica medica. Con suo fratello Friederich, un fisico, riuscì ad individuare tumori e ventricoli cerebrali  misurando la trasmissione del fascio di ultrasuoni attraverso la testa, utilizzando un trasduttore su ogni lato. Il suo metodo venne pubblicato nel 1942 in un articolo dal titolo “Iperfonografia del cervello”. In quel tempo egli non ebbe grande successo sia perchè la maggior parte dell’energia degli ultrasuoni veniva assorbita dal cranio sia per l’inadeguatezza degli strumenti di misurazione. Il suo lavoro ispirò comunque quello di altri scienziati oltre oceano, in particolare al Massachussets Institute of Technology.

 

Alla fine degli anni ’40 George Ludwig, un medico dell’Università della Pennsylvania fu uno dei pionieri nell’impiego degli ultrasuoni ad emissione pulsata sui tessuti animali. Con F. Struthers, Ludwig studiò la rilevazione di calcoli tramite gli ultrasuoni, nascondendo tali calcoli nei muscoli degli animali. Il suo lavoro presso il Laboratorio di Bioacustica del Massachussets Institute of Technology, in collaborazione col fisico RH Bolt, ed i medici HT Ballantine ed il tedesco Theodor Heuter, permise la misurazione della trasmissione del suono nei tessuti molli degli animali, che risultò essere di 1500-1600 metri al secondo. Egli dimostrò anche che era possibile ottenere senza troppa distorsione immagini bi-dimensionali. L’attività del MIT proseguì negli anni ’60 influenzando profondamente i successivi sviluppi nella  strumentazione e nelle metodiche ad ultrasuoni.

 

John Julian Wild, laureatosi in medicina all’Università di Cambridge, in Inghilterra, successivamente emigrato negli Stati Uniti alla fine della Ia Guerra Mondiale dopo il 1945, viene considerato il vero fondatore della diagnostica tissutale ad ultrasuoni. Wild, lavorando alla Medico Technological Research Institute di Minneapolis, in Minnesota, insieme a Donald Neal, un ingegnere, pubblicò per primo nel 1949 un lavoro sugli studi ultrasonori unidirezionali (A-mode) di materiali chirurgici intestinali e più tardi di tumori intestinali e della mammella, concludendo che gli aspetti A-mode potevano cambiare. La concezione originale di Wild a proposito dell’impiego della diagnostica ultrasonora in medicina, consisteva più in una metodologia di diagnosi tissutale a seconda delle caratteristiche degli echi di ritorno, piuttosto che in una tecnica d’immagine capace poi di evolvere in metodi capaci di distinguere tra tumori con caratteristiche di benignità o di  malignità. La strumentazione che essi utilizzarono era quella in dotazione alla marina USA per l’addestramento dei piloti all’uso del radar, con la quale era possibile “volare” sopra un contenitore d’acqua che copriva una piantina in scala ridotta del territorio nemico.

 

Donald Neal venne rapidamente impiegato in servizio attivo in una base navale, dopo la guerra di Corea. John Reid, un ingegnere elettronico neolaureato, fu assunto con una borsa di studio del National Cancer Institute come l’unico ingegnere designato a costruire e a lavorare con l’apparato ultrasonico di Wild.

Wild e Reid costruirono rapidamente uno strumento manuale B-Mode lineare: si trattava di un’apparecchiatura eccezionale per quei tempi. Essi furono in grado di scoprire tumori mammari. Nel Maggio del 1953 ottennero immagini in real-time a 15 megahertz di un tumore maligno della mammella, di 7 mm di diametro. Chiamarono la loro tecnica Ecografia o Ecometria sottolineando l’aspetto quantitativo dell’indagine. Ecco uno stralcio di quanto Reid scrisse a proposito del suo apparecchio negli Archives of the American Institute of Ultrasound in Medicine.

Il primo apparecchio a scansione fu costruito prevalentemente da John con pezzi ottenuti con l’aiuto di diversi suoi amici di Minneapolis.  Io riuscii a modificare il circuito di un oscilloscopio. Riuscimmo così a far funzionare la nostra macchina,  ad effettuare le prime registrazioni cliniche, ed ad inviare una pubblicazione allo Science Magazine, il tutto in 10 giorni. L’articolo venne accettato nei primi mesi del 1952  e divenne la prima pubblicazione, a mia conoscenza, riguardante le immagini ultrasonografiche. Venne pubblicata ancora prima di quella di Douglass Howry, il quale utilizzò una macchina molto più complessa verso la fine di quell’anno.”

 

Wild e Reid avevano anche studiato l’impiego di trasduttori endoluminali  e di apparecchi in tempo reale: essi descrissero nel 1955 l’impiego di trasduttori per scansioni  in A-mode vaginali e transrettali.

 

A Denver, all’Università del Colorado, Douglass Howry aveva iniziato alcuni studi ultrasonici pionieristici, già dal 1948. Howry, un radiologo impiegato al Veteran’s Administration Hospital, aveva  concentrato la sua attività nella tecnologia  B-mode. Aiutato dal suo amico e collega nefrologo Joseph Homles, che divenne in seguito il direttore del Laboratorio di Ricerche Mediche dell’Ospedale, Howry costruì nel 1951 con gli ingegneri William Roderic Bliss e Gerald J. Posakony, dapprima il Sistema ultrasonoro ad immersione, cioè la prima sonda lineare da contatto bidimensione B-mode (o PPI, plan position indication mode, a schema di indicazione di posizione), quindi  nel 1954, il “somascopio” dotato di motore, una sonda  a movimento composito  circonferenziale. Il trasduttore del somatoscopio era montato sul bordo di una grossa vasca riempita d’acqua. L’apparecchio riusciva ad eseguire delle scansioni composite, cioè da differenti angolature, di un organo addominale, ottenendo così delle immagini di  qualità superiore. Tali immagini sonografiche vennero chiamate “sonogrammi”.

Nel 1957 venne invece ideato il “pan-scanner”, dove il trasduttore ruotava intorno al paziente secondo un arco semicircolare. Tutti questi apparecchi, anche se in grado di ottenere immagini bidimensionali e sufficientemente fedeli, degli organi corporei, avevano però bisogno che il soggetto fosse in parte o completamente immerso in acqua, e che inoltre vi rimanesse, senza muoversi, per un certo periodo di tempo. Alla fine del 1955 cominciarono ad essere costruiti con le piezoceramiche (di bario e di zirconato titanato) dei trasduttori più piccoli e più efficienti che avrebbero contribuito ad una maggiore sensibilità delle apparecchiature successive. Ben presto si imposero delle varianti più leggere di queste macchine, dotate di sacchetti d’acqua e di trasduttori a contatto e mobili sulla superficie corporea del paziente.

 

Howry e Homles, con gli ingegneri William Wright e Edward Meyers, alla fine inventarono uno scanner composito a contatto, dove il trasduttore poteva essere posizionato dall’operatore (ciò dopo l’incontro con Ian Donald, vedi dopo). Nel 1962 Wright e Meyers abbandonarono l’Università per formare la Physionics Engineering® Inc:  così negli Stati Uniti venne prodotto e commercializzato  il primo scanner composito con braccio orientabile manualmente (dotato di meccanismi di posizione variabili ad ogni giunzione). La Phisionics venne in seguito acquistata dalla Picker® Corporation. La maggior parte del lavoro successivo sugli ultrasuoni venne sviluppato a Denver da Homles e dai suoi Colleghi, cioè da Stewart Taylor, Horace Thompson e da Kenneth Gottesfeld. Questo gruppo pubblicò i primi articoli statunitensi sugli ultrasuoni in Ostetricia e Ginecologia. Douiglass Howry  si trasferì a Boston nel 1962 dove lavorò presso il Massachussetts General Hospital. Morì nel 1969.

 

Nello stesso tempo in Giappone, Kenji Tanaka e Toshio Wagai, chirurghi alla Università di Juntendo a Tokio, con il fisico Rokuro Uchida, stavano effettuando ricerche sugli ultrasuoni nella diagnosi di tumori mammari presso il Laboratori Nihon Musen Radiation and Medical Electronics, noti in seguito nel 1950 col nome di Aloka®. Uchida costruì il primo scanner giapponese ultrasonico in A-Mode nel 1949. Tanaka e Wagai con le strumentazioni del fisico Yoshimitsu Kikuchi di Sendai, iniziarono una ricerca sistematica sugli ultrasuoni nel 1952. Nel 1956, il MIT organizzò ed ospitò un Congresso sulla Bioacustica, con la partecipazione di Wagai, Uchida, Dussik, Bolt, Ballantine, Heuter, Wild, Fry e Howry. Molti di loro si incontravano per la prima volta, e si ebbe così un fruttuoso scambio di opinioni.  William Fry organizzò un altro congresso  sugli ultrasuoni nel 1962  presso l’Università dell’Illinois che risultò un utile punto d’incontro per gli scienziati americani, europei e giapponesi.  

 

Il contributo probabilmente più importante allo sviluppo degli ultrasuoni, in particolare in Ostetricia e Ginecologia, venne da Glasgow, in Scozia, dove Ian Donald era Professore all’Università Dipartimentale di Midwifery.

Riportiamo qui, per le sue caratteristiche di originalità, un estratto di un articolo della rivista dell’Università di Glasgow  Avenue (n° 19 del Gennaio 1996) dal titolo: Ultrasuoni in Medicina – una scoperta di Glasgow che percorse il mondo – del Dr. James Willocks, che descrisse bene quegli eventi:

Esame ad ultrasuoni è un termine familiare. Ogni madre lo conosce e molte ne hanno anche le fotografie. E’ un esame indolore, sicuro ed attendibile. Il suo successo dall’inizio del suo impiego 40 anni fa, è stupefacente. Iniziò a Glasgow all’Università Dipartimentale di Midwifery col Professore Ian Donald, ed allora pareva un esperimento abbastanza pazzoide. Ma Ian Donald era un personaggio geniale ed originalissimo.

Nacque a Cornwall nel Dicembre 1910, figlio e nipote di medici Scozzesi. La sua educazione scolastica iniziò in Scozia e terminò in Sudafrica. Tornò in Inghilterra nel 1931 e si laureò in Medicina alla Scuola di Medicina dell’Ospedale di San Thomas nel 1937. Nel 1939 si arruolò nella RAF dove si distinse particolarmente. Fu decorato al valore per essere entrato in un bombardiere in fiamme con a bordo ancora delle bombe, allo scopo di salvare alcuni aviatori feriti bloccati al suo interno. Il servizio nella RAF stimolò il suo interesse nei congegni di ogni tipo familiarizzando con radar e sonar, basati su tecniche sviluppate da alcuni fisici francesi quali Langevin nel corso della Prima Guerra mondiale allo scopo di identificare i sottomarini.

Tornato a Londra, alla fine della guerra scelse Ostetricia e Ginecologia, e lavorò in diversi ospedali londinesi. La sua prima ricerca riguardò i problemi respiratori nel neonato ed egli ideò un congegno per aiutare i bambini a respirare. Per la sua passione sulle apparecchiature alcuni suoi colleghi londinesi chiamavano Ian “Donald il Pazzo”ma il suo talento venne scoperto da Sir Hector Hetherington, maggiorente dell’Università ed egli fu segnalato al Regius Chair di Midwifery dell’ University of Glasgow. A quel tempo Ian stava lavorando al suo libro "Problemi nella pratica Ostetrica", che gli avrebbe procurato grande fama.  Il suo motto era “l’arte dell’insegnamento è l’arte di condividere gli entusiasmi”. Giovane entusiasta, dinamico, instancabile ed irriverente, non perdeva occasione per sfidare ogni pratica considerata già acquisita; le sue lezioni erano una sorta di festa in cui si alternavano silenzi e scoppi di ilarità. Erano infarcite di riferimenti alla Bibbia ed a Shakespeare, a lui molto familiari,  citati con una vivacità istrionica.

Ben presto il suo interesse si concentrò sul Sonar, con l’idea che questo potesse essere impiegato nella diagnosi medica. L’idea venne trasposta in pratica il 21 luglio 1955, quando visitò, su invito di uno dei direttori marito di una sua paziente,  il Dipartimento della Ricerca dei costruttori di caldaie Babcock & Wilcox a Renfrew. Vi portò due auto, riempiendone  i bagagliai di fibromi e di cisti ovariche recentemente asportate. Su questo materiale e su una grossa bistecca fornita dalla Compagnia ed utilizzata come controllo, eseguì alcuni esperimenti utilizzando un analizzatore industriale di difetti di metalli ad ultrasuoni (in seguito tutti persero l’appetito per le bistecche!). In seguito collaborò con la  Kelvin & Hughes Scientific Instrument Company, in particolare con un giovane tecnico di nome Tom Brown. Quasi per caso Tom Brown era venuto a sapere di questo strano professore che stava tentando di usare un analizzatore di difetti di metalli ad ultrasuoni per diagnosticare  patologie femminili. Telefonò al Professor Donald. Tutto ciò accadde non molto prima che Tom Brown, Ian Donald e il Dr. John Mc Vicar –futuro professore di Ostetricia e Ginecologia all’Università di Leicester – si immergessero in uno studio intensivo sull’impiego degli Ultrasuoni nella diagnosi differenziale tra cisti, fibromi e masse addominali di altra natura.

I primi risultati furono deludenti e l’iniziativa fu considerata con un misto di scetticismo e di ilarità. Quando però ci fu un caso drammatico in cui gli ultrasuoni permisero di salvare la vita di una paziente riuscendo a diagnosticare una grossa cisti ovarica facilmente asportabile, che era stata confusa con un tumore inoperabile dello stomaco, lo studio cominciò ad essere preso sul serio. “Quello– disse McDonald – fu un punto di non ritorno”. I risultati alla fine vennero pubblicati su The Lancet il 7 giugno 1958 con il titolo un po’ arido di “Studi sulle masse addominali con ultrasuoni ad emissione pulsata”. Fu probabilmente l’articolo più importante mai pubblicato  sugli ultrasuoni in medicina. 10 anni dopo Ian descrisse così quel periodo: "Appena riuscimmo a scrollarci di dosso il passato ed ad utilizzare la macchina al Dipartimento su una quantità incredibile di pazienti con le più svariate patologie, i progressi furono rapidissimi. Ogni nuova tecnica diventa ancora più  affascinante se la sua utilità è accompagnata dall’assenza di dolore o fastidio per il paziente…Chiunque sia assolutamente soddisfatto della propria capacità di diagnosi o di trattamento chirurgico non darà mai alcun contributo allo sviluppo di nuove tecniche. Bisogna prima essere rosi dall’insoddisfazione. Ovviamente bisogna avere l’idea giusta al momento giusto, e le idee buone possono giungere alla maniera di Archimede, in bagno.”

 

Nel 1959 Ian Donald notò che si potevano ottenere echi dalla testa fetale, e cercò di sfruttare questo dato. “La cosa ben presto mi appassionò. Al Royal Maternity Hospital di Rottenrow, non c’era nemmeno una stanza dove visitare le pazienti, tanto meno un armadio in cui tenere l’apparecchio, cosicché  io ed il mio collega, il fisico Tom Duggan spingevamo l’apparecchio su un carrellino sino ai letti dei pazienti in pronto soccorso chiedendo loro il permesso di visitarli. Le donne di Glasgow sono meravigliose ed accettavano senza esitazione. Applicammo il metodo delle misurazioni della testa fetale per stabilire la grandezza e la  crescita del feto. Quando nel 1964 aprì il Queen Mother's Hospital si riuscì a migliorare di molto i risultati. Col mio Collega il Prof. Stuart Campbell (futuro Professor al King's College Hospital di Londra) la Cefalometria per parecchi anni divenne il metodo standard di studio della crescita fetale. In pochi anni divenne possibile studiare la gravidanza dall’inizio alla fine e diagnosticare complicanze quali le gravidanze multiple, le anormalità fetali e la placenta previa (causa di emorragie anche mortali).”

 

Il Professor Donald aveva raccolto intorno a sé un gruppo di giovani medici e di  tecnici di talento, tra i quali spiccavano ingegneri di ricerca come John Fleming e Angus Hall, assunti dall’ Università quando la Kelvin Hughes Company venne chiusa nel 1966. John Fleming rimase al Queen Mother's Hospital e fu sempre il tecnico geniale dei successivi progressi ecosonori. Oggi tutte le apparecchiature sono considerate di ideazione giapponese, ma il contributo dell’ingegneria scozzese allo sviluppo delle tecnologie ecosonore in medicina non dovrebbe essere dimenticato.

 

John Wild tornò in Inghilterra  per presentare ad un Congresso nel 1954  la sua nuova scoperta. A tale riunione partecipò Ian Donald che fu lesto a capire quanto gli ultrasuoni avrebbero potuto fare. Pur entrando in questo campo più tardi di Wild, la maggior parte dei lavori pionieristici in particolare nel campo dell’Ostetricia  e della Ginecologia erano iniziati  in Scozia. Wild aveva focalizzato i suoi studi sulla diagnosi dei tumori della mammella e del colon. Nel 1956 Wild pubblicò un articolo fondamentale su 117 noduli mammari, riportando una accuratezza di diagnosi superiore al 90%.

Nonostante questi dati, il metodo ultrasonico di diagnosi tissutale da lui propagandato non raggiunse ampi consensi.

Ian Donald, che parlava di tali apparecchi ultrasonici come di Sonar ultrasonici, ripeteva spesso che  molti dei suoi progressi nel campo degli ultrasuoni erano avvenuti in un misto di coincidenze, casualità e fortuna. La “vescica piena”, che egli scoprì nel 1963, ne fu un esempio. Che la testa fetale essendo un osso cranico simmetrico fosse poi facilmente evidenziabile da un fascio di ultrasuoni in A-mode ne fu un altro, così come lo fu l’opportunità di incontrare numerosi importanti amministratori interessati e di lavorare con un brillante ingegnere come Tom Brown.

 

Brown all’età di 24 anni nel 1954, ideò e costruì con Ian Donald il prototipo della prima sonda B-Mode  da contatto di tipo composito. In seguito il prototipo venne perfezionato diventando nel 1961 il Diasonografo®, prodotto su scala commerciale dalla Smith Industrials of England che aveva acquistato la Kevin and Hughes Scientific Instrument Company. I disegni del quadro di comando erano di Dugald Cameron, allora  studente di disegno industriale alla Scuola d’Arte di Glasgow. Brown concepì anche e brevettò nel 1958 una sofisticata e costosa  sonda B-mode automatica a sacchetto d’acqua e fu proprio durante la presentazione di tale apparecchiatura nel 1960 a Londra che Ian Donald incontrò per la prima volta lo statunitense Douglass Howry, colui che aveva utilizzato per diversi anni lo il più grande scanner circonferenziale a  serbatoio d’acqua  (vedi sopra).

La riunione influenzò il gruppo di Howry che costruì un apparecchio simile a quello di Donald, ma che si trasformò presto in una versione a braccio orientabile a giunzioni multiple. L'apparecchio automatizzato che Brown progettò originariamente per superare gli effetti delle variabili del movimento non andò bene, mentre il Diasonografo® fu venduto in Gran Bretagna ed in Europa, in particolare in Svezia,  a Londra ed a Bristol: proprio qui un altro pioniere degli Ultrasuoni, Peter NT Wells, un fisico medico, stava elaborando un’altra versione della sonda a braccio articolato a giunzioni multiple (cosiddetto a proboscide d’elefante) indipendentemente dalla controparte statunitense, giungendo a porre le fondamenta della Diasonograph electronics.

Una breve descrizione del funzionamento del prototipo Diasonografo®, la sonda composita a contatto, venne fatta da Donald e da Brown nel 1958:

Una sonda contenente entrambi i trasduttori di trasmissione e di ricezione è montata su un supporto graduato, che a sua volta è posto sopra il letto del paziente. La sonda può muoversi in senso verticale ed orizzontale e, quando lo fa, stimola due potenziometri lineari che forniscono dei valori di voltaggio proporzionali all’entità della deviazione rispetto ad un determinato punto di riferimento. La sonda  può anche ruotare ed anche tale movimento viene interpretato da un potenziometro seno-coseno. I voltaggi ottenuti da questo sistema di potenziometri controlla un tubo a raggi catodici elettrostatico, cosicché la direzione della curva del tracciato corrisponde all’inclinazione della sonda, ed il punto di partenza della curva alla posizione istantanea della sonda. La strumentazione è tarata in modo tale che lo stesso punto di riflessione venga riprodotto esattamente nello stesso punto sullo schermo del tubo a raggi catodici da qualsiasi punto venga fatta la scansione, ed una superficie piana viene riprodotta come una linea. Gli echi ricevuti dalla sonda vengono proiettati su tre schermi oscilloscopici: uno schermo a scopia A, un altro combinato B-PPI  proiettabili su un monitor a lunga persistenza utile per lo studio; ed uno schermo con un monitor a breve persistenza con una telecamera montata davanti ad esso. La sonda viene spostata lentamente da un fianco all’altro sull’addome, facendola oscillare avanti ed indietro sul suo albero, per studiare da diverse angolazioni i tessuti profondi.”

 

Joseph Holmes e Ian Donald  divennero poi grandi amici, e Ian Donald insieme a  John Flemming furono invitati a parlare delle loro ricerche al Congresso Internazionale di Pittsburgh organizzato nel 1963 da Holmes e da altri. Dal 1961 Ian viaggiò molto negli Stati Uniti. Durante un discorso al  World Federation for Ultrasound in Medicine and Biology (WFUMB),  nel  1967, disse di Holmes: “Penso che Joe Holmes si sia adoperato più di qualsiasi altro per far convergere tutti i nostri differenti percorsi”. Holmes nel 1973 divenne il fondatore del Journal of Clinical Ultrasound.  

 

In Europa, Bertil Sunden a Lund, in Svezia, aveva iniziato nel 1958 alcuni studi sui parti prematuri col suo Professore di Ostetricia e Ginecologia  Alf Sjovall, utilizzando un ecoscopio in A-Mode (un Krautkramer® reflectoscope USIP 9 ). Egli venne a trovare Ian Donald  per 3 settimane nel 1960, desiderando studiare le scansioni in B-Mode. Il suo lavoro al Dipartimento di Donald portò all’invio del Diasonografo® di seconda generazione a Lund, col quale Sunden discusse la sua tesi di dottorato sull’uso degli Ultrasuoni in Ostetricia e Ginecologia, riportando la sua esperienza su 400 casi  di patologia pelvica. Egli studiò anche i possibili effetti dannosi degli ultrasuoni su ratte gravide, senza trovarne alcuno. In realtà a Lund  gli studi sugli Ultrasuoni erano iniziati già dal 1953 in cardiologia ed in neurochirurgia, facendo uso dei reflettoscopi.

ID Selezneva, discepola del famoso scienziato sovietico SY Solokov, nel 1962, pubblicò un lavoro sulla ecografia in Unione Sovietica. RA Khentov la seguì con numerose pubblicazioni di argomento ostetrico e ginecologico.

 

Importanti contributi giunsero dopo il 1965 da Hans Henrik Holm, Jorgen Kristensen e Jens Bang  a Copenhaghen, Danimarca, da D. Hofmann, Hans Holländer e P. Weiser dell'Università di Wilhelm a Münster, Germania, ed anche da Alfred Kratochwil della seconda università Frauenklinik, Vienna, Austria.

Questi avevano usato il Vidoson®, della Siemens Medical Systems®, uno scanner  composito a contatto, lo scanner vaginale della KretzTechnik®. Alfred Kratochwil era probabilmente il più creativo di tutti i ricercatori in Europa. Hans Henrik Holm creò un laboratorio di ultrasuoni all'ospedale di Gentofte a Copenhaghen in 1964, con un agguerrito gruppo di ricerca. Lo stesso Holm progettò la loro versione d'uno scanner a braccio orientabile che successivamente venne adottato  per la produzione commerciale dalla Smith Kline and French negli Stati Uniti.

 

Nel 1966, la fabbrica degli Smiths in Scozia  non rendeva. Allo stesso tempo la Corte suprema degli Stati Uniti decretò a sfavore degli Smiths ed a favore delle Automation Industries  di Denver, a proposito dei cosiddetti "brevetti Firestone" sulle prove ultrasoniche. Come parte dell’accordo, gli Smiths decisero di ritirarsi sia dalle applicazioni industriali che da quelle mediche sugli ultrasuoni, e Automation Industries  acquisì i diritti  sui brevetti Smith. I brevetti Brown sullo scanner bidimensionale da contatto facevano parte di questo “pacchetto”. Gli Smiths vendettero la parte commerciale medica alle Nuclear Enterprises (G.B.) Ltd di Edinburgo, che rilevò la produzione del Diasonograph®. Ian Donald fu costretto a installare il suo reparto di tecnologia ultrasonica al Queen Mother's Hospital. John Flemming ed Angus Hall lo aiutarono. Lavorarono come ingegneri su tutti i progetti sugli ultrasuoni e Flemming lavorò fino al suo pensionamento nel 1997. Attualmente è coordinatore della collezione storica del BMUS ed è responsabile delle apparecchiature ultrasoniche al museo di Hunterian, all' università di Glasgow.

 

La stessa era vide una proliferazione di nuove apparecchiature negli Stati Uniti, in Europa ed in Giappone. Physionics® produsse la sua seconda versione dello “scanner composito a contatto con porta-braccio” nel 1964, che venne ampiamente impiegato negli Stati Uniti.

KretzTechnik continuò nel 1967 con la sua prima versione di scanner a contatto con braccio articolato, mentre i giapponesi stavano usando un modello prodotto dalla Compagnia Aloka®.

 

Il primo congresso mondiale sugli ultrasuoni in diagnostica medica" si tenne a Vienna nel 1969 ed il secondo a Rotterdam nel 1972 dove vennero presentati moltissimi articoli su questo argomento. Queste riunioni identificarono e riunirono un gruppo internazionale di clinici e di scienziati che dovevano interessarsi allo sviluppo ed alla strumentazione e della metodologia degli ultrasuoni. In Europa, G. Boog, F. Weill, A. Kuhn, E De Mot (Francia), Jerzy Groniowski, I. Roszkowski (Polonia), Manfred Hansmann, B-Joachim Hackelöer, H. Schillinger (Germania), Malte Hinselmann (Svizzera), Salvator Levi (Bruxelles), Asim Kurjak (Iugoslavia, ora Croazia), Juriy Wladimiroff (Rotterdam), Paavo Pystynen, Pekka Ylöstalo, Pentti Jouppila (Finlandia), Alberto Zacutti, C. Brugnoli, Achille Ianniruberto (Italia), insieme a molti altri,  svilupparono presto una enorme mole di lavoro in ostetricia e ginecologia. I delegati di 13 società europee di ultrasuoni si incontrarono a Basilea, in Svizzera nel 1972 per formare la federazione europea delle società per gli ultrasuoni in medicina e in biologia (EFSUMB).

 

Presto sempre nuove macchine quali la Laminograph® 102 ed il Portascan® 661-BU della Picker, l’ Echoline®-20 della SKI, l’Ultrasongraph® 4100 della KretzTechnik, il Diasonograph® 4102 della Nuclear Enterprise e gli scanner compositi a contatto SSD-20® della Aloka divennero disponibili, mentre Jan C. Somers e Nicolaas Bom nei Paesi Bassi introdussero rispettivamente in 1968 ed in 1971 i trasduttori di fase e quelli lineari.

Nel frattempo in Gran Bretagna, EI Kohorn e Stuart Campbell a Londra, Patricia Morley e Ellis Barnett a Glasgow, Peter Wellsa a Bristol, Hyton Meire e Pat Farrant nel Middlesex, Christopher Hill al Royal Marsden estendevano gli studi sugli ultrasuoni in vari campi. Hugh Robinson emigrato in Australia si interessò dell'applicazione degli ultrasuoni nella valutazione della sterilità al Royal Women's Hospital di Melbourne. Nel 1969 venne fondato il Gruppo Medico Britannico sugli Ultrasuoni. Il gruppo in seguito cambiò nome nel 1977 e divenne ufficialmente la Società Medica Britannica degli Ultrasuoni (BMUS).

 

Negli Stati Uniti, all' inizio degli anni 60, J Stauffer Lehman, a Hahnemann, presso Filadelfia, si occupava  dello sviluppo delle tecnologia degli ultrasuoni negli Stati Uniti.  Con la Smith Kline Instruments® aveva partecipato alla produzione, da parte dell'azienda, degli scanner a contatto in  B-mode, apparecchi di punta nella loro  lista di strumenti per ecocardiografia in A- e M-Mode. La sua squadra successivamente assunse George Evans e Marvin Ziskin. Le immagini ad ultrasuoni dal laboratorio di Hahnemann vennero pubblicate nella rivista LIFE® nel settembre del 1965. Barry Golberg successivamente nel 1968 affiancò Lehman ed allargò la ricerca. Pubblicò moltissimi articoli su diversi argomenti anche di ecocardiografia e di ultrasonografia interventistica e nel 1965 fu fra i primi a diffondere la cefalometria fetale al di fuori della Gran-Bretagna. 

Lajos von Micsky, che lavorava al St. Luke's Medical Center di New York, fu uno dei pionieri delle apparecchiature ultrasonografiche endoscopiche. Egli nel 1963 creò un laboratorio di bioacoustica ed elaborò diversi scanner transvescicali, rettali e trans-vaginali. M. Kobayashi, Arthur Fleischer, W Frederick Sample, George Leopold, Roy Filly, Roger Sanders e Fred Winsberg  dopo gli anni 60 svolsero una enorme quantità di lavoro  sull' applicazione degli ultrasuoni in Ostetricia e Ginecologia. Nel 1965, Winsberg fu il primo per usare lo scanner in tempo reale della tedesca Vidoson® negli Stati Uniti

L’ Istituto americano degli ultrasuoni in  medicina (AIUM) che fu fondato nel 1952 da un gruppo di medici che si occupavano soprattutto dell’impiego degli ultrasuoni in medicina cominciò ad accettare membri solo dal 1964. Da allora gli ultrasuoni diagnostici rappresentarono l’applicazione principale dell' organizzazione. Il Primo congresso sulla diagnosi con ultrasuoni si tenne a Pittsburgh, in Pensylvannia, nel 1965 e ed ottenne la partecipazione di tutti i pionieri degli ultrasuoni. Il Journal of Ultrasound in Medicine, la Rivista ufficiale dell’AIUM, venne inaugurato nel 1982 sostituendo il Journal of Clinical Ultrasound come principale veicolo di comunicazione tra i membri dell’associazione.

 

Nel frattempo, la H. Takeuchi, il S. Mizuno, K. Nakano e M. Arima continuavano il lavoro di Ishihara e di Murooka all' università di Juntendo a Tokyo, in Giappone e sperimentavano nuove versioni dello scanner transvaginale in A-Mode. La prima esplorazione ad ultrasuoni d'un sacco gestazionale di sei settimane venne segnalata in lingua giapponese nel 1963. Il gruppo fu molto attivo in molti campi di ricerca e produsse un numero enorme di pubblicazioni, dalla diagnosi precoce di gravidanza alla cefalometria alla placentografia.

 Nel 1965 riportarono un’ampia casistica di tumori pelvici utilizzando sia sonde lineari da contatto a sacchetto d’acqua sia sonde  articolate da contatto a braccio articolato. Un altro gruppo composto da T. Tanaka, della I. Suda e della S. Miyahara iniziò delle ricerche sulle differenti fasi della gravidanza nel 1964. La Società Giapponese degli Ultrasuoni in Medicina fu fondata ufficialmente nel 1962.

 

Nella Repubblica di Cina, An Shih fondò nel 1958 il Gruppo di ricerca medico sugli Ultrasuoni di Shanghai al Sixth People's Hospital di Shanghai;  la sua squadra comprendeva Tao-Hsin Wang e Shih-Yuan. Nello stesso anno essi iniziarono delle indagini ultrasoniche usando un rilevatore modificato dei difetti del metallo (il tipo Chiang Nan I) prodotto alla Chiang Nan Ship Building Plant. Il gruppo pubblicò nel 1960 un rapporto preliminare sull'applicazione degli ultrasuoni diagnostici in varie situazioni cliniche. Questo articolo pubblicato in cinese nel “Chinese Medical Journal” non fu noto in occidente se non 2 anni dopo, quando apparve un loro successivo articolo dal titolo "L'impiego degli ultrasuoni pulsati nella diagnostica clinica" pubblicato nell' edizione in lingua straniera dello stesso giornale. In questi articoli venne descritta la diagnosi ultrasonica in A-Mode della Mola Idatidea, con la dimostrazione tra le pareti prossimale e distale dell’utero di un aumento significativo del numero di piccoli spot ecogeni.

Altri lavori in ostetricia e ginecologia vennero eseguiti da Xin-Fang Wang e da Ji-Peng Xiao all' Università medicina di Wuhan (ora Università di Medicina di Tongji) nello Wuhan, in Cina. Nel 1963, il gruppo riportò una casistica di risultati sonografici in 261 gravidanze anormali, e nel 1964 descrisse l’ecocardiografia fetale in M-mode - probabilmente il più precoce di tali rapporti nella letteratura medica -. La Cina a quel tempo era chiusa al mondo esterno e le apparecchiature venivano prodotte solo localmente. Oltre alle sonde in A-Mode, le apparecchiature in B-Mode venivano costruite da una fabbrica di radar nello Wuhan. Purtroppo tali ricerche avanzate vennero bloccate con la rivoluzione culturale nel 1966 e non ripresero che alla fine degli anni 70. Chow Wing di Hong Kong, aveva studiato con Ian Donald a Glasgow per 6 mesi sabbatici nel 1968 ma una vera attività nel suo paese d’origine non iniziò che nel 1975 a causa dei vincoli finanziari ed amministrativi.

In Australia, la Sezione di Ricerca sugli Ultrasuoni presso il Laboratorio Acustico Nazionale (precedentemente del Commonwealth - CAL) di Sydney  venne varata nel 1959, con l' obiettivo di creare un centro tecnico specializzato nel campo degli ultrasuoni in  medicina. Direttore della Sezione era il fisico George Kossoff. Il CAL era stato fondato nel 1948 dal governo australiano per stimolare la ricerca nel campo dei deficit uditivi. Un “comitato per gli ultrasuoni” era stato creato nel 1955 sotto la presidenza di Norman Murray. Nel 1958 Murray visitò il laboratorio di Joseph Holmes e rimase colpito dall’utilità degli ultrasuoni come strumento diagnostico. Presto, l’anno successivo, venne quindi istituita la Sezione Ricerca sugli Ultrasuoni.

Lavorando insieme a William Garrett, un ginecologo del Royal Hospital for Women di Sydney desideroso di avere un nuovo metodo diagnostico per la localizzazione placentare, Kossoff nel 1959 iniziò ad usare l’ecoscopio CAL ad acqua, perfezionandolo poi nel 1962. La sua squadra comprendeva, dal 1961,  David Robinson, un altro brillante ingegnere. Essi riferirono dei loro risultati in ostetricia al Simposio Ultrasonics che si tenne nell' Illinois l’anno seguente. L’"ecoscopio" originario venne poi sostituito nel 1969 con una versione Mark II, che già comprendeva una scala dei grigi per le immagini,  ancora prima dell' invenzione del “convertitore di immagini”. Il gruppo pubblicò nel 1971  immagini ostetriche ottenute con la scala dei grigi al Meeting Internazionale di Ingegneria Biologica a Melbourne e poi nel 1973 al Congresso mondiale di Diagnosi ultrasonica in Medicina a Rotterdam . Nel 1975, essi costruirono l’UI Octoson®, una sonda multi-trasduttore veloce a bagno d'acqua, che incorporava  il neo-nato  convertitore di immagini.

[continua]