Шигео Сатомура: пионер ультразвуковой допплерографии в медицине

Введение

Японский физик Шигео Сатомура (里村茂夫) — японский физик, которому приписывают внедрение ультразвуковой допплерографии в практическую медицинскую диагностику в 1950-х годах. Эти методы сделали возможным неинвазивный мониторинг кровотока в организме человека.

Жизнь

Сатомура родился в 1919 году в Осаке и провел большую часть своей карьеры в различных учреждениях Осакского университета. В 1944 году он защитил диссертацию на степень доктора философии в Школе физики, а затем работал в Институте научных и промышленных исследований. В 1952 году он стал доцентом и получил степень доктора медицинских наук в 1960 году. Он скончался от внезапного субарахноидального кровоизлияния в больнице Осакского университета в том же году и был посмертно удостоен звания профессора.

Исследования

Сатомура первоначально работал в области физики, а в 1955 году начал применять микроволновое и ультразвуковое излучение для изучения дефектов в промышленных материалах. Его научный руководитель, Киндзиро Окабе, посоветовал ему расширить эти методы для медицинской диагностики человеческого тела. Он сотрудничал с кардиологами из Университетской больницы Осаки и попытался отслеживать пульсацию сердца и кровеносных сосудов. В декабре 1955 года они опубликовали свои первые измерения доплеровского сдвига ультразвуковых сигналов от бьющегося сердца, облученного волнами частотой 3 МГц. Эта работа была продолжена с целью разработки устройства для измерения доплеровских сдвигов от пульсирующих кровеносных сосудов, которое было описано в журнале Американского акустического общества в 1957 году. Коммерческая версия этого устройства была выпущена в 1959 году компанией NEC под названием "Допплеровский реограф". Результаты, полученные с прототипа допплеровского расходомера, легли в основу докторской диссертации, представленной Сатомурой в ноябре 1959 года. Его коллега, Зиро Канеко, нейропсихиатр, предложил использовать эту технику для мониторинга кровотока в головном мозге с целью дифференциальной диагностики болезни Альцгеймера и цереброваскулярных заболеваний. Они начали эту работу в июле 1958 года и в том же году впервые зарегистрировали ультразвуковые доплеровские сигналы от артерий и вен на поверхности кожи. Результаты были представлены в октябре 1958 года на заседании Японского акустического общества и опубликованы в 1959 году в журнале Японского акустического общества. В 1959 году о них сообщила газета "Майнити Симбун" – ведущая японская газета. К началу 1960 года Сатомура завершил еще два исследования, посвященные "Ультразвуковому допплеровскому кардиографу" и "Ультразвуковому реографу крови". Эти результаты были представлены Канеко в том же году на Третьей международной конференции по медицинской электронике. Сатомура и Канеко пришли к выводу, что их допплеровский расходомер может отслеживать различные типы кровотока, анализируя интенсивность допплеровского шума, но не позволяет определить абсолютные значения расхода крови. Их результаты положили начало развитию неинвазивного спектрального анализа кровотока, включая допплеровскую эхокардиографию и допплеровскую сонографию. Хотя аналогичное устройство, названное "пульсовым ультразвуковым расходомером", было разработано группой Дина Франклина в Университете Вашингтона (Сиэтл, США), его датчик требовал непосредственного контакта со стенкой кровеносного сосуда. Группа Франклина сообщила о дистанционном допплеровском зондировании кровотока только в 1966 году, ссылаясь на работы Сатомуры и Канеко.

Satomura initially worked in areas of physics and in 1955 applied microwave and ultrasonic radiation to study defects in industrial materials. His supervisor, Kinjiro Okabe, advised him to extend those techniques to medical diagnosis of the human body. He teamed with cardiac physicians of the Osaka University Hospital and attempted to monitor the pulsations of heart and blood vessels. In December 1955 they published their first measurements of the Doppler shift of ultrasonic signals from a beating heart irradiated by 3 MHz waves. This work was extended to design a device measuring the Doppler shifts from pulsating blood vessels, which was described in the Journal of the Acoustical Society of America in 1957. A commercial version of this device was launched in 1959 by the NEC as the "Doppler Rheograph". The results obtained with the prototype Doppler flowmeter became the core of the doctoral thesis submitted in November 1959 by Satomura. His collaborator Ziro Kaneko, a neuropsychiatrist, proposed to use this technique for monitoring blood flow in the human brain to distinguish the Alzheimer and cerebrovascular diseases. They started this work in July 1958 and in the same year detected ultrasonic Doppler signals from arteries and veins at the skin surface. The results were presented in October 1958 at the meeting of the Acoustic Society of Japan and published in 1959 in the Journal of the Acoustic Society of Japan. They were popularized in 1959 by the Mainichi Shimbun, a leading newspaper in Japan. By early 1960, Satomura completed two other studies on an "Ultrasonic Doppler Cardiograph" and "Ultrasonic Blood Rheograph". These results were presented by Kaneko in the same year at the Third International Conference on Medical Electronics. Satomura and Kaneko concluded that their Doppler flowmeter could monitor various types of blood flow, via the intensity of the Doppler noise signal, but it could not provide absolute flow values. Their results launched the field of non invasive spectral analysis of blood flow, including Doppler echocardiography and Doppler sonography. Although a similar device named a "pulsed ultrasound flowmeter" was designed by the Dean Franklin group at the University of Washington, Seattle, USA, its sensor had to be directly attached to the blood vessel wall. The Franklin group reported remote Doppler sensing of blood flow only in 1966, citing the work by Satomura and Kaneko.