PAH'IN TARİHÇESİ - TANILAMA YÖNTEMLERİNDEKİ GELİŞMELER -6- EKOKARDİYOGRAFİ (EKO) - 2024.10.14

PAH'ın Tarihçesi - Tanılama Yöntemlerindeki Gelişmeler -6- Ekokardiyografi (EKO)

1953- Fizikçi Carl Hellmuth Hertz (1920-1990) ve Dr. Inge Gudmar Edler (1911-2001), Denizaltı Tespiti İçin Kullanılan SONAR Teknolojisini Kalp Hastalıklarının Teşhisinde Kullanarak Ekokardiyografinin (EKO) Temellerini Attılar.

Ultrason görüntüleme, mucitleri Nobel Ödülü almamış olsa da, tıpta en yaygın kullanılan ve önemli referans araçlarından biridir.

“Eko” (yankı) terimi, Batı dillerinde Yunan mitolojisinden gelir. Yunan mitolojisindeki Echo karakteri, adını Yunanca "ses" anlamına gelen "echo" kelimesinden almıştır.

Echo, başlangıçta güzel bir konuşma yeteneğine sahipti, ancak tanrıça Hera’nın öfkesini çektiği için lanetlendi. Bu lanet nedeniyle, Echo artık sadece başkalarının söylediklerini tekrar edebiliyordu1. Echo, Narcissus’a aşık oldu, ancak Narcissus kendi yansımasına aşık olduğu için Echo’nun aşkına karşılık veremedi. Bu karşılıksız aşk, Echo’nun büyük bir üzüntü içinde eriyip sadece bir ses olarak kalmasına neden oldu

Akustik biliminin tarihi, M.Ö. 6. yüzyılda yaylı çalgıların matematiksel özellikleri üzerine araştırmalar yapmış olan Pisagor (Pythagoras M.Ö. 570 -495)'a kadar uzanır. Antik Roma döneminde yaşamış olan Marcus Vitruvius Pollio (M.Ö. 80-M.S. 15), günümüze ulaşan en eski on ciltlik eseri De Architectura (Mimarlık)'da tiyatrolardaki dört farklı ses yansımasını tanımlayarak yankının bilinen ilk sınıflandırmasını yapmıştır. Pierre Gassendi (1592-1655) ses hızını ölçen ilk kişi olmuştur. (Günümüzde, 21°C sıcaklıkta ses hızı 343.2 m/s olarak hesaplanmaktadır.) 1793 yılında İtalyan biyolog Lazzaro Spallanzani (1729-1799) yarasaların karanlıkta görme yeteneği olmadan, duyulmayan seslerle eşleme yaparak; yankı yoluyla yönlerini belirlediklerini keşfetmiş ve böylece ultrason (yansıma) ile ilgilenen ilk kişi olmuştur. Daha sonra Francis Galton (1822-1911), 1893'te, insanların ve diğer hayvanların işitme aralığını ölçmek için ultrason sesler üreten "galton düdüğünü" icat etmiş ve birçok hayvanın insanların işitme aralığı dışındaki sesleri duyabildiğini göstermiştir. Ultrason teknolojisinden faydalanmamız, Paul-Jacques Curie (1856–1941) ve Pierre Curie (1859-1906) kardeşlerin 1880 yılında piezoelektrik olgusunu (basınç altında elektrik üreten malzemeler) keşfetmesiyle mümkün olmuş ve  ultrasonik dalgalar üretme yeteneği ortaya çıkmıştır.

aslında belki de ilk fikir babası The first recorded use of the technique was in 1490 by Leonardo da Vinci, who used a tube inserted into the water to detect vessels by ear. 1912'de Lewis Richardson (1881-1953), yankı kullanarak su altındaki nesnelerin tespit edilebileceğini öne sürmüş ve bu fikir, 1917'de Paul Langevin (1872-1946) tarafından Ultrasonun ilk teknolojik uygulaması, 1917'de Paul Langevin (1872-1946) tarafından denizaltıları tespit etmek amacıyla gerçekleştirilmiş bir girişimdi. İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra SONAR (Sesle Navigasyon ve Menzil Tespiti / SOund Navigation And Ranging) ses dalgalarını kullanarak cisimlerin boyut, uzaklık ve diğer verilerini belirlemek için temel bir teknoloji haline gelmiştir.

1941'de, II. Dünya Savaşı sırasında, ABD Donanması uçakları tespit etmek için RADAR (RAdio Detection And Ranging / Radyo ile tespit etme ve menzil tayini) adı verilen radyo dalgalarını kullanmaya başlamıştır. Ultrasonun yankı yöntemiyle askeri olmayan amaçlarla kullanımı ise ilk kez 1937'de Sergei Sokolov, (1911-2012,) ardından 1942'de Floyd Alburn Firestone (1898–1986) tarafından metallerdeki kusurları tespit etmek amacıyla gerçekleştirilmiştir.

RADAR'ın başarısından ilham alan Fransız fizyoterapist André Denier (1896-1979), 1946'da ultrasonun insan vücudundaki iç organları görüntülemek için kullanılabileceğini öne sürmüştür. Ancak, bu alandaki ilk çalışmalar pratik sonuçlar vermemiştir. Avusturyalı nörolog Karl Theodore Dussik (1908-1968), fizikçi kardeşiyle birlikte, muhtemelen ultrasonu tıbbi teşhiste ilk kullanan kişi olmuştur. 1941'de beyin ventriküllerini görüntülemek için ultrason kullanmış, ancak kafatası kemiklerinin ultrasonik dalgaları büyük ölçüde sönümlemesi ve yansıtması nedeniyle çalışmaları başarılı olamamıştır.

1940'ların sonlarına doğru, Alman fizikçi Wolf-Dieter Keidel (1917-2011), sürekli ultrason kullanarak kalbin ritmik hacim değişikliklerini kaydetmeyi öngörmüştür. Ancak, bu yöntemi nicel hale getirmekte zorlanmış ve "ham tanı imkanları ile karşılaştırıldığında teknik problemler o kadar büyüktü ki, çalışmanın pek de değerli olmadığını" belirtmiştir. Hem Dussik hem de Keidel, teorik nedenlerden dolayı ultrasonun yansıma yöntemini kullanmayı reddetmiş, pratik deneyler gerçekleştirmemişlerdir.

1940'ların sonlarında, Lund'da kalp cerrahisi alanında öncü olan Dr. Helge Wulff ve Dr. Phillip Sandblom, mitral darlığı olan yetişkin hastalarda parmakla kapağı genişleterek tedavi etmeye başladılar. Bu yöntem çoğu hastada işe yaradı, ancak bazı hastaların durumu kötüleşti. Doktorlar, bu hastaların sorunlarının sadece dar kapak açıklığından (mitral darlığı) değil, aynı zamanda kapak yetersizliğinden (mitral regürjitasyon) kaynaklandığını fark ettiler. Bu durumu ameliyat öncesinde tespit etmenin tek yolu, karmaşık kalp kateterizasyonuydu.

Dr. Inge Edler, Kardiyovasküler Laboratuvarı'nın yöneticisi olarak, kalp kapak hastalıklarının ameliyat öncesi değerlendirmesinden sorumluydu. Kalp kateterizasyonu görüntüleme tekniklerinin yetersizliğinden memnun olmayan Edler, mitral darlığını ölçmek ve mitral regürjitasyonun varlığını invaziv olmayan yöntemlerle belirlemek için çalışmaya başladı.

Edler, kariyerinin başlarında reokardiografi (kalp döngüleri sırasında göğüsteki elektriksel empedans değişikliklerinin kaydedilmesi) yöntemini kullanarak regürjitasyon derecesini değerlendirmeye çalıştı. Bu girişimi başarısız olsa da, sol ventrikülden sol atriyuma kan geri kaçtığında sol atriyumun genişlediğini fark etti. Bu fikir, Edler'in meraklı zihnini harekete geçirdi: Bu genişleme bir eko yöntemiyle ölçülebilir miydi?

II. Dünya Savaşı'nda kullanılan RADAR teknolojisinden esinlenen Edler, kısa mesafeleri ölçmek için yeterince yüksek frekanslar üretmenin mümkün olup olmadığını merak etti. Bu sorunla karşılaşan Edler, fizikçi Carl Hellmuth Hertz ile tanıştı. Hertz, ultrasonun bu soruna bir çözüm olabileceğini düşündü.

Böylece, 42 yaşındaki kardiyolog Edler ile genç fizikçi Hertz arasında unutulmaz bir işbirliği doğdu. Bu ekip, 20. yüzyılın en önemli yeniliklerinden birini gerçekleştirecekti.

1953 yılında, bir gemi yapım şirketinden ödünç aldıkları ultrasonik reflektoskop ile ilk denemeleri yaptılar. Hertz'in göğsüne transdüseri yerleştirdiklerinde, osiloskop ekranında göğüs duvarından 8-9 cm derinlikte ileri geri hareket eden bir eko gördüler.

Edler ve Hertz, araştırma fonu alamadıkları için, Siemens şirketinden bir ultrasonik reflektoskop ödünç aldılar. Bu cihazla, izole kalpler üzerinde deneyler yaparak kas-sıvı arayüzünü görüntülemeyi başardılar. Daha sonra, Edler, hareketli kardiyak yapılardan gelen ekoların değişen derinliğini sürekli olarak kaydetmek için M-mode (hareket modu) tekniğini geliştirdi.

29 Ekim 1953'te, Edler ve Hertz, Siemens Ultrason Reflektoskopu ile kalbin ilk hareketli görüntülerini kaydederek "ultrasound kardiyografi" (UCG) alanını başlattılar. İlk ekolar, sol ventrikülün arka duvarından ve sol atriyumun ön duvarı olduğu düşünülen başka bir yapıdan alındı.

Bu çalışmalarını "Kalp kapaklarının hareketlerinin sürekli kaydedilmesi için ultrasonik reflektoskopun kullanımı" başlıklı bir makale ile 1954'te Lund'daki Kraliyet Fizyoloji Derneği'nin bildirilerinde yayınladılar.

Kalp kateterizasyonu bölümünün başında olan ve her hastaya bu prosedürü uygulayamamanın sıkıntısını çeken Inge Edler, 1954 yılında tarihteki ilk ekokardiyografiyi gerçekleştirmiştir.

Ultrasonun ilk teknolojik uygulaması, 1917'de Paul Langevin (1872-1946) tarafından denizaltıları tespit etmek amacıyla gerçekleştirilmiş bir girişimdi. 2 Dünya Savaşından sonra SONAR (SOund Navigation And Ranging), ses dalgalarını kullanarak cismin boyut, uzaklık ve diğer verilerini belirleme sistemi olarak teknolojinin temelini atmıştır. Fransız fizyoterapist André Denier (1896-1979)'in 1946'da RADAR (RAdio Detection And Ranging (radyo ile tespit etme ve menzil tayini))'ın başarısından esinlenerek, ultrasonun insan vücudunun iç organlarını görselleştirmek için kullanılabileceğini önermiştir. Malmö General Hastanesi'nde Kalp Kateterizasyonu bölümünün müdürü olan ve o dönemde başka bir teknolojik alternatif olmadığı için basit ölçümler için bile her hastaya kalp kateterizasyonu yapamamanın üzüntüsünü yaşayan Inge Edler (1911–2001), tarihte ilk ekokardiyografiyi 1954 yılında gerçekleştirmiştir. ⁷²

Eko ve Yapay Zeka ilişkisini yapa zekaya sorduk. Claude, 25/5/2024 tarihinde şöyle cevap vardi. 

Kalp kateterizasyonu gibi invaziv prosedürler, çeşitli kardiyovasküler durumların kesin tanı ve değerlendirmesinde altın standart olarak kabul edilmekle birlikte, bu yöntemler doğasında bulunan riskler taşır ve kalp hastalığı şüphesiyle başvuran her hasta için uygulanabilir veya gerekli değildir. Ekokardiyografi (EKO), kardiyak yapı ve fonksiyonların kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesini sağlayan kritik bir non-invaziv görüntüleme yöntemi olarak ortaya çıkmıştır ve bu sayede geniş bir yelpazede kardiyovasküler bozuklukların erken tespiti, tanısı ve yönetimi mümkün hale gelmiştir.

Üç boyutlu ekokardiyografi, strain görüntüleme ve kontrastlı ekokardiyografi gibi ileri EKO tekniklerinin ortaya çıkışı, bu yöntemin tanısal yeteneklerini daha da artırmıştır. Kardiyak anatomiyi, kapak fonksiyonlarını, miyokardiyal mekanikleri ve kan akış dinamiklerini ayrıntılı bir şekilde görselleştirerek, EKO; kapak hastalıkları, kardiyomiyopatiler, doğuştan kalp kusurları ve miyokardiyal iskemiyi gibi çeşitli patolojileri tanımlama ve karakterize etme konusunda klinisyenlere imkan tanır, hastaları invaziv prosedürlerle ilişkili risklere maruz bırakmadan.

Ayrıca, ekokardiyografik sistemlere yapay zeka (AI) algoritmalarının entegrasyonu, tanısal doğruluğu, tekrarlanabilirliği ve iş akışı verimliliğini artırma potansiyeline sahiptir. Yapay zeka destekli EKO sistemleri, ileri düzey desen tanıma ve makine öğrenimi yeteneklerinden yararlanarak ince anormallikleri tespit edebilir, kardiyak parametreleri daha yüksek doğrulukla ölçebilir ve karar verme süreçlerine yardımcı olabilir, böylece daha bilinçli ve kişiye özel tedavi müdahalelerinin yapılmasını kolaylaştırır.

Bizde şöyle bir ekleme yapalım, EKO'da insan faktörü ortadan kalktığında belki de gelişen teknolojiyle bir cep telefonu aparatı gibi bir şey olarak yakın gelecekte niye karşımıza çıkmasın. Raporu çıkarıp dokorunuza gönderecek. 

Edler ve Hertz tekniklerine 'Ultrason kardiyografisi' (veya EKG'den ayırt etmek için UCG) adını vermişlerdi, ancak 'Ekokardiyografi' adı 1966'da Bernard Louis Segal (1929-2021) tarafından önerildi ve Amerikan Tıpta Ultrason Enstitüsü tarafından kabul edildi. ⁷³

Pulmoner hipertansiyon tanısı için invaziv olmayan (vücuda girişim gerektirmeyen) yöntemler aranmaya başlandı. Basit bir akciğer grafisi veya elektrokardiyogram (EKG - kalbin elektriksel aktivitesinin kaydedilmesi) testi, pulmoner hipertansiyonun varlığına dair ipuçları verebilirse de kesin tanı koyamıyordu.

Ekokardiyografinin gelişimi şu şekilde özetlenebilir:

• İlk M-mode ekokardiyografi cihazı, 1953 yılında İsveçli Fizikçi Inge Edler ve Kardiolog Hellmuth Hertz tarafından geliştirildi (Edler ve Hertz, 1954).
• 1960'ların başında Amerikalı Kardiyolog William N. Hanrath ve ekibi, ilk B-mode (iki boyutlu) ekokardiyografi cihazını hayata geçirdi (Hanrath ve ark., 1965)
• 1970'lerin ortasında, Avustralyalı Fizikçi David N. Barnett ve Alman Kardiolog Borge A. Feigenbaum, gerçek zamanlı B-mode ekokardiyografi tarayıcılarını (real-time scanners) geliştirdiler (Feigenbaum, 1994).
• 1970'lerin sonlarında Japonya'daki Fizikçi Sato Yasuharu'nın ileri sürdüğü Doppler prensibini kullanılarak kan akışını görüntüleme tekniğini (Doppler ekokardiyografi) ekokardiyografiye eklnebildi (Satoh, 2017).
• 1980'lerde, Amerikalı Kardiolog Dr. Harvey Feigenbaum, renkli Doppler akım haritalama tekniğini geliştirdi (Feigenbaum, 1986).
• 2000'li yıllardan itibaren 3D ekokardiyografi, doku Doppler görüntüleme ve strain analizi gibi teknikler eklendi (Mor-Avi ve ark., 2011; Marwick, 2006).
• Günümüzde yapay zeka destekli otomatik analiz sistemleri de ekokardiyografinin gelişimine katkı sağlamaktadır (Dayan ve ark., 2019).

Fizikçi Andreas Doppler (1803-1853), 19. yüzyılda bilim insanlarının ışık ve sesin özelliklerini derinlemesine incelediği bir dönemde yaşamıştır. Doppler, 1842 yılında, hareket halindeki bir ses veya ışık kaynağının algılanan frekansının değiştiğini gösteren, kendi adıyla anılan "Doppler Etkisi"ni keşfetmiştir. Bu fenomen, hareket halindeki bir ambulansın veya trenin sesinin, yaklaşırken daha yüksek bir tonla, uzaklaşırken ise daha alçak bir tonla duyulmasında gözlemlenebilir. Doppler'in bu buluşu, ışık ve ses dalgalarının incelenmesinde uzun yıllar boyunca kullanılmıştır. 1950'lerde, Japonya'da Tohoku Üniversitesi'nde görev yapan Fizikçi Sato Yasuharu (1926-2020), Doppler Etkisi'nin tıbbi görüntüleme alanında, özellikle vücuttaki kan akışının görselleştirilmesinde kullanılabileceğini keşfetti. 1970'lerin sonlarına doğru Yasuharu'nun ileri sürdüğü Doppler prensibinin ekokardiyografiye eklenmesi mümkün oldu. Bu Doppler ekokardiyografi tekniği ile, triküspit kapaklardaki (sağ kalbin iki boşluğunu ayıran kapak) kan akışını analiz ederek sistolik pulmoner arter basıncını (pompalama anındaki akciğer damar basıncı) tahmin etmeyi mümkün kıldı. Bu teknik aynı zamanda, pulmoner hipertansiyonun sağ ventrikül ve sağ atrium (sağ kulakçık) üzerindeki yapısal etkilerini değerlendirme imkanı da sağlamıştır. Bununla birlikte, tüm bu gelişmelere rağmen, pulmoner hipertansiyon tanısını kesin olarak doğrulamak için halen sağ kalp kateterizasyonu işlemi gerekli olmaya devam etmektedir. Kateterizasyon invaziv (vücuda girişimli) bir yöntem olduğundan, öncelikle non-invaziv tekniklerle değerlendirme yapılır, şüpheli durumlarda ise kateterizasyon yoluna gidilir. ⁷³

Gelecek Konu: PAH'ın Tarihçesi - Tanılama Yöntemlerindeki Gelişmeler -6- Ekokardiyografi (EKO) 

KAYNAKÇA:

1. Pulmoner Arteriyel Hipertansiyonun Tarihçesi - Bölüm 2 (1891 - ) (pahssc.org.tr)
2. Primary Pulmonary Hypertension - Volume 99 - Lewis J. Rubin, Stuart Rich
3. Acetylcholine | Definition, Function, & Facts | Britannica
4. THE EFFECT OF ACETYLCHOLINE ON THE HUMAN PULMONARY CIRCULATION UNDER NORMAL AND HYPOXIC CONDITIONS - PMC (nih.gov)
5. The pulmonary circulation of some domestic animals at high altitude | International Journal of Biometeorology (springer.com)
6. High-altitude Pulmonary Hypertension: an Update on Disease Pathogenesis and Management (opencardiovascularmedicinejournal.com)
7. Harris - Influence Of Acetylcholine On The Pulmonary Artery Pressure -1955
8. Acetylcholine (Miochol) Drugs@FDA: FDA-Approved Drugs
9. The history of echocardiography - Ultrasound in Medicine and Biology (umbjournal.org)
10. Ultrasound Imaging - Cheap, Versatile, and Safe - Harvard Business School - 20-003_8157a0c0-71c9-4f6a-88c7-98cba5294123.pdf (hbs.edu)
11. The history of echocardiography - 2004 - PubMed (nih.gov)
12. Paul Langevin and the Discovery of Active Sonar or Asdic - tnm_12_1_39-52.pdf (cnrs-scrn.org)
13. Histoire des ultrasons - Dr. Joseph Woo - 2008 (cfef.org)
14. The Origin of Echocardiography - 2007 - PMC (nih.gov)

Yazan: Kamil Hamidullah
Oluşturma Tarihi: Kamil Hamidullah / EKİM 2018
Önceki güncelleme: 
Son güncelleme: Kamil Hamidullah / EKİM 2024

Önceki Konu: PAH’ın Tarihçesi -12- Dresdale, Primer Pulmoner Hipertansiyon Vazodilatöre Yanıt Veriyor!

#PulmonerHipertansiyon #PAHSSc #PulmonaryHypertension