PAH'IN TARİHÇESİ - TANILAMA YÖNTEMLERİNDEKİ GELİŞMELER -7- EKOKARDİYOGRAFİ (EKO) - 2024.10.14

PAH'ın Tarihçesi - Tanılama Yöntemlerindeki Gelişmeler -7- 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. ⁷²

“Eko” (yankı) terimi, Batı dillerinde Yunan mitolojisinden gelir. Yunan mitolojisindeki Echo karakteri, adını Yunanca "ses" anlamına gelen "echo" kelimesinden almıştır. ⁷²

Echo, başlangıçta güzel bir konuşma yeteneğine sahipti, ancak tanrıça Hera’nın öfkesini çektiği için lanetlendi. Bu lanet nedeniyle, Echo artık sadece başkalarının söylediklerini tekrar edebiliyordu. Yankı (Echo), Nergis (Narcissus)’e 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. ⁴

Akustik biliminin kökeni, M.Ö. 6. yüzyılda yaşayan Pisagor (Pythagoras M.Ö. 570 -495)'a kadar uzanır. ⁵

• Pisagor, yaylı çalgıların matematiksel özelliklerini inceleyerek sesle ilgili ilk bilimsel çalışmaları yapmıştır. ⁵
• Antik Roma döneminde yaşamış olan Marcus Vitruvius Pollio (M.Ö. 80-M.S. 15), “De Architectura (Mimarlık)” adlı on ciltlik eserinde tiyatrolardaki dört farklı ses yansımasını tanımlamış ve yankının ilk bilinen sınıflandırmasını yapmıştır. ⁵
• 17. yüzyılda Pierre Gassendi (1592-1655) ses hızını ölçen ilk kişi olmuştur; günümüzde 21°C’de sesin hızı 343,2 m/s olarak hesaplanmaktadır. ⁵
• 1793 yılında İtalyan biyolog Lazzaro Spallanzani (1729-1799) yarasaların karanlıkta yönlerini duyulmayan seslerle belirlediğini keşfederek ultrasonun (yansıma yöntemi) ilk araştırmacılarından biri olmuştur. ⁵

• 1893'te Francis Galton (1822-1911), 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. ⁵
• Ultrason teknolojisinin gelişimi,  Pierre (1859-1906) ve Paul-Jacques Curie (1856–1941) kardeşlerin 1880 'de piezoelektrik olgusunu keşfetmesiyle mümkün hale gelmiştir. Bu buluş, basınç altında elektrik üreten malzemelerle ultrasonik dalgalar üretilebileceğini göstermiştir. ⁷²

• 1912'de Lewis Fry Richardson (1881-1953), yankı kullanarak su altındaki nesnelerin tespit edilebileceğini öne sürmüştür. Aslında, bu tekniğin ilk fikri 1490 yılında Leonardo da Vinci (1452-1519) tarafından ortaya atılmış olabilir; Da Vinci, suya bir boru yerleştirerek kulağıyla gemileri tespit etmeye çalışmıştır. ⁷²
• Bu fikri, ultrasonun ilk teknolojik uygulaması olarak 1917'de Paul Langevin (1872-1946) tarafından geliştirilmiştir; Langevin, denizaltıları tespit etmek amacıyla bu teknolojiyi kullanmıştır. 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. ⁷²

RADAR ve ultrason teknolojileri, her ne kadar farklı uygulama alanlarına sahip olsalar da, temelde benzer bir prensibe dayanırlar: her ikisi de dalgaların yansıma özelliklerini kullanarak nesnelerin konumunu ve özelliklerini tespit eder. RADAR, elektromanyetik dalgalar kullanarak uzak nesnelerin yerini belirlerken, ultrason ise ses dalgalarının yansımalarını kullanarak daha yakın nesnelerin detaylarını ortaya çıkarır. 

• 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. ⁷²

• Yankının askeri amaçlar dışında kullanılmasından 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. ⁷²
• 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. ⁷²
• 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. ⁷²

1940'ların sonlarında, Lund Üniversitesi Tıp Fakültesi'nde kalp cerrahisinde öncü olan Dr. Helge Wulff ve Dr. Phillip Sandblom, mitral darlığı olan yetişkin hastalarda kapağı parmakla genişleterek tedavi yöntemini uygulamaya başladılar. Bu tedavi çoğu hastada başarılı oldu, ancak bazı hastaların durumu kötüleşti. Doktorlar, bu hastaların sadece dar kapak açıklığından (mitral darlığı) değil, aynı zamanda kapak yetersizliğinden (mitral regürjitasyon) de muzdarip olduklarını fark ettiler. Bu durumu ameliyat öncesinde tespit etmenin tek yolu, karmaşık kalp kateterizasyonuydu ve her hastaya bu işlemi yapmak pratik değildi. ⁷²

Dr. Inge Edler, İsveç'teki Malmö Genel Hastanesi'nde hem Kalp Kateterizasyonu Bölümü'nün başkanı hem de Kardiyovasküler Laboratuvarı'nın yöneticisiydi. Kalp kapak hastalıklarının ameliyat öncesi değerlendirilmesinden sorumluydu. Şüphelenilen her hastaya kalp kateterizasyonu gibi invaziv bir cerrahi işlem yapmanın hem riskli hem de gereksiz olabileceğinden, invaziv olmayan, daha güvenli ve daha pratik yöntemlerle mitral darlığını ölçmek ve mitral kapak yetmezliğini tespit etmek için yeni çözümler aramaya başladı. ⁷²

Edler, kariyerinin erken dönemlerinde, kalp atışları sırasında göğüs bölgesindeki elektrik direncindeki değişiklikleri ölçen reokardiografi yöntemini kullanarak, kalp kapakçıklarının düzgün kapanmaması sonucu kanın geri kaçışını - yani regürjitasyonu - değerlendirmeye çalışmıştır. Bu denemesi başarılı olmasa da, Edler sol kalp karıncığının (ventrikül) pompaladığı kanın, bir miktarının kalp karıncığına geri döndüğü durumlarda, kanın geri dönüşüyle sol kulakçık (atriyum) bölgesinin genişlediğini gözlemlemiştir. Bu gözlem, onun zihninde yeni bir soru uyandırmıştır: Acaba bu genişleme, yankılanan ses dalgaları kullanılarak ölçülebilir miydi? ⁷²

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. ⁷²

Böylece, 42 yaşındaki kardiyolog Edler ile genç fizikçi Hertz arasında unutulmaz bir işbirliği doğdu. Bu ekip, 20. yüzyılın en önemli yeniliklerinden birini gerçekleştirecekti. ⁷²

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. ⁷²

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. ⁷² 

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 muhtemelen sol atriyumun ön duvarından alındı. Çalışmalarını "Kalp kapaklarının hareketlerinin sürekli kaydedilmesi için ultrasonik reflektoskopun kullanımı (The Use of Ultrasonic Reflectoscope for the Continuous Recording of the Movements of Heart Walls)" başlıklı bir makale ile 1954'te Lund'daki Kraliyet Fizyoloji Derneği'nin bildirilerinde yayınladılar. ⁷²

Kalp Kateterizasyonu Bölüm başkanı Dr. Inge Edler, şüpheli kalp hastalarına tanı koyma sürecinde invaziv işlemlerin zorluklarını aşmak amacıyla geliştirdiği ekokardiyografi, kardiyoloji alanında devrim yaratmış ve günümüzde hala yaygın olarak kullanılan bir tanı yönteminin temelini atmıştır.

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, geliştirdikleri yeni tekniğe isim verirken dikkatli davrandılar. Yöntemlerini zaten var olan 'Elektrokardiyografi' (EKG) ile karıştırılmasını önlemek için 'Ultrason kardiyografisi' adını seçtiler. Kısaltma olarak da EKG'den farklı olması için UCG'yi kullandılar. Daha sonra 'Ekokardiyografi' adı 1966 yılında 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 tanı koyamıyordu.

Ekokardiyografinin gelişimi şu şekilde özetlenebilir: ⁷³

• 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).

19. yüzyılda yaşamış Avusturyalı fizikçi Christian Andreas Doppler (1803-1853), ses ve ışığın ilginç bir özelliğini keşfetti. 1842'de ortaya koyduğu ve kendi adıyla anılan "Doppler Etkisi", hareket eden bir ses veya ışık kaynağının algılanan frekansının nasıl değiştiğini açıklıyordu. Bu etki, günlük hayatta sıkça karşılaştığımız bir durumdur: Örneğin, hareket halindeki bir ambulansın veya trenin sesinin, yaklaşırken daha yüksek bir tonla duyulması, uzaklaşırken ise daha alçak bir tonla duyulması bu etkinin bir sonucudur. Doppler'in bu buluşu, ışık ve ses dalgalarının incelenmesinde uzun yıllar boyunca kullanılmıştır. ⁷³

1950'lerde, Japonya'da Tohoku Üniversitesi'nde çalışan Fizikçi Sato Yasuharu (1926-2020), Doppler Etkisi'nin tıbbi görüntülemede kullanılabileceğini fark etti. Özellikle vücuttaki kan akışını görüntülemek için bu tekniğin çok uygun olduğunu keşfetti. Ancak bu keşif teknolojik gelişmeler sayesinde 1970'lerin sonlarında ekokardiyografiye entegre edilebildi. Böylece Doppler ekokardiyografi adı verilen yeni bir teknik ortaya çıktı. Bu teknik, özellikle triküspit kapaktaki kan akışını analiz ederek akciğer damarlarındaki basıncı tahmin etme olanağı sundu ve pulmoner hipertansiyon teşhisini kolaylaştırdı. Ayrıca, bu yöntemle hastalığın kalp üzerindeki yapısal etkileri de değerlendirilebilir hale geldi. Ancak, bu yöntem ne kadar gelişmiş olursa olsun, pulmoner hipertansiyon tanısını kesin olarak koymak için hala invaziv bir yöntem olan sağ kalp kateterizasyonuna ihtiyaç duyulmaktadır. ⁷³

Günümüzde doktorlar, Doppler ekokardiyografi gibi non-invaziv tekniklerle birçok hastayı çabucak değerlendirme imkanına sahiptirler. Bu testlerden sonra, eğer doktorların endişeleri devam ederse, hastalar daha kapsamlı bir inceleme için invaziv tanı yöntemi olan kateterizasyon işlemine sevk edilirler.

Gelecek Konu: PAH'ın Tarihçesi -14- Wood, Pulmoner Hipertansiyonun Fizyolojik Haritasını Çıkardı 

KAYNAKÇA:

1. Pulmoner Arteriyel Hipertansiyonun Tarihçesi - Bölüm 2 (1891 - ) (pahssc.org.tr)
2. Primary Pulmonary Hypertension - Volume 99 - Lewis J. Rubin, Stuart Rich
3. The Origin of Echocardiography - PMC (nih.gov)
4. Echo and Narcissus - Wikipedia
5. Ultrasound - Wikipedia
6. A concise history of echocardiography: timeline, pioneers, and landmark publications  | European Heart Journal - Cardiovascular Imaging | Oxford Academic (oup.com)
7. Ultrasound Imaging - Cheap, Versatile, and Safe - Harvard Business School - 20-003_8157a0c0-71c9-4f6a-88c7-98cba5294123.pdf (hbs.edu)
8. The history of echocardiography - 2004 - PubMed (nih.gov)
9. Paul Langevin and the Discovery of Active Sonar or Asdic - tnm_12_1_39-52.pdf (cnrs-scrn.org)
10. Histoire des ultrasons - Dr. Joseph Woo - 2008 (cfef.org)

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

Önceki Konu: PAH’ın Tarihçesi -13- Harris, Pulmoner Dolaşım İçin Özel Vazodilatör Arayışının Başlangıcı

#PulmonerHipertansiyon #PAHSSc #PulmonaryHypertension