Х-лучи, эхо и резонанс

О современных методах неинвазивной диагностики

Компьютерный томограф. Фото: daveynin / Wikimedia

В методах неинвазивной диагностики человечество проделало весьма непростой путь от ощупывания пальцами внутренностей до использования антивещества. Какие же методы используются сейчас и как они появились?

Просветить

Абсолютно новая эра началась в медицине с именем Вильяма Конрада Рентгена, совершившего главное свое открытие на шестом десятке лет жизни. Любопытно, что эта новая эра имеет точно датированное начало — вечер 8 ноября 1895 года. Именно тогда Рентген увидел, что включенная катодная трубка, закрытая плотным картоном, все равно заставляет светиться экран из платиноцианистого бария. Так были открыты Х-лучи, и уже через год была сделана знаменитая фотография, первый «медицинский рентген». На этой фотографии левой руки хорошо видно обручальное кольцо — это снимок руки жены Рентгена, Анны Берты Людвиг Рентген. Но очень часто публикуют другой снимок, под этим же названием, и тоже с кольцом на пальце. Но этот снимок — портрет кисти (простите за каламбур) немецкого гистолога Альберта фон Келликера.

Слева — снимок кисти руки Анны Берты Людвиг Рентген, справа — Альберта фон Келликера
Слева — снимок кисти руки Анны Берты Людвиг Рентген, справа — Альберта фон Келликера. Изображение: Wikimedia


Именно с таких снимков в медицине началась совершенно другая жизнь. Врач смог напрямую увидеть, что творится с костями и некоторыми другими тканями организма. Например, с легкими — рак легких и туберкулез прекрасно различимы на снимке. Так что недаром Рентген получил самую первую в истории Нобелевскую премию по физике.

Правда, некоторое время страдали неврологи. Ткани мозга на «классическом» рентгене были неразличимы, как и сосуды мозга. И тогда португальский отставной дипломат и медик Эгаш Мониш, тоже на шестом десятке своей жизни, в 1927 году разработал церебральную ангиографию, параллельно открыв метод контраста рентгеновских снимков. Кстати, Мониша за это тоже номинировали на «нобеля», и он его таки получил, но за изобретение лоботомии.

Рентгенография по-прежнему востребована, правда, в новых аппаратах вместо фотопластинок — цифровая матрица и разрешение сильно получше, чем у аппаратов времен Рентгена.

Создать эхо

К середине XX века гидролокаторы уже прочно закрепились на море. Идея очень простая: источник испускает звуки определенной частоты в толще воды, а приемник принимает отраженные волны — эхо — и строит картинку. Так можно узнать глубину моря под кораблем, обнаружить скалу или подводную лодку. Разумеется, появились идеи использовать тот же принцип в медицине. Ведь человек на 90% состоит из воды, кажется. Конечно же, нужно было решить массу технических проблем, но в итоге появился современный аппарат УЗИ. Сейчас мало кто задумывается, что означает эта аббревиатура. Узи себе и узи, «врач-узист», «узи-контроль». Не путают с израильским автоматом «Узи» — и слава Богу.

Аппарат для ультразвукового исследования
Аппарат для ультразвукового исследования. Фото: Vereshchagin Dmitry / Фотодом / Shutterstock


УЗИ — это ультразвуковое исследование. Многие из нас знакомились с ним еще до своего рождения, ведь именно УЗИ — основной метод контроля беременности. Как устроен прибор? Его рабочая часть — в зонде, который скользит по вашему намазанному гелем животу. Там и «динамик», испускающий ультразвуковые волны, там и «микрофон», принимающий отраженный сигнал. Все остальное делает компьютер в корпусе прибора и выводит изображение на экран — в реальном времени. То, что мы видим, на самом деле — звуковые тени, которые отбрасывают ткани разной плотности на пути ультразвука.

Нарезать, не разрезая

Знаете, как по-гречески «неделимый»? Атом. А-томос, если быть точным. А вот «разделяющий (нарезающий) и пишущий» — это «томограф». Этим словом называют целую группу приборов, работающих на самых разных принципах, но суть которых одна — получить серию послойных изображений человеческого тела, которые можно свести в одну объемную картинку. Можно даже говорить о некоей «большой тройке»: компьютерной, магнитно-резонансной и позитронно-эмиссионной томографии.

Компьютерная рентгеновская томография, или КТ, — это, по сути, старый добрый рентген. Однако не совсем. В методе, предложенном Годфри Хаунсфилдом и Аланом Кормаком в конце 1960-х годов, по кольцу вращаются приемник и источник рентгеновского излучения. Сигнал обрабатывает компьютер, и получаются те самые «срезы» на томограмме.

Компьютерный томограф
Компьютерный томограф. Фото: daveynin / Wikimedia


Кстати, интересный факт: на разработку первого аппарата КТ деньги дала компания EMI, получившая сверхдоходы от контракта с группой The Beatles.

Достаточно быстро КТ стала популярна, а Хаунсфилд и Кормак стали лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине.

Магнитно-резонансная томография, или МРТ, основана совсем на другом методе. Если атомы, обладающие собственным магнитным моментом, поместить в очень сильное (в десятки тысяч раз больше земного) магнитное поле, то они ориентируются в магнитном поле определенным образом, а затем могут резонансно поглощать и выделять энергию на определенной частоте. Этот эффект называется эффектом ядерного магнитного резонанса и поначалу использовался только в органической химии для установления структуры молекул. Именно это отметил Пол Лотенбур, ведь, как правило, магнитный резонанс характерен для присутствующего почти во всех органических молекулах, а значит во всех клетках тела человека, атома водорода.

Магнитно-резонансный томограф
Магнитно-резонансный томограф. Фото: Cpl. Timothy Solano / Wikimedia


Годы труда, и появился МР-томограф. Внешне они очень похожи с компьютерным томографом, но кольцо в МРТ толще и больше, поскольку цель его — не вращение рентгеновского аппарата, а создание мощнейшего магнитного поля. В кольце — жидкий гелий и сверхпроводящие материалы. МРТ дает чаще более точные результаты, чем КТ, но занимает больше времени. Поэтому, например, при инсульте сначала делают КТ, а потом уже, при необходимости, МРТ. Кстати, Пол Лотенбур и Питер Мэнсфилд тоже получили «нобеля» по медицине за томографию, только в 2003 году.

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) — это самый новый, самый прогрессивный, самый умопомрачительный и самый дорогой томографический метод в настоящее время. Чего только стоит тот факт, что в методе используется антивещество.

Позитронно-эмиссионный томограф
Позитронно-эмиссионный томограф. Фото: liz west / Flickr


Физический процесс, лежащий в основе ПЭТ, — аннигиляция, взаимодействие вещества и антивещества. Перед ПЭТ пациент принимает препарат, меченый короткоживущим радиоизотопом (его производят специально для этого исследования и иногда доставляют в клинику самолетом). Этот изотоп распадается в организме пациента по бета-плюс распаду, выделяя позитрон, античастицу электрона. Встречаясь с первым попавшимся атомом, позитрон аннигилирует с электроном, выделяя два гамма-кванта, которые и регистрируют детекторы. В итоге мы можем увидеть, например, какая зона мозга сейчас активна или куда успели забраться метастазы опухоли.

Кстати, уже появились приборы ПЭТ, совмещенные с КТ и с МРТ, — для еще большей точности исследований.

О том, как врачи ставили диагноз до изобретения рентгена и УЗИ, читайте в предыдущем материале.

Анна Хоружая, Алексей Паевский

Теги:

Читать еще на Чердаке: