Интересные факты о томографии

Магнитно-резонансная томография уже давно стала повседневной реальностью, которая сотнями процедур ежедневно назначается специалистами клиник. Тем не менее, пациенты (и многие врачи) не все знают об этом виде исследования.

Немного истории о МРТ

Обнаружение такого процесса, как ядерно-магнитный резонанс, и его изучение в молекулярных пучках привело к вручению Нобелевской премии в 44 году 20 века, а в 1952 году эта же награда была адресована ученым, изучавшим ядерно-магнитный резонанс в жидких и твердых телах. Впоследствии этот принцип стал применяться в работе медицинского аппарата. Первым предложил применять магнитную томографию в диагностике заболеваний советский научный деятель Владислав Иванов, устройство которого (первый прототип магнитно-резонансной установки) было удостоверено патентом Советского Союза в 1960 году.

В последующие годы технология дорабатывалась. Только в 1979 были проведены первые клинические опыты работы магнитно-резонансной томографии, а через год был создан первый коммерческий МР-аппарат. Единицей измерения магнитного поля томографа принята Тесла, названная так в честь изобретателя Николы Теслы. Первые установки начали работу за рубежом в первой половине 80-годов ХХ века, а в 90-х годах по всему миру насчитывалось более 5000 магнитно-резонансных аппаратов.

Техническая часть

С течением времени строение и конфигурация магнитно-резонансных томографов менялась. Разные производители предлагают свои вариации аппаратуры, отвечающие разным медицинским потребностям. Так, некоторые технические особенности и решения можно считать удивительными:

• Если сравнивать мощность магнитного поля Земли и высокопольного аппарата МРТ, разница насчитывает 10 тысяч раз, но не в пользу планеты. Природное магнитное поле достигает мощности в 0,00005 Тесла, тогда как экспертные томографы начинают частотность от 1,5 Тесла и более.
• За один раз человек может обследовать все тело и каждый его участок в отдельности под любым углом. При этом не нужно менять положение тела, достаточно лежать в поле действия томографа неподвижно.
• Самый мощный в мире томограф обладает мощностью в 9,4 Тесла. Разработки по созданию аппарата с индуктивностью 11,7 Тесла ведутся в настоящее время. Для сравнения – магниты, установленные в Большом адронном коллайдере, обладают мощностью в 10 Тесла.
• Стандартно в установках применяются магниты, средний вес которых составляет 4 тонны. Самый мощный томограф на сегодня весит 45 тонн.
• Для охлаждения аппаратуры применяется жидкий гелий, так как он обладает самой низкой точкой кипения из известных веществ. Чтобы охладить один томограф, необходимо 1,7 тысяч литров жидкого гелия.
• Крио-температура жидкого гелия внутри МРТ составляет минус 260 °С, тогда как продукты внутри обычной морозильной камеры замораживаются до минус 40-80 °С.

До момента, когда МР-аппаратура приобрела всем знакомые очертания, в математической науке, физике и компьютерной технике были совершены прорывы, изобретения и получен целый ряд премий Нобеля. Совершенствование технологии происходит до сих пор. Совсем недавно в Швейцарии и Соединенных Штатах появились установки, в которых совмещены функции МРТ и ПЭТ-сканера (ПЭТ-МРТ). Они относятся к самому дорогостоящему виду оборудования, пока выпущено не более 50 машин во всем мире.

Влияние МРТ на искусство

Медицинская тематика, включая МР-сканирование, вдохновляет некоторых представителей искусства на необычные творения.

Популярные сериалы о врачах и медицине нередко затрагивают сюжеты использования МРТ. Специалисты также смотрят TV, поэтому нередко разоблачают киноляпы и возникающие под их влиянием мифы о магнитно-резонансном сканировании. Так, распространенными ошибками кинематографа является:

• Представление, что во время включения МРТ все металлические предметы, расположенные рядом, к нему притягиваются. На самом деле магнит, встроенный в аппаратуру, работает всегда, а не только после включения. Чтобы металл начал притягиваться к установке, он должен быть небольших размеров и находиться не далее метра от томографа.
• Терапевты и обычные диагносты могут сами расшифровать снимки томографии. На самом деле, в сложных ситуациях без экспертного мнения рентгенологов не обойтись.
• МРТ головного мозга нельзя использовать в качестве детектор лжи. В одно из эпизодов фильма «Доктор Хаус» врач понял, что пациентка его обманывает, когда во время сканирования наблюдал за подсвечиванием отдельных участков головного мозга. При этом доктор беседовал с больной, что также может быть затруднено во время реальной процедуры. Установка издает громкие звуки, что затрудняет свободное общение.
• Сильное воспаление татуировок во время томографии. Это могло быть реальностью в годы, когда татуировочный пигмент содержал большое количество металлических частиц в составе. Современные материалы для татуировок абсолютно безопасны для последующих МРТ-процедур.
• Титановые пластины в теле препятствуют использованию томографии. Амагнитные сплавы с титаном в составе, применяемые в современной имплантологии, не мешают проведению МРТ.

Еще на один интересный сюжет подтолкнула магнитная томография создателей сериала «Теория большого взрыва». В одном из эпизодов гениальный физик Шелдон Купер преподносит возлюбленной в качестве подарка МРТ-снимок, на котором отображена подсвеченная кора его головного мозга. Эффект свечения главный герой объяснил тем, что в момент сканирования думал о своей возлюбленной. В картине это прозвучало романтично, но в реальности такой эффект невозможен, по крайней мере пока.

Нестандартное применение МРТ

На МР-аппаратуре можно запечатлеть не только заболевания. В свое время при помощи оборудования были зафиксированы процессы глотания, рождения ребенка, пения и даже полового акта. Кстати, обследовать можно не только человека, но и животных. Первые испытания МР-оборудования проводились как раз на братьях наших меньших. Еще в 1980-х годах обследовали собак, а в последние годы эта процедура стала очень популярной. Связано это с растущей доступностью МРТ и высоким качеством ветеринарных услуг

Технолог Энди Эллисон пошел еще дальше. Как сотрудник Биомедицинского томографического центра, он тестировал новое оборудование, использовал при этом фрукт и овощи. Из полученных сканов Энди создал анимированные изображения. Вышло занятно, что позволило многим взглянуть на привычную тыкву, огурец или гранат с другой точки зрения.

Нестандартным, но все-таки научным способом применения томографии считается сканирование мумий. Археологи давно приняли на вооружение технологию МРТ, чтобы исследовать древние артефакты, не повреждая их. Магнитно-резонансный скрининг позволяет это делать, не разрушая тканей.

Повседневное применение МРТ

В прививочном использовании томографии также много интересно. Например, не все знают, что есть специализированные центры для детей, где обследовать маленького пациента можно в комфортной для него обстановке. Устрашающий и шумный аппарат МРТ может быть «переоборудован» в космический корабль, подводную лодку, морскую шхуну или пещеру в джунглях. Для каждого возраста и общего состояния можно подобрать приятную или отвлекающую обстановку.

Это касается и взрослых пациентов, страдающих разной степенью клаустрофобии. К слову, животные, малолетние дети и взрослые пациенты с паническими атаками в закрытом пространстве проходят обследование под действием медикаментозного сна. Легкий вариант наркоза не имеет противопоказаний, действует несколько минут, не требует периода восстановления.

Нескучные факты о КТ

Вечной «соперницей» магнитно-резонансного сканирования служит компьютерная томография.

• Прототипом послойного изучения внутренних органов послужил опыт Николая Ивановича Пирогова, который в середине 19 века на срезах тел замороженных трупов в разных плоскостях создал «ледяную» анатомию. Снимки из научной работы до сих пор используются в обучении современными студентами-медиками.
• По официальным данным первые математические алгоритмы для проведения компьютерной томограммы были рассчитаны в 1917 году австрийцем И. Радоном, а получили подтверждение в 1963 году в работе американца А. Кормака. Но есть доказанный факт, что еще в 1935 году советский математик В. И. Феоктистов обосновал алгоритмы Радона и изобрел установку для послойного изучения органов.
• Еще одной попыткой создать рентгеноконтрастный аппарат для диагностики отделов головы была запатентованная машина невролога Уильяма Олдендорфа. По легенде в середине 20 века врач наблюдал за отбраковкой подгнивших помидоров на специальном оборудовании и решил, что этот же принцип можно использовать для поиска заболеваний мозга. В коммерческий оборот изобретение доктора так и не попало.
• Первый коммерческий компьютерный томограф появился благодаря британской группе Beatles. Музыканты в начале своего творческого пути заключили контракт с многоотраслевой компанией EMI, один из инженеров которой работал над созданием КТ. Когда пластинки группы стали продаваться огромными тиражами, часть прибыли пошла на финансирование проекта, и в 1972 году вышел полноценный коммерческий аппарат, которым оснастили больницы Лондона.
• Обычный сканер на пропускных пунктах можно заменить компьютерным томографом. Так и сделала администрация нескольких аэропортов Израиля, установив аппараты CT-800 для проверки багажа.
• Наравне с магнитно-резонансным аналогом томографии КТ применяется археологами. Метод показал свою состоятельность при исследовании позвонков в хвосте тираннозавра Рекса. При помощи компьютерного исследования удалось выяснить, что жители Помпей в большинстве своем погибли не от удушья при извержении вулкана, а от многочисленных травм из-за падения обломков обрушившихся домов. Не так давно посредством КТ было раскрыто убийство 2,5-тысячелетней давности. Изучая останки мумии, принадлежавшей женщине из Египта, было выяснено, что умерла она не своей смертью, а в результате ножевого ранения.

Литература

1. Karmazanovsky G.G. Gepatospetsificheskoe MR-kontrastnoe sredstvo gadoksetovaya kislota i rezultaty ego klinicheskogo primeneniya. Moscow: Vidar, 2020.
2. Shurakova A.B. Magnitno-rezonansnaya angiografiya s kontrastnym usileniem. Moscow: Vidar, 2013.
3. Marincek B. Neotlozhnaya radiologiya. Vols. 1–2. Moscow: Vidar, 2008.
4. Lauterbur P.C. Image formation by induced local interactions: examples employing nuclear magnetic resonance. Nature, 1973;242(5394):190–191. DOI: 10.1038/242190a0.
5. Mansfield P., Grannell P.K. NMR ‘diffraction’ in solids? Journal of Physics C: Solid State Physics, 1973;6(22):L422–L426. DOI: 10.1088/0022-3719/6/22/007.
6. Hounsfield G.N. Computed axial tomography. British Journal of Radiology, 1973;46(552):1016–1022. DOI: 10.1259/0007-1285-46-552-1016.
7. Kanal E., Barkovich A.J., Bell C., et al. ACR guidance document on MR safe practices: 2013. Journal of Magnetic Resonance Imaging, 2013;37(3):501–530. DOI: 10.1002/jmri.24011.
8. Bushberg J.T., Seibert J.A., Leidholdt E.M., et al. The Essential Physics of Medical Imaging. 4th ed. Philadelphia: Wolters Kluwer, 2020.
9. Kalender W.A. Computed Tomography: Fundamentals, System Technology, Image Quality, Applications. 4th ed. Erlangen: Publicis Publishing, 2020.