История открытия метода электромагнитного отклика.
Томография по своему определению означает изучение чего-либо послойным методом, т.е. построение модели на основе получения (или создания) множества "скриншотов" различных её частей. Томография – широкое понятие. Так, есть методы математической томографии, которые связаны с интегральными исчислениями, определением изначальной функции по её преобразованиям и т.д. Кстати, понятие томографии и пришло из математики. Однако нас интересует томография в медицинском аспекте – магнитно-резонансная томография (МРТ). По-другому она называется ядерно-резонансная томография (ЯРТ). Между прочим, первопроходцами в данной области были не американские, а советские учёные. Впервые метод ЯРТ и технологию для него предложил В.А. Иванов ещё в 1960 году.
Но из-за "железного занавеса", изолированности советской науки от мирового научного сообщества и сосредоточении всех государственных советских ресурсов, в первую очередь, в военной сфере Нобелевские премии в 2003 году получили Питер Мэнсфилд и Пол Лотербур. Пол Лотербур в 1973 году (13 лет спустя после исследований Иванова!) разработал методику получения изображений с помощью локальных индуцированных воздействий с использованием явления магнитного резонанса. Его статья была опубликована в научном журнале Nature. Чуть позже Питер Мэнсфилд оптимизировал математические алгоритмы для получения изображения. Что важно, первый функционирующий медицинский сканер МРТ создал также американский учёный армянского происхождения – Реймонд Дамадьян. Он же является держателем патента на МРТ.
Основные принципы, на которых основана магнитно-резонансная томография.
Что представляет собой МРТ? Суть в следующем. Ядро атома водорода – это один единственный протон, имеющий положительный заряд. В нём нет нейтронов. Значит, с помощью ядра атома водорода можно изучать поведение спина в магнитном поле. Спин – это собственный момент импульса элементарной частицы, имеющей заряд. В сильном магнитном поле спины изменяют свой вектор. Причём в зависимости от напряжённости и других критериев поля вектор спина может быть однонаправлен с силовыми линиями поля, либо противоположен им (встречный вектор). В последнем случае энергия спина будет выше. Если прекратить воздействие внешнего магнитного поля, то спин принимает исходное положение, т.е. переходит из возбуждённого состояния в состояние покоя. При этом спин сбрасывает энергию в виде электромагнитного излучения (кванта). И именно вот это ответное излучение и регистрируется томографом.
Фактически, принцип здесь тот же, что и в эхолокации. В головном мозге летучей мыши моделируется объёмное изображение благодаря анализу отражённых звуковых волн. Только в данном случае используются не звуковые волны, а электромагнитные. Для того чтобы получить чёткое изображение и локализацию исследуемых участков, используют не только постоянное магнитное поле (оно формирует фон, что-то вроде чистого листа), но и переменные электромагнитные волны разной частоты (градиентные поля, которые можно сравнить с красками). Именно электромагнитные ответы спинов на облучение электромагнитными волнами разной частоты и "рисуют" на мониторе, например, головной мозг. В МР-томографах для создания общего магнитного поля используются два вида магнитов: электромагнит и постоянный магнит. Электромагниты формируют более мощное магнитное поле, а это увеличивает отклик спинов.
В сильном магнитном поле спины как бы сильнее "натянуты", поэтому при изменении их положения и энергии выделяется больше. Среди постоянных магнитов для МРТ пригодны только самые мощные, неодимовые. Зато постоянные магниты имеют один большой плюс, которого нет у электромагнитов. Они позволяют делать МРТ во время движения человека, позволяют делать диагностические и лечебные процедуры одновременно с проведением МРТ. Водород, который больше всего подходит для создания электромагнитных откликов, в теле человека (и других живых организмов) занимает долю примерно в 10% от общей массы. Поэтому магнитно-резонансная томография оказалась тем методом, который идеально подошёл для изучения живых организмов и биологической материи. В настоящее время МРТ является самым точным диагностическим методом на предмет обнаружения новообразований, патологий сосудов, патологий нервов и нервных узлов, внутренних гематом и кровоизлияний, областей ишемии и кист.
МРТ в медицине.
Объектом исследования могут быть разные органы и ткани: ЦНС, суставы, глазные яблоки, сердце, печень, лёгкие и другие внутренние органы, а также сосудистая система (ангиография) и периферическая нервная система (трактография и миелография). Последняя позволяет выявить на ранних стадиях такой опасный процесс, как демиелинизация. Это деградация верхнего слоя длинных отростков нейронов (называются аксоны) – миелина. В результате нарушается проводимость электрического импульса, что может привести к отказу многих органов, к параличу, или даже к смерти. Наиболее частый объект исследования при проведении МРТ – это головной мозг. Вообще-то, всем рекомендуется хотя бы раз сделать МРТ головного мозга чисто для профилактики. Для людей, чьи занятия подразумевают постоянные травмы головы, например боксёры, категорически показана регулярная МРТ.
Также поводом для проведения МРТ являются следующие жалобы, симптомы и заболевания:
1) Регулярные головные боли. Если они беспокоят больше месяца, не стоит списывать всё на обычную мигрень. Надо сделать МРТ.
2) Постоянные головокружения, шум в ушах, потеря ориентации, потемнения в глазах, тошнота. Также следует обратить внимание на возникающие искры перед глазами. Это может быть сигналом о проблемах с сосудами, поэтому стоит сделать МРТ.
3) Обмороки.
4) Регулярные нарушения сна, изменения в психике: депрессии, спутанность мыслей, невозможность сосредоточиться.
5) Гипертонические болезни, болезни сердца, вообще проблемы с сосудами в целом.
6) Одышка, непереносимость даже небольших физических нагрузок.
Всё вышеперечисленное относится ко всем возрастам, включая детей. Однако у детей поводом для проведения МРТ могут быть и некоторые дополнительные признаки. В их числе: задержка умственного и психического развития, резкие изменения в поведении. У ребёнка даже единичный обморок уже является поводом для записи на МРТ. Магнитно-резонансная томография абсолютно безопасна для любого возраста. Она не несёт никакого вреда здоровью. К слову, название ЯРТ не прижилось из-за Чернобыльской катастрофы, после которой у многих людей развилась радиофобия. Приставка "ядерно" тогда здорово пугала многих. Поэтому было принято решение ЯРТ заменить на МРТ.