Магнитнорезонансната томография – бляскаво постижение на човешкия ум

Доц. д-р Димитър ПОПОВ

Допреди около столетие единственият инструмент за изследване на човешкото тяло е бил стетоскопът, изобретен през 1816 г. от френския лекар Рене Лаенек. Преди Лаенек лекарите долепвали ухото си до тялото на пациента, вслушвайки се в тоновете. В този паметен за медицината ден пациентка на откривателя се оказала привлекателна млада жена. Чувствайки определено неудобство от пищните ѝ форми, лекарят навил на руло сноп листа и така, на благовидна дистанция, успешно преслушал сърдечните ѝ тонове. Вдъхновен от прозрението си, французинът начаса конструирал първия стетоскоп, представляващ чисто и просто дървена тръба, която от единия край се долепвала до тялото на пациента, а от другия – до ухото на лекаря. 

Бинауралният (за две уши) стетоскоп е изобретен четвърт столетие по-късно от Артър Лиърд. И така – до откритието на „всепроникващите” Х-лъчи на немския професор Вилхелм Рьонтген през 1895 г. в самото навечерие на Рождество Христово. Призрачната снимка на костите на лявата ръката с венчалната халка на безимения пръст на фрау Анна Берта – съпругата на професор Рьонтген, с мълниеносна бързина обикаля Земята и се превръща в световна сензация. В резултат на откритието на немския професор се ражда един от най-използваните в наши дни диагностичен метод – рьонтгенографичният, който широко се прилага за изследване на костно-ставната система, кръвоносните съдове, пикочно-половата система и органите в коремната и гръдната кухина на човешкото тяло. За получаване на по-добър образ и проследяване на динамиката на определени процеси се използват контрастни вещества – например в т.нар. венозна урография, в която се изследва състоянието и функционирането на бъбреците, уретерите и пикочния мехур. 

Върхово постижение в образната диагностика представлява рьонтгеновата компютърна томография, създадена през втората половина на XX век 

от американския физик Алан Кормак и английския инженер Годфри Хаунсфийлд. Чрез специален алгоритъм, разработен от американския учен, с помощта на компютър се обработва информацията за поглъщането на рьонтгеновите лъчи от различните части на човешкото тяло, в резултат на което се получава техен отчетлив и многопланов образ. Последният възниква чрез „съшиване” на множеството изображения, които се получават при облъчването с рьонтгенови лъчи на отделни тесни сегменти на изследвания обект. Всъщност терминът томография, съчетаващ две гръцки думи – τόμος (част, секция) и γράφω (пиша, изобразявам), отразява същността на този метод. 

Първата снимка с помощта на този невероятен скенер е получена през 1971 г., а през 1972 г. започва неговото серийно производство. 

Любопитна подробност е, че изследванията върху създаването на компютърния томограф се финансират от една от най-известните звукозаписни компании в света – британската EMI (Electric and Music Industries), благодарение на големите печалби от контракта ѝ със знаменитата рок група The Beatles. През 1979 г. за създаването на компютърната томография Кормак и Хаунсфийлд са удостоени с Нобелова награда за медицина. 

В наши дни компютърният томограф е основен прибор във всяка добра клиника. По статистически данни около 70% от поставените в света диагнози се основават на използването на рьонтгенодиагностичните методи на изследване. Тези методи позволяват да се поставят диагнози и на хора, живели преди хиляди години. Междувременно арсеналът от диагностични техники се попълва с нови – ЕКГ, ехография, колоноскопия, фиброгастроскопия, сцинтиграфия и т.н., 

в които се използват последните постижения във физиката, химията, приборостроенето, електрониката и компютърната техника. Без преувеличение може да се каже, че благодарение на тях са спасени милиони човешки животи. 

Независимо от изключителните възможности на изброените техники техните достойнства трудно могат да се съизмерват с магнитнорезонансната томография, по-известна с наименованието ядрено-магнитен резонанс и абревиатурата ЯМР. Този невероятен метод, създаден през последната четвърт на миналия век, се основава на едно уникално физично явление с витиевато, вдъхващо респект, дори боязън, наименование - ядрено-магнитен резонанс. Явлението е открито през 1938 г. от американския физик с австро-унгарски произход Исидор Исак Раби. 

За своя принос в изучаване на магнитните свойства на атомните ядра, открехващ вратата към тайните на микросвета, през 1944 г. той е удостоен с Нобелова награда по физика. Трябва откровено да признаем, че всеки опит с прости думи да се опише същността на това уникално явление крие изключителната опасност да се предизвика най-малко кисела гримаса у специалистите в тези дебри на научното знание. Но, ръководени от желанието все пак по някакъв начин да осветлим нещата, ще си позволим да кажем, че явлението ядрено-магнитен резонанс се състои в способността на ядрата на определени атоми (1H, 13C, 17O, 19F, 31P, 129Xe и т.н.) да поглъщат променливо електромагнитно лъчене, когато са поставени под действието на силно, постоянно и хомогенно магнитно поле. В това възбудено и богато на енергия състояние те остават хилядни части от секундата. Връщайки се на основното си енергетично ниво, те емитират (излъчват) погълнатото, т.нар. резонансно лъчене, което предоставя информация за обкръжаващата съответния атом среда. 

Изследванията в тази вълнуваща научна област са белязани с низ от Нобелови награди, свързани с приложението на това явление в химичния анализ, органичната химия, биохимията и т.н. 

Приложението на ядрено-магнитния резонанс в образната диагностика е свързано с имената на американския химик Пол Латербур от университета в Ню Йорк и английския физик сър Питър Мансфилд – професор в Нотингамския университет (Великобритания). Първото изображение с помощта на това явление американският химик получава през 1973 г. А английският учен съставя брилянтен математически алгоритъм, с помощта на който получените от прибора сигнали се преобразуват в изключително точен и детайлен образ на изследвания обект. Както и в много други случаи, първоначално научната общност се отнесе твърде скептично към творението на Пол Латербур и Питър Мансфилд и дълго време то остана настрана от клиничната практика на радиолозите. Това в някаква степен може да се обясни и с отсъствието на достатъчно „интелигентни” компютри, които да се справят със сложния математически алгоритъм, съставен от сър Мансфилд. 

И все пак светът оцени това достижение – през 2003 г. двамата учени бяха удостоени с Нобелова награда по физиология и медицина. 

Основен интерес, в т.ч. и за приложението на метода в клиничната диагностика, представлява протонният магнитен резонанс, т.е. поведението на водородните атоми. Това никак не е случайно – водата, в молекулата на която присъстват два водородни атома, е основен градивен елемент на човешкото тяло, изпълващ в една или друга степен всички негови органи. Отделните тъкани на човешкия организъм (мускули, кръвоносни съдове, кости и т.н.) съдържат различни количества водородни атоми, в резултат на което генерират сигнал с различни характеристики. До образа, получен чрез този метод, подобно на рьонтгеновата компютърна томография, се стига чрез „съшиване” на множеството изображения на обекта, получени чрез сканиране на отделни тесни отрязъци от него. 

Важно предимство на ядрено-магнитната томография е изключителната детайлност на образа, 

в т.ч. и при т.нар. меки тъкани, както и липсата на каквото и да е лъчево натоварване върху пациента. Което не може да се каже за рьонтгеновата компютърна томография, както и за другите методи, в които се използват Х-лъчите, открити от професор Рьонтген. Тъжен момент от неговата биография е, че той става неволна жертва на своето откритие. Продължителното време, прекарано в изследване на загадъчното лъчене, има фатални последствия за учения. 

Със създаването на магнитнорезонансната томография лекарите получиха един невероятен неинвазивен и напълно безвреден метод за наблюдение и прецизна диагностика на почти всички части на човешкото тяло. Масовото му внедряване засега се препятства от относително високата стойност на изследването.

Най-интересните статии на доц. д-р Димитър Попов, публикувани във в. "Животът днес", са събрани в книгата "Мантри за здраве и дълголетие", която се разпространява от книжарниците „Хеликон”.

 

 

Сподели във Facebook