Становление мирного медицинского атома

Продолжаем ‎изучать‏ ‎вопрос ‎— ‎как ‎зарождалась ‎и‏ ‎как ‎развивалась‏ ‎ядерная‏ ‎медицина, ‎а ‎также‏ ‎— ‎создавать‏ ‎предельно ‎краткий ‎«ядерно-медицинский ‎путеводитель»,‏ ‎общий‏ ‎обзор ‎всех‏ ‎медицинских ‎новинок‏ ‎в ‎этой ‎отрасли.

Вильгельм ‎Рентген ‎и‏ ‎недостатки‏         ‎

Три ‎описанных‏ ‎в ‎предыдущей‏ ‎статье ‎(«Начало ‎мирного ‎медицинского ‎атома») метода‏ ‎использования‏ ‎изобретения‏ ‎Вильгельма ‎Рентгена‏ ‎— ‎рентгеноскопия,‏ ‎флюорография ‎и‏ ‎рентгенография‏ ‎— ‎имеют‏ ‎два ‎одинаковых ‎недостатка.

Во-первых, ‎пациент ‎при‏ ‎этих ‎методах‏ ‎диагностирования‏ ‎получает ‎слишком ‎серьезную‏ ‎дозу ‎излучения,‏ ‎такие ‎процедуры ‎можно ‎проводить‏ ‎повторно‏ ‎только ‎через‏ ‎достаточно ‎большой‏ ‎промежуток ‎времени. ‎Для ‎медиков ‎это‏ ‎уже‏ ‎неудобно: ‎диагноз‏ ‎поставлен, ‎терапевтические‏ ‎процедуры ‎проведены, ‎а ‎проверить, ‎насколько‏ ‎они‏ ‎решили,‏ ‎ликвидировали ‎все‏ ‎обнаруженные ‎проблемы,‏ ‎можно ‎только‏ ‎через‏ ‎два-три ‎месяца.

Во-вторых,‏ ‎при ‎этих ‎методах ‎диагностирования ‎облучение‏ ‎получает ‎не‏ ‎только‏ ‎«проблемный» ‎участок, ‎а‏ ‎весь ‎человеческий‏ ‎организм, ‎и ‎вот ‎на‏ ‎таком‏ ‎снимке ‎медикам‏ ‎приходится ‎выискивать‏ ‎то, ‎что ‎конкретно ‎беспокоит ‎их‏ ‎пациента.‏ ‎Тревожит, ‎допустим,‏ ‎желудок, ‎а‏ ‎на ‎снимке ‎наличествуют ‎все ‎человеческое‏ ‎тело‏ ‎от‏ ‎макушки ‎до‏ ‎пяток.

Медики, ‎в‏ ‎силу ‎специальности,‏ ‎люди‏ ‎весьма ‎жесткие:‏ ‎их ‎новое ‎«техническое ‎задание» ‎в‏ ‎адрес ‎физиков‏ ‎и‏ ‎всяких ‎там ‎инженеров‏ ‎явно ‎было‏ ‎«навеяно» ‎разделом ‎медицины, ‎именуемой‏ ‎топографической‏ ‎анатомией ‎—‏ ‎изучение ‎послойного‏ ‎строения ‎анатомических ‎областей ‎организма. ‎Как‏ ‎научная‏ ‎дисциплина ‎топографическая‏ ‎медицина ‎была‏ ‎создана ‎Николаем ‎Пироговым, ‎классика ‎этого‏ ‎метода‏ ‎—‏ ‎пироговские ‎срезы,‏ ‎основной ‎рабочий‏ ‎инструмент ‎—‏ ‎скальпель.‏ ‎От ‎физиков‏ ‎требовалось ‎«то ‎же ‎самое, ‎но‏ ‎никакого ‎хирургического‏ ‎вмешательства».

Томограф

В‏ ‎конце ‎1920-х ‎—‏ ‎начале ‎1930-х‏ ‎годов ‎французский ‎врач ‎Бокаж‏ ‎предложил,‏ ‎а ‎итальянский‏ ‎инженер ‎Валлебона‏ ‎реализовал ‎аппарат ‎под ‎названием ‎«томограф».‏ ‎Его‏ ‎действие ‎основано‏ ‎на ‎перемещении‏ ‎двух ‎из ‎трех ‎компонентов ‎рентгенографии:‏ ‎пациент‏ ‎неподвижен,‏ ‎рентгеновская ‎трубка‏ ‎и ‎кассета‏ ‎с ‎пленкой‏ ‎перемещаются‏ ‎в ‎противоположных‏ ‎направлениях: ‎трубка ‎движется ‎от ‎головы‏ ‎к ‎пяткам,‏ ‎пленка‏ ‎— ‎от ‎пяток‏ ‎к ‎голове.‏ ‎При ‎их ‎синхронном ‎движении‏ ‎четким‏ ‎на ‎пленке‏ ‎получается ‎только‏ ‎необходимый ‎слой ‎исследуемого ‎органа, ‎все‏ ‎остальное‏ ‎смазывается ‎и‏ ‎не ‎мешает‏ ‎проводить ‎анализ ‎полученного ‎изображения.

Представьте, ‎что‏ ‎у‏ ‎вас‏ ‎в ‎руках‏ ‎— ‎фотоаппарат,‏ ‎позволяющий ‎делать‏ ‎кадр‏ ‎раз ‎в‏ ‎секунду, ‎а ‎сфотографировать ‎вам ‎надо‏ ‎несущегося ‎по‏ ‎дорожке‏ ‎Усейна ‎Болта. ‎Пока‏ ‎он ‎не‏ ‎очутится ‎прямо ‎напротив ‎вас,‏ ‎фотографии‏ ‎будут ‎смазанными,‏ ‎и ‎только‏ ‎одна ‎даст ‎четкое ‎изображение. ‎Приблизительно‏ ‎то‏ ‎же ‎самое‏ ‎происходило ‎и‏ ‎в ‎первых ‎томографах: ‎вот ‎вам,‏ ‎доктор,‏ ‎размазанные‏ ‎изображения ‎пятки‏ ‎и ‎макушки,‏ ‎а ‎вот‏ ‎вам‏ ‎— ‎четкое‏ ‎изображение ‎возлюбленных ‎вами ‎почек.

Конечно, ‎в‏ ‎таком ‎виде‏ ‎томографы‏ ‎работали ‎только ‎в‏ ‎самом ‎начале‏ ‎своей ‎эволюции, ‎ведь ‎доза‏ ‎облучения‏ ‎опять ‎получается‏ ‎не ‎маленькой.‏ ‎Но ‎дантисты ‎используют ‎этот ‎метод‏ ‎и‏ ‎сейчас: ‎за‏ ‎счет ‎движения‏ ‎излучателя ‎и ‎кассеты ‎с ‎рентгеновской‏ ‎пленкой‏ ‎по‏ ‎специальным ‎траекториям‏ ‎выделяется ‎очень‏ ‎четко ‎изображение‏ ‎челюсти.‏ ‎Чувствительность ‎пленки‏ ‎в ‎наше ‎время ‎по ‎сравнению‏ ‎с ‎1920-и‏ ‎годами‏ ‎увеличена ‎многократно, ‎зуб‏ ‎как ‎объект‏ ‎мал, ‎доза ‎излучения ‎минимальна,‏ ‎так‏ ‎что, ‎почему‏ ‎бы ‎и‏ ‎нет.

Математика ‎ядерной ‎медицины

То, ‎что ‎медики‏ ‎свои‏ ‎требования ‎предъявляли‏ ‎именно ‎физикам,‏ ‎дало ‎дополнительный ‎эффект ‎— ‎для‏ ‎решения‏ ‎этой‏ ‎задачи ‎физики‏ ‎привлекли ‎к‏ ‎развитию ‎нового‏ ‎направления‏ ‎математиков.

Ядерная ‎медицина‏ ‎— ‎удел ‎не ‎только ‎медиков‏ ‎и ‎физиков,‏ ‎третья‏ ‎составляющая ‎— ‎именно‏ ‎математика. ‎Под‏ ‎эту ‎конкретную ‎медицинскую ‎дисциплину‏ ‎математики‏ ‎разработали ‎новую‏ ‎ветвь ‎своей‏ ‎науки ‎— ‎вычислительную ‎томографию, ‎математические‏ ‎методы‏ ‎реконструкции ‎внутренней‏ ‎структуры ‎объекта‏ ‎по ‎проекционным ‎данным.

Работали ‎математики ‎быстро‏ ‎и‏ ‎слаженно,‏ ‎за ‎что‏ ‎заслужили ‎совершенно‏ ‎искреннюю ‎благодарность‏ ‎физических‏ ‎медиков ‎и‏ ‎медицинских ‎физиков, ‎для ‎которых ‎эта‏ ‎отрасль ‎математики‏ ‎стала‏ ‎основой, ‎на ‎которой‏ ‎стоит ‎самый‏ ‎молодой ‎метод ‎диагностики ‎—‏ ‎рентгеновская‏ ‎компьютерная ‎томография.

В‏ ‎1963 ‎году‏ ‎американский ‎физик ‎Аллан ‎Кормак ‎решил‏ ‎задачу‏ ‎томографического ‎восстановления:‏ ‎как ‎на‏ ‎основании ‎проекций ‎восстановить ‎трехмерную ‎модель‏ ‎исследуемого‏ ‎объекта.‏ ‎В ‎1969-м‏ ‎английский ‎инженер‏ ‎Годфри ‎Хаунсфилд‏ ‎сконструировал‏ ‎первый ‎компьютерный‏ ‎томограф, ‎который ‎в ‎1971 ‎году‏ ‎прошел ‎клинические‏ ‎испытания,‏ ‎хотя ‎и ‎только‏ ‎на ‎одной‏ ‎части ‎человеческого ‎организма ‎—‏ ‎на‏ ‎голове, ‎которая‏ ‎с ‎этого‏ ‎момента ‎перестала ‎быть ‎«темным ‎объектом».

Первое‏ ‎поколение‏ ‎томографов ‎называлось‏ ‎«ЭМИ-сканер», ‎поскольку‏ ‎Хаунсфилд ‎трудился ‎в ‎фирме ‎EMI‏ ‎Ltd.‏ ‎Читатели‏ ‎постарше ‎могут‏ ‎напрячь ‎память:‏ ‎все ‎верно,‏ ‎деньги‏ ‎на ‎эти‏ ‎исследования ‎и ‎эксперименты ‎EMI ‎заработала‏ ‎на ‎контракте‏ ‎с‏ ‎«Битлз». ‎Наверное, ‎это‏ ‎можно ‎называть‏ ‎«иронией ‎судьбы» ‎— ‎как‏ ‎и‏ ‎то, ‎что‏ ‎в ‎1979‏ ‎году ‎физик ‎Кормак ‎и ‎инженер‏ ‎Хаунсфилд‏ ‎получили ‎Нобелевскую‏ ‎премию ‎по…‏ ‎физиологии ‎и ‎медицине.

4096 оттенков ‎серого

Компьютерная ‎томография‏ ‎может‏ ‎считаться‏ ‎совершенно ‎отдельной‏ ‎наукой, ‎настолько‏ ‎она ‎сложна‏ ‎в‏ ‎том, ‎что‏ ‎касается ‎обработки ‎рентгеновских ‎послойных ‎снимков.‏ ‎Рентгеновские ‎снимки‏ ‎визуализируются‏ ‎как ‎черно-белые ‎изображения‏ ‎— ‎в‏ ‎зависимости ‎от ‎степени ‎ослабления‏ ‎рентгеновского‏ ‎излучения ‎на‏ ‎разных ‎тканях,‏ ‎костях, ‎сухожилиях. ‎В ‎разработанной ‎для‏ ‎этого‏ ‎шкале ‎Хаунсфилда‏ ‎— ‎4096‏ ‎оттенков ‎серого.

Представить ‎себе ‎это ‎не‏ ‎очень‏ ‎просто:‏ ‎к ‎примеру,‏ ‎стандартный ‎компьютерный‏ ‎монитор ‎имеет‏ ‎256‏ ‎оттенков ‎серого,‏ ‎узко ‎специализированный ‎медицинский ‎— ‎1024.‏ ‎Человеческий ‎глаз‏ ‎такое‏ ‎количество ‎оттенков ‎различать‏ ‎не ‎может‏ ‎по ‎определению, ‎компьютерные ‎вычисления,‏ ‎программная‏ ‎обеспечение ‎—‏ ‎неотъемлемые ‎составляющие‏ ‎этого ‎метода. ‎Но ‎и ‎это‏ ‎еще‏ ‎не ‎все‏ ‎сложности.

Пациент, ‎которому‏ ‎делают ‎компьютерную ‎томограмму, ‎во ‎время‏ ‎процедуры‏ ‎неподвижен,‏ ‎излучатель ‎и‏ ‎детекторы ‎двигаются‏ ‎синхронно, ‎на‏ ‎выходе‏ ‎— ‎масса‏ ‎черно-белых ‎снимков. ‎Хотим ‎точности ‎—‏ ‎значит, ‎механические‏ ‎узлы‏ ‎должны ‎быть ‎выполнены‏ ‎с ‎высочайшей‏ ‎точностью. ‎Рентгеновская ‎фотопленка ‎ушла‏ ‎в‏ ‎прошлое, ‎сейчас‏ ‎используются ‎сверхчувсвительные‏ ‎детекторы, ‎конструкция ‎и ‎материалы ‎которых‏ ‎постоянно‏ ‎совершенствуются.

Для ‎того,‏ ‎чтобы ‎пациент‏ ‎получал ‎как ‎можно ‎меньшую ‎дозу‏ ‎облучения,‏ ‎к‏ ‎рентгеновским ‎излучателям‏ ‎предъявляются ‎самые‏ ‎жесткие ‎требования‏ ‎и‏ ‎эти ‎излучатели‏ ‎тоже ‎постоянно ‎совершенствуются.

В ‎томографах ‎первого‏ ‎поколения ‎была‏ ‎одна‏ ‎трубка ‎и ‎один‏ ‎излучатель, ‎во‏ ‎втором ‎поколении ‎использовался ‎веерный‏ ‎тип‏ ‎конструкции: ‎на‏ ‎кольце ‎вращения‏ ‎напротив ‎одного ‎излучателя ‎стояло ‎уже‏ ‎несколько‏ ‎детекторов. ‎Третье‏ ‎поколение ‎ввело‏ ‎понятие ‎спиральной ‎компьютерной ‎томографии, ‎в‏ ‎аппаратах‏ ‎нынешнего,‏ ‎четвертого, ‎поколения‏ ‎— ‎1088‏ ‎датчиков, ‎которые‏ ‎кольцеобразно‏ ‎охватывают ‎стол‏ ‎аппарата ‎и ‎не ‎двигаются.

Если ‎кто-то‏ ‎бывал ‎на‏ ‎этой‏ ‎процедуре ‎в ‎последнее‏ ‎время, ‎то‏ ‎знает, ‎что ‎теперь ‎стал‏ ‎двигаться‏ ‎стол, ‎на‏ ‎котором ‎лежит‏ ‎пациент, ‎второй ‎подвижный ‎компонент ‎—‏ ‎вращающаяся‏ ‎вокруг ‎стола‏ ‎рентгеновская ‎трубка.‏ ‎Детекторы ‎выстроены ‎в ‎ряды, ‎рентгеновское‏ ‎излучение‏ ‎теперь‏ ‎имеет ‎объемную‏ ‎геометрическую ‎форму‏ ‎пучка, ‎чтобы‏ ‎излучение‏ ‎одновременно ‎принималось‏ ‎всеми ‎рядами ‎детекторов.

Слоистая ‎диагностика

Два ‎слоя‏ ‎детекторов ‎впервые‏ ‎появились‏ ‎в ‎1992 ‎году,‏ ‎медики ‎получили‏ ‎возможность ‎делать ‎многослойную ‎компьютерную‏ ‎томографию‏ ‎— ‎МСКТ.

Итак,‏ ‎1992 ‎год‏ ‎— ‎двухслойная ‎томография, ‎1998 ‎—‏ ‎четырехслойная,‏ ‎2004–2005 ‎годы‏ ‎— ‎32,‏ ‎64 ‎и ‎даже ‎128-срезовые ‎томографы.‏ ‎В‏ ‎2007‏ ‎году ‎Toshiba‏ ‎вывела ‎на‏ ‎рынок ‎320-срезовые‏ ‎томографы,‏ ‎в ‎2013-м‏ ‎— ‎японцы ‎представляют ‎уже ‎512-‏ ‎и ‎640-срезовые‏ ‎комплексы.

Эти‏ ‎аппараты ‎позволяют ‎получать‏ ‎не ‎только‏ ‎изображения, ‎но ‎и ‎в‏ ‎режиме‏ ‎«онлайн» ‎наблюдать‏ ‎физиологические ‎процессы,‏ ‎происходящие ‎в ‎сердце ‎и ‎даже‏ ‎в‏ ‎головном ‎мозге.‏ ‎При ‎этом‏ ‎получаемая ‎пациентом ‎доза ‎облучения ‎уменьшилась‏ ‎в‏ ‎десятки‏ ‎раз, ‎ведь‏ ‎для ‎качественной‏ ‎съемки ‎целого‏ ‎органа‏ ‎теперь ‎достаточно‏ ‎одного ‎оборота ‎рентгеновской ‎трубки, ‎который‏ ‎происходит ‎всего‏ ‎за‏ ‎0,4 ‎— ‎0,5‏ ‎секунды.

Но ‎и‏ ‎многосрезовая ‎томография ‎не ‎стала‏ ‎вершиной‏ ‎развития ‎этой‏ ‎технологии. ‎В‏ ‎2005 ‎году ‎Siemens ‎Medical ‎Solutions‏ ‎представила‏ ‎первый ‎аппарат‏ ‎с ‎двумя‏ ‎трубками ‎рентгеновского ‎излучения.

Использование ‎двух ‎трубок,‏ ‎расположенных‏ ‎под‏ ‎90 ‎градусов‏ ‎друг ‎к‏ ‎другу, ‎позволяет‏ ‎получать‏ ‎изображения ‎объектов,‏ ‎находящихся ‎в ‎постоянном ‎и ‎быстром‏ ‎движении: ‎медики,‏ ‎к‏ ‎примеру, ‎теперь ‎видят‏ ‎сердце ‎независимо‏ ‎от ‎частоты ‎его ‎сокращений.‏ ‎Кроме‏ ‎того, ‎использование‏ ‎двух ‎рентгеновских‏ ‎трубок ‎позволяет ‎лучше ‎различать ‎на‏ ‎получаемом‏ ‎изображении ‎близкорасположенные‏ ‎объекты ‎различных‏ ‎плотностей ‎— ‎к ‎примеру, ‎сосуды,‏ ‎проходящие‏ ‎вдоль‏ ‎костей ‎или‏ ‎вдоль ‎протезов.‏ ‎Методы ‎МСКТ-диагностики‏ ‎позволяют‏ ‎медикам ‎строить‏ ‎трехмерные ‎модели ‎кровеносной ‎системы, ‎головного‏ ‎и ‎спинного‏ ‎мозга,‏ ‎печени, ‎желудка, ‎видеть‏ ‎любые ‎злокачественные‏ ‎изменения ‎и ‎образования.

«Обратись ‎в‏ ‎Росатом»

На‏ ‎день ‎сегодняшний‏ ‎МСКТ-диагностика ‎—‏ ‎наиболее ‎продвинутый ‎способ ‎использования ‎изобретения‏ ‎Рентгена‏ ‎и ‎его‏ ‎трубок, ‎хотя,‏ ‎конечно, ‎мы ‎с ‎вами ‎не‏ ‎гарантированы‏ ‎от‏ ‎того, ‎что‏ ‎медики ‎продолжат‏ ‎и ‎дальше‏ ‎развивать‏ ‎это ‎направление.

Мне‏ ‎кажется, ‎что ‎вот ‎теперь ‎перечисленного‏ ‎уже ‎вполне‏ ‎достаточно,‏ ‎чтобы ‎с ‎пониманием‏ ‎следить ‎за‏ ‎тем, ‎что ‎происходит ‎с‏ ‎развитием‏ ‎всех ‎этих‏ ‎методик ‎в‏ ‎нашей ‎России. ‎Toshiba, ‎Siemens ‎—‏ ‎это‏ ‎ведь ‎все‏ ‎по ‎ту‏ ‎сторону ‎границы, ‎которую ‎европейцы ‎с‏ ‎американцами‏ ‎и‏ ‎прочими ‎японцами‏ ‎старательно ‎превращают‏ ‎в ‎каменную‏ ‎стену.‏ ‎Потому ‎все‏ ‎по ‎старинке: ‎хочешь ‎сделать ‎хорошо‏ ‎— ‎сделай‏ ‎сам.‏ ‎Известная ‎«формула», ‎которая‏ ‎в ‎данном‏ ‎случае ‎чуточку ‎модернизирована: ‎«Хочешь‏ ‎сделать‏ ‎хорошо ‎—‏ ‎обратись ‎в‏ ‎Росатом».

Так ‎уж ‎сложилось, ‎что ‎наши‏ ‎ядерные‏ ‎медицинские ‎центры‏ ‎активно ‎оснащались‏ ‎импортным ‎оборудованием, ‎а ‎вот ‎атомная‏ ‎корпорация‏ ‎развивала‏ ‎методы ‎рентгенографии‏ ‎самостоятельно. ‎Напомню,‏ ‎что ‎главная‏ ‎особенность‏ ‎рентгеновского ‎излучения‏ ‎— ‎это ‎способность ‎проникать ‎в‏ ‎непрозрачный ‎для‏ ‎человеческого‏ ‎глаза ‎материал, ‎при‏ ‎этом ‎материал‏ ‎этот ‎не ‎деформируя, ‎не‏ ‎разрушая.‏ ‎Тут ‎нет‏ ‎никаких ‎ограничений‏ ‎на ‎материал, ‎это ‎вовсе ‎не‏ ‎должна‏ ‎быть ‎биологическая‏ ‎ткань, ‎не‏ ‎так ‎ли?

Представьте ‎себе ‎такой ‎«простой»‏ ‎предмет,‏ ‎как‏ ‎корпус ‎атомного‏ ‎реактора, ‎вспомните‏ ‎о ‎том,‏ ‎какие‏ ‎нагрузки ‎в‏ ‎течение ‎какого ‎времени ‎он ‎должен‏ ‎выдерживать, ‎сколько‏ ‎в‏ ‎этом ‎корпусе ‎всяческих‏ ‎технологических ‎отверстий,‏ ‎сварных ‎швов, ‎как ‎важна‏ ‎их‏ ‎точность. ‎Вспомнили-представили?‏ ‎Тогда ‎вот‏ ‎вам ‎сухой ‎текст.

Рентгенография ‎применяется ‎в‏ ‎процессе‏ ‎производства ‎и‏ ‎эксплуатации ‎для‏ ‎контроля:

• отливок ‎и ‎поковок ‎на ‎наличие‏ ‎трещин,‏ ‎газовых‏ ‎и ‎усадочных‏ ‎раковин;
• сварочных ‎швов‏ ‎на ‎наличие‏ ‎непроваров,‏ ‎тепловых ‎и‏ ‎механических ‎трещин, ‎включений ‎шлака;
• неразборных ‎или‏ ‎трудноразборных ‎машин‏ ‎и‏ ‎механизмов ‎на ‎правильность‏ ‎взаимного ‎расположения‏ ‎элементов, ‎их ‎целостности ‎и‏ ‎наличия‏ ‎необходимых ‎зазоров…

Многоточие‏ ‎— ‎только‏ ‎потому, ‎что ‎список ‎занимает ‎несколько‏ ‎страниц.‏ ‎Именно ‎Росатом‏ ‎в ‎России‏ ‎чаще ‎всех ‎использует ‎рентгенографию, ‎а‏ ‎потому‏ ‎и‏ ‎знает ‎про‏ ‎нее ‎больше‏ ‎всех. ‎Все,‏ ‎что‏ ‎было ‎написано‏ ‎выше, ‎являлось ‎и ‎является ‎для‏ ‎него ‎предметом‏ ‎повседневной‏ ‎заботы, ‎все ‎перечисленное‏ ‎оборудование ‎Росатом‏ ‎зачастую ‎разрабатывал ‎и ‎изготовлял‏ ‎для‏ ‎собственных ‎нужд.

Теперь,‏ ‎в ‎общем-то,‏ ‎дело ‎за ‎«малым»: ‎медики ‎должны‏ ‎разработать‏ ‎технические ‎задания‏ ‎и ‎тщательно‏ ‎проверять ‎получаемые ‎результаты. ‎Этот ‎процесс‏ ‎уже‏ ‎пошел,‏ ‎нам ‎остается‏ ‎следить ‎за‏ ‎тем, ‎как‏ ‎именно‏ ‎он ‎будет‏ ‎расширен ‎и ‎углублен.