Фокусы с угадыванием карт или предсказанием выпавших на кубике чисел всегда основаны на ловкости рук. По-настоящему ясновидящих фокусников не существует. Зато в больницах давно и совершенно обыденно используют технологию «просвечивания» человеческого тела. Различные методы визуализации позволяют заглянуть внутрь головы, грудной клетки или брюшной полости без единого разреза – этот факт всем хорошо известен.
Впервые человечество получило эту технологию чуть более века назад. В 1895 году немецкий физик Вильгельм Рентген проводил эксперименты с так называемыми катодными лучами, используя высоковольтную вакуумную трубку. Как-то он заметил, что экран на лабораторном столе слабо светится. Хотя трубка была плотно закрыта черной картонной оберткой, какие-то лучи проникали сквозь нее и заставляли экран светиться.
Он продолжил эксперименты. Лучи проходили не только через картон, но и через дерево, резину и другие материалы, однако не могли проникнуть через такие металлы, как свинец. Стало очевидно, что это новый вид излучения. Когда он поместил руку на пути лучей, то стал свидетелем удивительного явления – на экране отчетливо проступали кости его кисти.
Как же назвать эти безымянные лучи? Используя математическое обозначение «X» для неизвестных величин, он назвал их X-лучами.
После публикации результатов Рентгена технология рентгеновского излучения мгновенно распространилась по всему миру – настолько ценной она оказалась для медицины.
Метод позволял точно визуализировать переломы и застрявшие в теле пули, что значительно упростило диагностику и лечение.
В 1901 году Рентген получил Нобелевскую премию по физике за это открытие, а впоследствии X-лучи стали называть и рентгеновскими лучами. Термин «рентген» остается точным медицинским обозначением и по сей день.
После открытия рентгеновских лучей их применение продолжало расширяться. В 1913 году немецкий врач Альберт Саломон, сравнив 3000 удаленных образцов молочных желез с их рентгеновскими снимками, опубликовал метод выявления рака груди с помощью рентгена. Эти исследования заложили основу для будущей маммографии.
К 1920-м годам получили широкое распространение контрастные вещества – жидкости, не пропускающие рентгеновские лучи. При их введении в полые органы (например, желудок или толстую кишку) на снимках четко выделяются их контуры, что позволяет оценить форму и состояние внутренних стенок. По сути, это создающие тень препараты.
Рентгеноконтрастное исследование желудка до сих пор входит в программу скрининга рака желудка в Японии. Ирригоскопия – исследование толстой кишки с введением контраста через анальное отверстие – также остается распространенным диагностическим методом.
Дальнейшее развитие технологии привело к созданию контрастных веществ для внутрисосудистого введения, что позволило визуализировать сосуды головного мозга и сердца. Впервые представленная в 1927 году церебральная ангиография остается незаменимой при диагностике и лечении инсультов, аневризм и других патологий.
Артерии, окружающие сердце и питающие сердечную мышцу, называются коронарными. Они отходят от основания аорты и разделяются на правую и левую, причем левая, в свою очередь, делится на переднюю нисходящую и огибающую ветви. Сужение любого из этих сосудов может привести к стенокардии или инфаркту миокарда.
При коронарографии катетер, введенный через периферическую артерию (например, на руке), продвигают к сердцу, после чего вводят контрастное вещество и выполняют рентгеновскую съемку. Это позволяет четко визуализировать ход сосудов и выявить участки сужения, что критически важно для диагностики и выбора тактики лечения.
Техника катетеризации была впервые продемонстрирована в 1929 году немецким врачом Вернером Форсманом. Поразительно, но Форсман провел катетер через сосуд собственной руки прямо до сердца и зафиксировал это на рентгеновском снимке. На момент эксперимента ему было всего 25 лет.
В то время его работа не получила признания – коллеги сочли этот метод слишком опасным. Однако спустя 27 лет, в 1956 году, Форсман совместно с американскими врачами Дикинсоном Ричардсом и Андре Курнаном, разработавшими методики клинического применения катетеризации, был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине.
Этот случай наглядно показывает: открытия первопроходцев, бросающих вызов общепринятым нормам, далеко не сразу находят понимание у современников.
Рис. 58. Коронарные артерии, окружающие сердце
В 1970-х годах технологии, использующие рентгеновские лучи, совершили новый прорыв. Благодаря появлению компьютерной томографии (computed tomography, сокращенно КТ) стало возможным получать объемные изображения срезов тела. Этот метод диагностики, широко применяемый во всем мире, позволяет преодолеть главное ограничение обычного рентгеновского исследования – невозможность оценить «глубину». При стандартном рентгене изображение представляет собой проекцию, где передние и задние структуры накладываются друг на друга.
КТ использует принципиально иной подход: вращающийся вокруг пациента аппарат испускает рентгеновские лучи с разных углов, а компьютер анализирует полученные данные и реконструирует изображение. Это позволяет визуализировать поперечные срезы тела с высокой точностью.
Различные ткани организма по-разному пропускают рентгеновские лучи. КТ отображает эти различия в градациях серого – от белого до черного.
Степень поглощения излучения количественно выражается в числах КТ (CT numbers), где за эталон (0) принята вода. Например, воздух имеет значение около минус 1000 (на снимках выглядит абсолютно черным), а кости – от 250 до 1000 (очень светлые, почти белые). Кровь с показателями около 50–80 выглядит чуть светлее воды, что позволяет дифференцировать эти жидкости на снимках.
Единица измерения этих значений называется HU (Hounsfield Unit), в честь Годфри Хаунсфилда – британского инженера, разработавшего первый коммерчески успешный КТ-сканер в 1972 году. В 1979 году он совместно с американским физиком Алланом Кормаком, чьи теоретические работы 1960-х легли в основу технологии, был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине.
Рентгенологические исследования имеют один существенный недостаток – они связаны с радиационным облучением. Однако в медицине существуют и методы визуализации без использования ионизирующего излучения.
Один из них – ультразвуковое исследование (УЗИ). Принцип его работы основан на отражении ультразвуковых волн от внутренних структур организма. Часто называемый эхо (от слова «эхолокация»), этот метод особенно ценен для наблюдения за плодом во время беременности, оценки работы сердца и исследования кровотока. Его главные преимущества – полное отсутствие облучения и возможность наблюдать движущиеся объекты в реальном времени. Впервые примененный в 1940-х годах, ультразвук постепенно стал неотъемлемой частью медицинской диагностики.
Другой важный метод – магнитно-резонансная томография (МРТ). В отличие от КТ, МРТ использует мощное магнитное поле и позволяет получать изображения срезов тела без радиационного воздействия. Хотя и КТ, и МРТ предоставляют послойные изображения, принципы создания контраста у них принципиально разные, что делает эти методы взаимодополняющими в диагностике различных заболеваний.
Если КТ-исследование занимает считаные минуты, то процедура МРТ обычно длится 30–40 минут. Пациентам приходится находиться в узком тоннеле аппарата, поэтому перед исследованием обязательно уточняют наличие клаустрофобии.
МРТ-кабинет представляет собой зону постоянного сильного магнитного поля, куда категорически запрещено вносить металлические предметы. В 2001 году в США произошел трагический случай, когда кислородный баллон, притянутый магнитом, влетел в аппарат и убил ребенка [1].
Распространено заблуждение, будто МРТ всегда превосходит КТ по точности. На самом деле у каждого есть свои диагностические ниши – как и у УЗИ. Некоторые состояния лучше выявляются ультразвуком, другие требуют именно МРТ.
В 2003 году американский химик Пол Кристиан Лотербур и британский физик Питер Мэнсфилд получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за разработку МРТ. Технологии визуализации принесли медицине множество Нобелевских премий и радикально изменили диагностику.
Удивительно, что вся эта революция произошла всего за один век. Эпоха, когда врачи могли полагаться только на внешние признаки и симптомы, длилась тысячелетиями. А мы живем в уникальное время, когда технологии позволяют буквально заглянуть внутрь человеческого тела.