Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

НОБЕЛЕВСКИЕ ПРЕМИИ 2003 ГОДА . ДИАГНОЗ СТАВИТ ПРОТОН

Кандидат химических наук О. БЕЛОКОНЕВА

Наверное, многие слышали об уникальном диагностическом методе - магнитно-резонансной томографии (по-английски: MRI - magnetic resonance imaging), а кое-кто уже испытал ее возможности на себе. За открытия, совершенные в этой области, американский ученый Пол Лотербур и британец Питер Мэнсфилд стали лауреатами Нобелевской премии в области физиологии и медицины за 2003 год. И неудивительно: в последнее десятилетие магнитно-резонансная томография буквально затмила все другие диагностические методы. С ее помощью можно заглянуть внутрь организма человека, получить цветное изображение органа, увидеть своими глазами опухоль, тромб, кровоизлияние, вывих, воспаление.

В основе магнитно-резонансной томографии лежит явление протонного магнитного резонанса, открытое в 1946 году американскими исследователями Ф. Блохом и Э. Пёрселлом (Нобелевская премия по физике, 1952 год). Суть его состоит в следующем. Ядра атома водорода - протоны - представляют собой своего рода микроскопические компасы. Если их поместить во внешнее магнитное поле, то стрелки "компаса" как бы вытягиваются по стойке "смирно" вдоль силовых линий. Причем вектор магнитного момента протона может быть ориентирован как параллельно вектору магнитного поля (состояние с низкой энергией), так и антипараллельно (состояние с высокой энергией). Если направить на образец радиоволны, то при определенной (резонансной) частоте параллельно ориентированные ядра поглощают энергию радиоволны и переходят из низкоэнергетического состояния в высокоэнергетическое. В принципе, магнитный резонанс наблюдается не только для протонов, но и для некоторых других ядер, поэтому общее название этого явления - ядерный магнитный резонанс (ЯМР).

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

Энергия радиоизлучения, необходимая для появления резонанса, зависит как от величины приложенного магнитного поля, так и от химического окружения ядра. Именно поэтому в последнее время ЯМР стал мощнейшим инструментом для изучения химического состава соединений, агрегации и ориентации молекул, конформации белков, структуры ДНК и др. На пути своего победного шествия метод неоднократно совершенствовался, что и было отмечено двумя Нобелевскими премиями по химии (1991 и 2002 годы).

Тело человека на две трети состоит из воды, каждая молекула которой содержит два атома водорода (протона). Ученым пришла в голову идея обработать резонансные сигналы протонов, находящихся в составе молекул воды человеческого организма, чтобы получить информацию о содержании воды в разных тканях. Так в 1970-х годах появился на свет метод магнитно-резонансной томографии. Слово "ядерный" в названии метода авторы намеренно опустили, поскольку в сознании обывателей оно ассоциируется с гонкой вооружений и экологическими катастрофами.

В чем же отличие магнитно-резонансной томографии от обычного ЯМР? Как и в ЯМР, объект исследования (в данном случае - это человек) помещают в постоянное магнитное поле, а затем облучают радиоволнами в метровом диапазоне. Для удобства измерения источниками радиоволн служат катушки, по форме повторяющие контуры той или иной части тела. Одно из основных отличий заключается в том, что одновременно начинают работать три градиентных магнита, дополнительно генерирующих более слабое магнитное поле. Поле каждого из этих магнитов имеет градиент, то есть плавно меняется - возрастает или убывает - в одном из трех направлений (x, y и z). Поэтому каждую точку пространства характеризует свое значение напряженности магнитного поля. Это и дает возможность регистрировать сигнал ЯМР от небольшого участка тела (условно говоря, кубика со стороной 1-3 мм). Сигналы от кубиков, расположенных в одной плоскости, создают картину тонкого слоя. Метод позволяет сканировать любую часть тела в нужном направлении. Именно за разработку этого технологического новшества Пол Лотербур получил Нобелевскую премию.

Основная задача медиков при постановке диагноза - определить места уплотнений, разрежений, кровяных сгустков в ткани. Магнитно-резонансная томография позволяет это сделать. При выключении электромагнитного излучения протоны относительно медленно возвращаются в исходное состояние, то есть релаксируют. При этом они испускают электромагнитные волны, которые регистрируются катушками. Скорость затухания резонанса и амплитуда испускаемых сигналов напрямую зависят от свойств ткани: плотности, содержания воды, однородности.

После математической обработки сигналы чудесным образом превращаются в изображение на экране компьютера. За то, что в считанные секунды врач может увидеть, как выглядит больной орган, мы должны быть благодарны нобелевскому лауреату Питеру Мэнсфилду.

Метод магнитно-резонансной томографии практически не имеет недостатков (если не считать его дороговизну и невозможность поставить диагноз больным, страдающим клаустрофобией или имеющим металлические имплантаты). Уже сегодня с его помощью можно с высокой вероятностью диагностировать злокачественные опухоли, воспалительные процессы, кисты, инсульты, рассеянный склероз, болезнь Альцгеймера, вывихи, переломы, смещение межпозвонковых дисков. А возможности применения метода в будущем ограничены только рамками нашего воображения.



Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Люди науки»

Детальное описание иллюстрации

Любая заряженная частица, в том числе и протон, при вращении создает магнитный момент и превращается в миниатюрный магнитный диполь с двумя полюсами. В обычных условиях магнитные моменты протонов направлены хаотично (А), но во внешнем магнитном поле они выстраиваются вдоль силовых линий (В).
Магнитно-резонансная томография помогает нейрохирургам при сложных операциях не повредить важные участки мозга. На трехмерном срезе головы показаны: злокачественная опухоль (зеленый цвет), а также слуховой (красный цвет), зрительный (голубой цвет) и двигательный (желтый цвет) центры головного мозга.