Современную медицину - прежде всего, диагностику, - невозможно представить себе без визуализирующих методов обследования. К ним относится, в частности, и ядерная магнитно-резонансная томография. Ее основное преимущество перед более традиционной компьютерной рентгеновской томографией состоит в том, что пациент не подвергается радиоактивному облучению.

Принцип действия ЯМР-томографов основан на том, что атомы, ядра которых содержат нечетное количество протонов и нейтронов, обладают магнитным моментом, отличным от нуля, то есть представляют собой магнитный диполь. К таким атомам относятся, в частности, и атомы водорода, что и позволяет использовать явление ядерного магнитного резонанса в медицине.

Вызывается это явление одновременным воздействием на вещество двух внешних полей - постоянного магнитного поля и переменного электромагнитного поля радиочастотного диапазона. Постоянное магнитное поле упорядочивает ориентацию ядер-диполей, заставляя их развернуться вдоль силовых линий. Если же теперь приложить переменное электромагнитное поле, то при определенных значениях напряженности или частоты начинается процесс резонансного поглощения его энергии ядрами вещества.

Этот процесс может быть зарегистрирован высокочувствительными приемниками и лечь в основу визуализации. А поскольку разные ткани человеческого тела содержат разное количество воды - от 12 процентов в костях до 83 процентов в сером веществе мозга, - магнитно-резонансные проекционные данные позволяют получать достаточно четкие изображения отдельных органов. Большую роль тут играет мощность томографа: чем выше значение магнитной индукции, тем меньше доля атомов водорода, не вовлеченных в формирование резонансного изображения, и значит, тем четче картинка, тем выше разрешение.

Лежать в трубе томографа неуютно и тревожно...

Одна беда: очень многие пациенты чувствуют себя крайне неуютно внутри той узкой трубы, в которую их задвигают, когда проводят магнитно-резонансную томографию. И вот теперь группа немецких ученых предложила использовать для визуализации внутренних тканей организма не магнитные поля, а магнитные наночастицы, что позволит сделать томографию процедурой, приемлемой даже для лиц, страдающих клаустрофобией.

"Хорошую идею узнаешь сразу, - говорит Михаэль Кун (Michael Kuhn), научный сотрудник гамбургской компании Philips Healthcare, специализирующейся на разработке и производстве медицинского оборудования. - Хорошая идея проста, ее легко объяснить даже неспециалисту, так что невольно возникает мысль: "Гениально! И почему это раньше никому в голову не приходило?" Так вот, все это в полной мере относится и к этой идее".

Идея, о которой говорит Михаэль Кун, действительно, столь проста, что он до сих пор удивляется, почему его коллеги додумались до нее только в 2001 году.

Набираем в шприц раствор с магнитными наночастицами...

"Суть в том, что в организм пациента вводятся микроскопические магнитные частицы, которые потом возбуждаются внешним переменным магнитным полем, - поясняет Торстен Буцуг (Thorsten Buzug), сотрудник факультета медицинской техники Любекского университета. - Хотя при этом используется строго синусоидальное поле, частицы реагируют на него излучением, содержащим, помимо той же частоты, еще и гармонические составляющие более высокого порядка".

Параметры этого сложного - можно сказать, искаженного - ответного сигнала зависят от того, в окружении каких тканей наночастицы находятся. То есть анализируя излучение наночастиц, медики могут получать информацию об окружающих тканях в режиме реального времени. Эта информация и легла в основу нового метода визуализации, получившего название Magnetic Particle Imaging.

"С помощью этого метода мы сможем - такова наша цель - в режиме реального времени получать трехмерное изображение работающего сердца человека, - говорит Торстен Буцуг. - Ни один другой метод таких возможностей не дает. Этим и вызван наш энтузиазм. В опытах на мышах это уже получилось. А ведь мышиное сердце - если животное в стрессе - бьется с частотой 600 ударов в минуту. Так вот, уже есть удачные примеры трехмерной визуализации такого сердца".

Новому методу подвластны и сердце, и легкие, и даже опухоли

Между тем, новый метод открывает интересные перспективы не только в кардиологии, но и в других областях медицины, например, в онкологии, - говорит американский исследователь Джон Уивер (John Weaver), научный сотрудник Дартмутского колледжа в штате Нью-Гэмпшир: "Сфера применения метода очень широка. К магнитным наночастицам можно было бы, например, "привесить" определенные антитела для ранней диагностики рака или для того, чтобы проверить, насколько эффективна проводимая химиотерапия".

Новый метод визуализации может дать интересные результаты и применительно к мониторингу дыхательной функции. Однако до клинического применения этого метода еще очень далеко. Пока ученые заняты поиском таких магнитных наночастиц, чтобы они давали оптимальный сигнал и при этом были совершенно безвредны.

"Однако на использование таких частиц в медицине необходим допуск, а процедура его получения длится годами", - напоминает Михаэль Кун. Кроме того, имеющиеся сегодня прототипы очень малы - в них едва помещается мышь. "Мы сейчас разрабатываем демонстратор, рассчитанный на лабораторных животных размером до кролика, - говорит Михаэль Кун, - так что это будет уже довольно крупное сооружение".

Однако конечная цель разработчиков - ручной сканер наподобие того, каким пользуются сегодня врачи для ультразвукового исследования пациента.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Дарья Брянцева