В чем Тесла, брат?
На написание данной заметки меня подтолкнула моя недавно закончившаяся студенческая юность. Дело было на одной из клинических дисциплин, когда пожилой, но еще совсем не старый профессор рассказал нам о техническом чуде — МР-томографе с с индукцией магнитного поля в 3 тесла. И мы внимали каждому слову столь авторитетного коллеги.
Глубокое разочарование ждало меня буквально несколькими неделями позже, когда, листая ленту Facebook’а, я обнаружил новость о старте томографа 10,5 тесла. «Похоже, знания нашего профессора устарели так же, как и технологии в нашей стране» — подумалось тогда мне. А может быть, я все же неправ? Давайте разберемся вместе…
«До чего дошла техника?»
21 век — удивительное время. Вычислительные мощности техники экспоненциально растут. Нейросети все плотнее и плотнее входят в нашу жизнь. И, конечно же, инженерный гений не может дремать в подобных условиях. Для сообщества радиологов все это может означать только одно — переход к эре сверхмощных томографов. Собственно, это не новое изобретение. Томографов от 9,5 до 11 тесла весьма много. 16 в США, 17 в Европе, 6 в Азии, 1 в Южной Америке, 2 в Австралии. Но еще ни на одном из них не проводилось исследование человека в, с позволения сказать, самом рутинном режиме — до последнего времени…В лучшем случае испытания проводились на животных. И это абсолютно естественно для подобного рода грандиозных проектов. Прежде всего должна быть доказана близкая к 100 % безопасность для человека.
И вот свершилось — вся мощь 10,5 теслового томографа стала доступна в клинической практике!
13 марта 2018 года исследователи из Центра магнитно-резонансных исследований университета Миннесоты (CMRR) начали выполнять исследования на людях, выполняя МРТ-обследование всего тела. «Это здорово» — говорит Kamil Ugurbil, доктор философии, директор CMRR и профессор медицины, нейронауки и радиологии в медицинской школе университета. «Мы все взволнованы и прошли длинный путь до этого момента».
И правда, от создания самой установки до первого исследования человека прошло почти 10 лет. В 2008 году Национальный институт здоровья (NIH) США выделил грант на данный проект в размере 8 миллионов долларов, и, наверное, этот год можно считать его «годом рождения». Однако «родиной» самого магнита США не является. Он был собран и сконструирован на берегах туманного Альбиона, после чего переправлен через Атлантический океан и Великие озера в Дулут, штат Миннесота, и уже из Дулута доставлен к зданию кампуса Twin Cities института Миннесоты.
Казалось бы: доставили, собрали и пользуйтесь себе на здоровье. Что тут сложного? Но сложности все же есть. Столь мощные магниты — пока еще не серийные изделия, и с их эксплуатацией связан ряд проблем, первую из которых — проблему охлаждения проводников ниже температуры плавления жидкого гелия (–270 °C) — надо было решить исследователям из CMRR.
И только лишь потом потребовалась тонкая настройка всего оборудования, опыты на животных и, как финал, исследования на человеке. Впрочем, пытливый ум способен свернуть горы и обратить реки вспять. Весь путь был пройден от начала до конца, и исследование вошло в свою заключительную стадию.
Сканер (Magnetom 10.5T, Siemens Healthiners) способен сканировать все тело человека, но его основной задачей станет изучение головного мозга. В дополнение к первоначальному гранту NIH выделил исследователям из CMRR новый пятилетний грант в размере 9,7 млн долларов от NIH Brain Initiative для разработки следующего поколения методов визуализации мозга.
Кроме того, изучая, как работает организм, врачи могут поспособствовать разработке новых методов лечения для целого ряда заболеваний, включая сердечно-сосудистые заболевания, сахарный диабет, рак и т. д.
«Это инструмент, с помощью которого мы хотим расширить границы визуализации мозга» — добавляет Kamil Ugurbil.
Какие плюсы?
МРТ-исследования с использованием ультравысоких магнитных полей имеют более высокое соотношение сигнал-шум, повышенную чувствительность, улучшенную восприимчивость при контрастировании и увеличенную ширину дисперсии химического сдвига. Кроме того, большее спектральное разделение может быть получено с помощью МР-спектроскопии в сверхвысоких магнитных полях.
А есть ли минусы?
Возможно, вы зададитесь вопросом: «Неужели все так гладко, и нет никаких подводных камней?»
Что ж, не все так просто… В начале 1930-х годов были произведены исследования, целью которых являлось изучение возможных эффектов высокого магнитного поля на протекающие проводящие жидкости. Hartman предположил, а Lazarus впоследствии подтвердил, что в результате воздействия силы Лоренца в проводящей жидкости, протекающей в направлении поперек магнитного поля, возникают индукционные токи.
Индукционные токи, взаимодействующие с поперечно направленным магнитным полем, создают дополнительные силы, действующие на жидкость, что приводит к увеличению градиентов давления в направлении потока жидкости. Человеческая кровь представляет собой электропроводящую жидкость, и поэтому разумно предположить существование таких сил, действующих на нее, поскольку она протекает по всей сосудистой системе человека, особенно при воздействии напряженности магнитного поля выше 10,5 Тл.
Однако исследования, проведенные на свиньях в качестве биологической модели, показали, что увеличение градиента давления не является критическим — среднее увеличение систолического давления составило 2,0 мм рт. ст., диастолическое давление увеличилось на 4,5 мм рт. ст. Также было отмечено среднее увеличение частоты сердечного ритма на 1,2 ударов в минуту. В то же время существуют проблемы с удвоением величины неоднородности радиочастотных волн, которые еще требуют эффективного решения.
Далекие и не очень горизонты
Исходя из концепции гранта, можно предположить, что установки в 10 и более тесла в обозримом будущем станут скорее повседневной реальностью, нежели объектами экспериментов. Возможно, в ближайшем будущем благодаря подобным проектам будут изменены подходы к терапии таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и др. Особо интересно отметить тот факт, что томографы в 7 Тесла рассматриваются в данной заявке на грант как уже свершившийся факт. Но какой «киберпанк» заслуживает Россия, а вместе с ней и другие страны СНГ? Вопрос ребром, не так ли…
Что ж, боюсь ответ на это будет не столь радужным, как вся статья до этого. Все дело в пресловутом финансовом вопросе — подобного рода проекты требуют огромных финансовых вложений. На текущий момент и даже в отдаленной перспективе подобных средств у государства для таких проектов нет и не будет. Но ведь не государством единым? Есть же еще и частное финансирование.
Но такой подход тут не сработает...
Вложение слишком велико, а отдача может быть не столь очевидной и «растянутой» во времени. Куда прибыльнее эксплуатировать установки с индукцией магнитного поля 1,5–3 тесла, разработанные еще в 90-х годах прошлого века. Информации, конечно, получишь меньше. Зато дешево во всех смыслах (а значит, больший сегмент рынка будет охвачен при минимуме вложений). Научный переворот тоже не совершишь. Но — «оно нам надо?» По крайней мере не здесь и не сейчас. Вот и получается, что профессор, речь о котором шла в самом начале статьи, оказался не «устарелым» в плане знаний, а весьма современным для нашей реальности.
А какой «киберпанк» заслужил ты?
Источники:
- Ertürk M. A. et al. Toward imaging the body at 10.5 tesla //Magnetic resonance in medicine. – 2017. – Т. 77. – №. 1. – С. 434–443.
- U Scientists Scan World’s First 10.5-Tesla Human MRI Image [Электронный ресурс] / Kevin Coss — Электрон. журн. — 2018. — Режим доступа: https://research.umn.edu/inquiry/post/u-scientists-scan-worlds-first-105-tesla-human-mri-image
- Yigitcan Eryaman et al. Investigating the physiological effects of 10.5 Tesla static field exposure on anesthetized swine //International Society for Magnetic Resonance in Medicine. – 2017. – T. 79. – №. 1. – С. 511–514
- 1st 10.5T MRI scans performed on humans [Электронный ресурс] / Wayne Forrest — Электрон. журн. — 2018. — Режим доступа: https://www.auntminnie.com/index.aspx?sec=sup&sub=mri&pag=dis&ItemID=120222
- Motovilova E., Huang S. Y. Head Coil for 10.5 Tesla Magnetic Resonance Imaging Human Body Scanner //Modelling Symposium (EMS), 2015 IEEE European. – IEEE, 2015. – С. 66–69.
