Изобретателем года назвали физика, снявшего кино внутри живого организма
Немецкий физик Дженс Фрэм, получивший в этом году награду Европейского патентного ведомаства, не изобретал принцип МРТ; это сделал в 1973 году американец Пол Лотербур. Первое сканирование, позволившее получить трехмерное изображение внутренних органов, провели только через четыре года. Процедура заняла четыре часа 45 минут; теперь у ученых был инструмент, позволяющий заглянуть внутрь человеческого тела без опасного рентгеновского излучения, но этот инструмент был слишком медленным для того, чтобы его могли использовать врачи. Только в 1985 году Фрэм и его коллеги из Института биофизической химии Общества Макса Планка в Геттингене создали методику быстрой экспозиции с малым углом отклонения (FLASH), позволяющую делать снимки в 100 раз быстрее. Вместо нескольких часов сканирование стало занимать несколько минут, и технология стала доступна врачам и ученым.
Через несколько месяцев после публикации Фрэма ведущие производители (Siemens, General Electric и Philips) уже строили первые томографы — правда, они делали это без лицензии на использование технологии. Общество Макса Планка судилось с компаниями семь лет и выиграло. К настоящему моменту сумма, которую производители МР-томографов с применением технологии FLASH выплатили Обществу, составляет 155 миллионов евро, и все они тратятся на науку. Сейчас в мире работает 36 тысяч машин; каждую секунду врачи и ученые получают 3 томограммы, а за год их делается больше ста миллионов. Доступ к МРТ — важный параметр качества системы здравоохранения.
Спрос на томографы растет примерно на 5% в год, поэтому технология в будущем будет приносить ученым все больше денег. Средства направят на новые исследования. В частности, на деньги, вырученные за FLASH, группа исследователей под руководством Фрэма создала новую, улучшенную технологию FLASH 2, позволяющую снимать происходящее внутри тела с кадровой частотой 100 кадров в секунду. Благодаря FLASH 2 МРТ из фотографии превратилась в видеозапись, и ученые впервые получили возможность без разрезов и с высокой степенью детализации увидеть, как бьется сердце, как движутся части сустава и внутренние органы во время глотания — и многое другое. Сейчас технологию тестируют в клиниках Великобритании, Германии и США, с ее использованием уже проведены исследования, описанные в полусотне научных статей.
Человек делает глоток сока. МРТ, 100 fps.
В основе МРТ лежит измерение магнитного момента атомов водорода. Водород входит в состав всех живых тканей: он есть и в биомолекулах, и в воде. Человека помещают в сильное постоянное магнитное поле, и спины атомов водорода выстраиваются вдоль его магнитных линий. Затем атомы водорода возбуждают электромагнитными импульсами низкой энергии (радиоволнами). Из возбужденного состояния протоны возвращаются обратно в невозбужденное, выделяя энергию; томограф собирает данные о выделенной протонами энергии и на ее основе составляет изображение. Без технологии FLASH ученым приходилось ждать, пока возбужденные радиоимпульсом протоны вернутся в исходное состояние, поэтому сканирование длилось долго. Технология FLASH позволила получать результаты с на два порядка более высокой скоростью за счет уменьшения угла распространения радиосигнала по отношению к направлению линий магнитного поля. После сигнала, выпущенного под углом меньше 90°, протон быстрее возвращается в изначальное состояние — правда, и обратный сигнал при этом слабее, поэтому при использовании FLASH собирают и усредняют несколько изображений.