Вторая жизнь рентгеновских лучей: разработка компьютерного аксиального томографа

 

На ранних стадиях применения рентгеновских лучей, чтобы сделать видимыми кости внутри тканей, впереди тела помещали симплексные рентгеновские трубки, а сзади — флюоресцентный экран или фотографическую пластину. В ходе усовершенствования прибора и способов настройки рентгеновского источника была достигнута большая гибкость и точность в дозировке излучения. Первоначально слабые флюоресцентные экранные изображения преобразовывались электронными усилителями, что давало возможность практического использования флюороскопа для наблюдения движения в режиме реального времени. Однако получалось только изображение костей, а ткани оставались почти прозрачными, за исключением тех случаев, когда для выделения мягких тканей (например, кровеносных сосудов и желудочно-кишечного тракта) использовались специальные контрастные наполнители.

Наиболее важной для диагностики разработкой явилось объединение компьютерной технологии и источников рентгеновского излучения. КАТ-сканер (компьютерный аксиальный томограф) посылает тонкий пучок рентгеновских лучей на изучаемый предмет. Луч медленно движется вокруг объекта и снимает мгновенные «фотографии» при каждом угле поворота. Компьютер внутри сканера анализирует отдельные «фото», а затем воспроизводит «образ», напоминающий перекрестный разрез человеческого тела. Усовершенствованные КТ-сканеры (компьютерные томографы) создают изображения, похожие на тонкий срез тканей в сканированной области тела, и позволяют наблюдать мягкую ткань, почти невидимую для рентгеновского "глаза".

КТ-сканер имеет огромное значение для неврологической диагностики, где прежде использовались только косвенные методы получения изображения мозга и исследовательская нейрохирургия иногда была просто необходима. Благодаря способности КТ-сканера давать изображение тканей мозга и тела стало возможным раннее обнаружение различных опухолей и структурных аномалий ткани.

Рентгеновский КТ-сканер лег в основу компьютерной технологии, которая позволила преобразовывать данные, полученные от сканирующих устройств, в трехмерные реконструкции частей тела, например головы.

Рентгеновский КТ-сканер способен отображать только структуру костей и мягких тканей; новые сканеры дают возможность прослеживать физиологические и клеточные процессы в организме.  Первым по новой технологии был разработан ПЭТ-сканер (позитронная эмиссионная томография), который позволил проникнуть в основу клеточной функции мозговой ткани. Он представляет собой продукт слияния двух прежде совершенно различных диагностических технологий: ядерной медицины и оснащенной вычислительной техникой томографии. В ядерной медицине недолговечные радиоактивные изотопы, способные концентрироваться в специфическом органе тела (типа щитовидной железы или печени), внутривенно впрыскиваются пациенту, который затем помещается около сцинтилляционного детектора для регистрации эмиссии радиоактивных частиц от локализованных в исследуемом органе веществ. Детектор создает плоское, двумерное изображение органа, на котором видны его размер, расположение, наличие каких-либо дефектов и т. п.

Первоначально ПЭТ-сканер использовался для изучения функций мозга. Радиоактивная глюкоза (первичное «топливо» мозга) вводится внутривенно и поступает в мозг; она является позитронным эмиттером и служит источником позитронов при ПЭТ-сканировании. Множество детекторов сцинтилляции устанавливается вокруг головы пациента. С помощью компьютерных программ КТ технологии ПЭТ-сканер строит изображение поперечного разреза мозга на основании количества позитронов, излучаемых радиоактивной глюкозой, поглощенной клетками мозга. В зависимости от активности конкретных областей мозга используется большее или меньшее количество глюкозного «горючего». Получаемое при ПЭТ-сканировании изображение похоже на то, что дает КТ-сканирование головы, но дополнительно позволяет судить о клеточной деятельности различных участков мозга.  С помощью этого сканера ученые в настоящее время изучают особенности деятельности участков мозга у нормальных индивидуумов и у людей с душевными заболеваниями типа шизофрении и маниакально-депрессивного психоза. В некоторых случаях изменение медикаментозного лечения, основанное на результатах ПЭТ-сканирования, давало клиническое улучшение состояния больного. Исследователей также интересуют области мозга, ответственные за развитие определенных навыков — чтения, восприятия речи и музыки, рукоделия. Если КТ-сканеры способны обнаружить структурные дефекты мозговой ткани, то ПЭТ-сканер позволяет исследовать динамические, функциональные качества самого человеческого сознания. Результаты его применения свидетельствуют об огромном диагностическом потенциале этого прибора. Однако высокая стоимость, обусловленная, в частности, использованием линейного ускорителя для производства радиоактивной глюкозы, ограничивает применение ПЭТ-сканера в психиатрии, хотя с его помощью можно оценить, например, эффективность лечения умственных заболеваний медикаментозным или другими методами.

Со времени первых экспериментов с ПЭТ-сканером были получены новые радиоактивные соединения: например, вещество, поглощаемое только допаминными рецепторами. Впервые в истории медицины удалось увидеть внутри живого мозга клеточные компоненты: допаминные рецепторы, патология которых позволяет обнаружить у человека шизофрению и двигательные расстройства наподобие болезни Паркинсона. Прежде клеточные компоненты изучались посредством микроскопического анализа специально обработанной мозговой ткани, взятой у трупов пациентов, страдавших изучаемой болезнью. ПЭТ-сканирование значительно расширило наши знания о мозге, а в настоящее время появился новый сканер, обещающий медикам уникальные возможности для исследования человеческого организма.