Этот метод визуализации (позволяющий наглядно представить строение исследуемой части организма) заслуживает отдельного описания, потому что, во-первых, является уникальным, а, во-вторых, позволяет оценить безграничность человеческого гения и таланта. Ниже будет представлено предельно упрощенное изложение магнитно-резонансной томографии, позволяющее все же понять суть ее работы.

Организм человека, как, впрочем, и организмы всех живых существ на Земле, состоит из атомов и молекул. На 70 процентов тело человека состоит из воды, молекула которой представляет собой соединение двух атомов водорода и одного атома кислорода. Помимо воды в состав тела входят многочисленные органические (главным образом) и неорганические молекулы и ионы. Из всего количества атомов, составляющих организм человека, 90 процентов приходится на водород. Этот элемент представляет собой ядро, вокруг которого обращается один электрон. Ядро атома водорода состоит из заряженной частицы – протона и лишено электрически нейтральных частиц – нейтронов (которые присутствуют в ядрах всех других химических элементов). Протон заряжен положительно, электрон отрицательно. Каждый из них несет единичный электрический заряд. Заряды протона и электрона компенсируют друг друга, и, в целом, атом электрически нейтрален.

Ядро атома водорода не является неподвижной точкой. Это объемное (пусть и имеющее очень малый объем) тело, вращающееся вокруг своей оси, как вращается вокруг своей оси Земля. Кроме того, при вращении протона происходит его прецессия. Следовательно, в данном случае мы имеем дело с движущимся электрическим зарядом. Движущийся заряд порождает в окружающей его среде магнитное поле, направление индукции (силовой характеристики) которого определяется по правилу правого буравчика. Таким образом, ядро атома водорода представляет собой, своего рода, магнитную стрелку с северным и южным полюсами. Все эти «стрелки» испытывают влияния соседних магнитных полей и находятся поэтому, в положениях хаотичной по отношению друг к другу ориентации, и, значит, компенсируют друг друга, сводя к нулю общий вектор намагниченности.

Расположенные в разных тканях (то есть, находящиеся в различных магнитных условиях) ядра атомов водорода, обладают магнитными полями различных энергий. В натуральном виде зафиксировать и измерить характеристики этих полей и увязать их с анатомическим строением невозможно. Что делать?

Для того, чтобы разрешить эту задачу, физики сконструировали устройство – магнитно-резонансный томограф, в работе которого используется явление ядерного магнитного резонанса.

Что такое резонанс? Известно, что каждое тело обладает своей внутренней, характеристической частотой колебаний составляющих его частей. Если извне к телу приложить колебательное усилие, то при совпадении частот энергия колебаний поглощается телом, и оно (или его части) начинают колебаться с повышенной амплитудой (размахом). Известный пример такого сокрушительного резонанса – это обрушение Египетского моста в Петербурге, когда по нему строем проезжал кавалерийский эскадрон. Части моста начали колебаться в такт ритму лошадиной рыси и мост развалился. (К счастью, обошлось без жертв).

Во избежание такого печального исхода на мостах – например, на просуществовавшем в Ярославле до середины шестидесятых годов Американском мосту – красовались таблички «Ѣзда шагомъ!».

Следовательно, для того, чтобы вызвать резонанс магнитного поля атомного ядра, на него надо подействовать магнитным полем, имеющим такую же частоту (то есть, радиосигналом определенной частоты). Атомное ядро вращается с частотой миллионы оборотов в секунду, то есть в мегагерцовом диапазоне и, естественно, будет поглощать энергию в таком же диапазоне. Но как заставить резонирующее ядро отдать энергию?

Для этого человека помещают в однородное сильное магнитное поле, создаваемое огромной катушкой индуктивности (конструктивные особенности современных томографов различны, есть и открытые постоянные магниты). В таком постоянном магнитном поле все элементарные магниты (ядра атомов водорода, как, впрочем, и ядра атомов всех прочих элементов) выстраиваются, ориентируясь вдоль силовых линий. Остается лишь зарегистрировать намагниченность «стрелок», расположенных в определенных участках тела. Как же решается эта задача?

На атомы, расположенные в подлежащей исследованию области направляют перпендикулярно ориентированные импульсы – мощные радиочастотные сигналы, совпадающие по частоте с характеристической частотой электромагнитного излучения ядра атома водорода. Магнитные диполи (элементарные стрелки) «все вдруг» поворачиваются и занимают перпендикулярное к направлению силовых линий постоянного магнитного поля положение.

После этого подачу возбуждающего импульса прекращают, и атомы водорода возвращаются в исходное положение, но, при этом, излучают электромагнитный сигнал, мощность которого зависит от их магнитного окружения. Это окружение специфично для каждой ткани. Магнитный импульс достигает приемной катушки и индуцирует в ней ток, который регистрируется миллиамперметром, а затем усиливается. Интенсивность ответа разных участков тканей различна, и эту разницу можно закодировать оттенками серого цвета на компьютерном мониторе. Можно также использовать разные режимы подачи сигналов – например, Т1-взвешенный режим (с малым временем релаксации – возвращения из возбужденного в исходное состояние) и Т2-взвешенный режим (с большим временем релаксации). При первом режиме интенсивно отображаются плотные ткани и слабо – жидкие (цереброспинальная жидкость, содержимое желудочно-кишечного тракта, кровь); при втором режиме картина обратная.

Но все же, как получить наглядное изображение? Для этого в постоянное магнитное поле вводят градиент напряженности, направленный перпендикулярно к направлению постоянного магнитного поля. В этом случае при подаче перпендикулярного сигнала резонансом отреагирует только какой-то один тонкий срез (его толщина зависит от крутизны или плавности градиента). В этом слое отобразится срез тканей. Потом градиент переключают и получают новый срез – рядом с первым и параллельно ему.

И так далее… Сопоставляя эти срезы можно получить объемное трехмерное изображение структуры любого органа.

Следует особо остановиться на том, почему для исследования чаще всего выбирают ядра атома водорода. Дело в том, что, как уже было сказано, в организме больше всего атомов водорода, и они распространены по всему организму с большей концентрацией в жидкостях, а кроме того, обладают наиболее мощным удельным магнитным сигналом.

Достоинств у магнитно-резонансной томографии гораздо больше, чем недостатков.

Во-первых, в отличие от всех других методов визуализации – рентгеновского исследования, УЗИ и ПЭТ – регистрируют не поглощение или отражение посторонних для организма полей и волн, а собственное радиочастотное излучение тела, которое не взаимодействует с естественными колебаниями биологических систем организма из-за сильного несовпадения частот.

Во-вторых, МРТ безвредна для организма. Ее можно выполнять больным в любом, даже очень тяжелом состоянии.

В-третьих, при особых режимах с контрастированием и при исследованиях ядер других атомов (например, кислорода), можно исследовать функциональное состояние мозга, то есть, участки, которые активируются в процессе мышления, в определенных эмоциональных состояниях, или при определенных видах деятельности.

В-четвертых, и это следует из физических принципов, можно четко определять локализацию инородных образований – опухолей и кровоизлияний, а также оценивать патологическое распределение жидкостей в теле – например, диагностировать водянку головного мозга или выпот воспалительной жидкости в полость коленного сустава.

К недостаткам можно отнести невозможность выполнения исследования у больных, у которых в теле находятся металлоконструкции (после ортопедических операций) или работающие электромагнитные приборы (например, кардиостимуляторы).

Помимо этого, метод достаточно дорогостоящий и пока не везде доступный.