Глава 21

Видеть насквозь

До конца XIX века врачи могли заглянуть внутрь организма только прямым способом – разрезать и посмотреть. Других вариантов не было, за исключением эндоскопии, но эндоскопы позволяли заглянуть лишь в полости, которые сообщались с внешней средой. В обследовании пациентов глаза заменялись пальцами и ушами – пациентов выстукивали, выслушивали, пальпировали… Сохранились легенды о древних костоправах, которые могли на ощупь собрать из лежащих в мешке черепков кувшин, настолько чувствительными были их пальцы и настолько развитым было пространственное воображение.

Если создание мощных оптических приборов, позволяющих проникнуть в тайны микромира, занимало многие умы, то никто даже и не задумывался о создании аппарата, просвечивающего человеческое тело. Слишком уж невероятной казалась такая мысль… Впрочем, еще в восьмидесятые годы прошлого века никто и представить не мог, что телефон, калькулятор, фонарик, диктофон, радиоприемник, телевизор и компьютер можно объединить в аппарат размером с небольшую плитку шоколада.

Шарлатанов, утверждавших, что они «видят насквозь», известно много. Некоторые из них обладали таким сильным даром убеждения, что становились приближенными царствующих особ. Достаточно вспомнить хотя бы Григория Распутина, который был не только личным лекарем последнего русского императора Николая Второго, но и его советником. Но то шарлатаны, а ученые считали «просвечивание» невозможным.

Великое открытие было сделано самым что ни на есть случайным образом. Заведующий кафедрой физики Вюрцбургского университета Вильгельм Конрад Рентген проводил эксперимент по прохождению электрического разряда сквозь разреженный газ, находившийся в запаянной стеклянной трубке. На обоих концах трубки находились электроды. При подключении электродов к электрической цепи с высоким напряжением отрицательно заряженный электрод испускал электроны, которые неслись через трубку к положительно электроду.

Эксперимент как эксперимент, ничего особенного. Но Рентген заметил, что при прохождении электрического разряда через трубку начинал светиться зеленоватым светом находившийся неподалеку бумажный экран, покрытый слоем кристаллов тетрацианоплатината бария. При отключении трубки свечение прекращалось.

Дело было вечером, Рентген работал в лаборатории при плотно задернутых шторах, а сама трубка была помещена в футляр из плотной черной бумаги. Рентген догадался, что при прохождении тока через трубку возникают какие-то лучи, вызывающие свечение экрана…

Здесь можно вспомнить слова Луи Пастера: «Случай имеет значение лишь тогда, когда попадает на подготовленную почву». Трубка, с которой экспериментировал Рентген, называлась «трубкой Крукса» по имени ее изобретателя, известного британского физика Уильяма Крукса, и широко использовалась в экспериментах разными учеными. После открытия Рентгена некоторые из этих ученых вспоминали о том, как во время прохождения тока через трубку в лаборатории начинали светиться колбы с какими-то растворами или стеклянные перегородки, но они не обратили внимания на это явление. Также никто не задумывался о том, почему оказывались засвеченными фотопленка или фотобумага, находившиеся поблизости от трубок Крукса. Проще было отправить претензию поставщику фотоматериалов, чем пошевелить мозгами. Все гениальное просто, нужно только уметь его увидеть.

Неизвестные лучи Рентген назвал «Х-лучами», по аналогии с математическим символом «икс», которым принято обозначать неизвестные величины. Изучая свойства Х-лучей, он выяснил, что они способны проходить через различные материалы, в том числе и через мягкие ткани живых организмов. А вот кости или, к примеру, свинцовые пластины становились для Х-лучей препятствием, то есть поглощали их.

На первом в истории медицины рентгеновском снимке запечатлена правая рука супруги ученого Анны Берты Рентген. По тому, как четко на нем были видны кости, сразу же стало ясно, что лучи могут помочь в диагностике переломов и костно-суставных заболеваний.

Рентген сообщил о своем открытии в статье «О новом виде излучения», которая была опубликована в журнале «Анналы физики и химии», издававшимся в Вюрцбургском университете. Кроме этого он отправил письма с информацией об открытии ряду европейских ученых. К каждому письму прилагался снимок руки Анны Берты. Сам Рентген не акцентировал внимания на применении Х-лучей в медицинской практике, и потому некоторые историки считают, что эта мысль вообще не приходила ему в голову. Но вряд ли это так. Человек, догадавшийся о существовании Х-лучей и столь тщательно их исследовавший, не мог не увидеть того, что прямо бросалось в глаза – теперь можно видеть кости! Просто он описывал свое открытие в целом, не углубляясь в практические рекомендации по его использованию.

Сообщение было сделано через месяц после открытия Х-лучей, а в следующем месяце, в январе тысяча восемьсот девяносто шестого года, Х-лучи были впервые использованы в медицинской диагностике. Это произошло в Соединенных Штатах, в Нью-Гемпшире. Метод получил название рентгеновского исследования, или рентгенографии, в честь профессора Рентгена. Быстро выяснилось, что рентгеновский метод может быть полезен в диагностике заболеваний легких. Легочная ткань богата воздухом и потому хорошо поглощает Х-лучи.

Примечательно, что профессор Рентген отказался патентовать свое открытие по принципиальным соображениям. Он считал неприемлемым заявлять свои права на результаты научных исследований, ведь наука должна служить на благо всего человечества и научные открытия принадлежат всему человечеству. К слову будь сказано, что таким же бессребреником был и Луи Пастер. А вот Роберт Кох не считал зазорным запатентовать и продавать по высокой цене туберкулин, белковый экстракт получаемый из культуры туберкулезных палочек. Не имея на то практических оснований, Кох утверждал, будто туберкулин способен излечивать туберкулез. На самом же деле туберкулин губительного действия на туберкулезную палочку не оказывает, а у больных туберкулезом вызывает аллергические реакции. Благодаря этому свойству туберкулин стали использовать для диагностики туберкулеза.

Первоначально получение рентгенограмм (так называют рентгеновские снимки) было довольно сложным делом, требующим длительного облучения пациента. На рентгеновское исследование такой тонкой части тела, как кисть, уходило около десяти минут, а для получения снимка грудной клетки требовалось более часа облучать пациента. Виной тому было примитивное оборудование и низкая чувствительность пленки. Но затем пленку начали располагать за экранами, которые усиливали излучение, да и рентгеновские аппараты стали более совершенными.

Следом за рентгенографией – получением снимков с использованием Х-лучей – появилась рентгеноскопия, при которой результаты просвечивания тела оценивались в режиме реального времени. Интересно то, что рентгеноскопия существовала до появления телевизоров! Для ее проведения был нужен картонный экран, покрытый флюоресцирующим веществом, то есть таким, которое начинало светиться при попадании на него Х-лучей. Пациента располагали между экраном и излучателем, врач рассматривал картины, которые возникали на экране. Видимость была плохой. Перед исследованием врачам приходилось около четверти часа проводить в темноте для того, чтобы их зрение «настроилось» на исследование. Поэтому вскоре после появления телевизоров их приспособили к рентгеноскопии, и этот метод исследования стал называться рентгенотелескопией.

Вильгельм Рентген не только открыл Х-лучи, но и указал путь для дальнейших исследований – поисков лучей, способных «просвечивать» человеческое тело. При всей ценности рентгеновского исследования возможности его довольно ограничены. Можно видеть кости, легкие и сердце, а при введении контрастных веществ – пищеварительный тракт и кровеносные сосуды. Но всегда хочется большего, и новые возможности только разжигают аппетит. Вдобавок у рентгеновского метода обследования есть такая неприятная особенность, как опасность радиоактивного облучения. Приходится вести подсчет доз облучения, полученных пациентом, и при достижении максимально допустимого порога отказываться на время от дальнейших рентгеновских обследований даже в том случае, если они нужны…

Итальянский натуралист Ладзаро Спалланцани, живший в XVIII веке, прославился своими исследованиями по физиологии животных, а весь его вклад в медицину заключался в больном мочевом пузыре, который он завещал для исследований: «Выньте его после моей смерти и сохраните, возможно, это поможет вам открыть что-то новое, касающееся заболеваний мочевого пузыря». Но, изучая летучих мышей, Спалланцани открыл удивительный факт – мыши, лишенные зрения, преспокойно ориентировались в пространстве, а вот мыши с залепленными воском ушами этого делать не могли. Спалланцани предположил, что летучие мыши испускают некий звук, не воспринимаемый человеческим ухом, улавливают его эхо и таким образом ориентируются в пространстве. Это явление впоследствии назвали «эхолокацией», а звуки, которые испускают летучие мыши, – «ультразвуком». Приставка «ультра-» указывает на высокую частоту этих звуков.

В конце XIX века французский физик Пьер Кюри, прославившийся своими исследованиями радиоактивности, вместе со своим братом Жаком открыли пьезоэлектрический эффект – возникновение электричества в кристаллах, подвергающихся сжатию. Заодно генерируются ультразвуковые волны. Во время Первой мировой войны другой французский ученый, Поль Ланжевен, использовал пьезоэлектрический эффект для генерации ультразвуковых волн в воде. Так были созданы первые аппараты для подводной локации. Потребность в них остро обозначилась после гибели «Титаника», который столкнулся с айсбергом, а начавшаяся война еще сильнее стимулировала исследования в этом направлении.

Странно, но идея использования ультразвука в целях медицинской диагностики была реализована только в сороковых годах ХХ века. Первая попытка оказалась не совсем удачной. Два австрийца, врач-невропатолог Карл Дуссик и его брат Фридрих, физик, при помощи ультразвука смогли обнаружить опухоль мозга. Однако впоследствии выяснилось, что никакой опухоли у пациента не было. То, что Дуссики приняли за опухоль, оказалось отражением ультразвука от черепной кости. Вместо триумфа ультразвукового метода получилась его дискредитация.

Но ультразвуковые волны все же проникали в организм и отражались от его структур, поэтому исследования по их применению в медицине продолжались. В разных странах появлялись сообщения на эту тему, а в тысяча девятьсот пятьдесят четвертом году был создан первый ультразвуковой аппарат, позволявший исследовать брюшную полость. «Исследовать», а не «производить осмотр», потому что первые ультразвуковые аппараты были «одномерными» – на мониторе врач получал не изображения органов, а всего лишь график в прямоугольной системе координат. Но и график мог рассказать многое тому, кто знал, на что направлен луч ультразвука. Врач получал сведения о плотности тканей, через которые проходил луч, и делал выводы.

После того как чувствительный элемент ультразвукового датчика стало возможным вращать так, чтобы волны расходились бы веером, стало возможным получать двухмерное изображение исследуемых тканей. Это важное событие, произошедшее в семидесятые годы ХХ века, сделало ультразвуковую диагностику популярной, поскольку информативность ее резко возросла. Впоследствии вращающийся элемент заменили на совокупность мелких элементов, работающих в автономном режиме – вместо вращения электрические импульсы подавались то к одним, то к другим элементам. Это дало возможность получения высококачественных двухмерных изображений.

Но каким бы качественным не было двухмерное изображение, трехмерное будет лучше. Ультразвуковые аппараты, способные давать трехмерное изображение исследуемых органов, вошли в арсенал медицины только в начале нынешнего века. Переход от двухмерного изображения к трехмерному занял гораздо больше времени, нежели переход от одномерного к двухмерному. Это связано со сложностями, которые нужно было преодолеть разработчикам. Главных проблем было две – датчик не мог быть слишком громоздким, иначе врач просто не смог бы удержать его в руке, и получение изображения не должно было занимать много времени.

От движущихся объектов ультразвуковые волны отражаются с разной частотой. Если приближается к датчику, то частота волн увеличивается, а если удаляется, то уменьшается. Это явление, получившее название «эффекта Доплера» в честь открывшего его австрийского физика Кристиана Доплера, используется для определения направления тока крови при ультразвуковом исследовании сердца и сосудов.

Ультразвуковое исследование стало замечательным дополнением к рентгеновскому. Казалось бы – ну чего еще можно желать? То, что нельзя увидеть при помощи Х-лучей, помогут увидеть ультразвуковые волны. Но всегда хочется большего, так уж все мы устроены…

В частности, с момента появления рентгенологического метода исследования врачи начали задумываться о том, каким образом можно рассматривать отдельные органы или же делать снимки тканей, расположенных на определенной глубине. Например, на обычной рентгенограмме видна тень в легком. Надо бы рассмотреть ее поближе, так чтобы не мешало то, что расположено впереди и позади… Или же хочется пристальнее рассмотреть сердце… Как это сделать?

В тысяча девятьсот четырнадцатом году австрийский врач Карл Майер сделал на врачебном конгрессе в городе Львове доклад «Рентгенография сердца, свободная от посторонних теней». Для того чтобы «выделить» сердце, Майер во время снятия рентгенограммы перемещал рентгеновскую трубку и, соответственно, кассету с чувствительной пленкой по дуге таким образом, чтобы центр вращения находился на уровне сердца. Нужный участок сердца на снимке получался хорошо видимым, а все остальное было размытым и не мешало анализировать изображение, не накладывалось на него.

Вскоре после конгресса началась Первая мировая война, которая отвлекла внимание врачебного сообщества от метода Майера. И только после ее завершения, в начале двадцатых годов прошлого века, французский врач Андрэ Бокаж разработал и запатентовал рентгеновский аппарат, предназначенный для послойной рентгенографии, в котором был использован принцип, предложенный Майером, – одновременное и взаимно противоположное сочетанное перемещение рентгеновской трубки и кассеты с пленкой вокруг пациента. В результате такого перемещения можно было получать послойные изображения внутренних структур человеческого тела (или любого другого исследуемого объекта). Эти послойные изображения были идентичны тем, которые получал создатель топографической анатомии Николай Пирогов, распиливая предварительно замороженные трупы.

Аппарат Бокажа был громоздким, сложным в эксплуатации и дорогим. Но вскоре его усовершенствовали, то есть упростили, и метод Майера стал широко применяться на практике. В первую очередь для уточняющей диагностики заболеваний легких. Метод получил название «линейной томографии», или просто «томографии» (слово «томография» можно перевести с греческого как «получение изображений срезов»).

В пятидесятых годах прошлого века молодому американскому невропатологу Уильяму Олдендорфу пришла в голову идея создания устройства, которое сканировало бы голову пучком рентгеновских лучей и давало бы цельное представление о том, что происходит внутри, вплоть до реконструкции трехмерной картины. Олдендорф работал в Уодсвортском госпитале для ветеранов, где ему часто приходилось проводить сложные в исполнении и сильно травматичные исследования головного мозга, которые вдобавок были еще и малоинформативными.

К сожалению, изобретенный Олдендорфом аппарат для сканирования головного мозга не был запущен в производство. Производители рентгеновской аппаратуры сочли его коммерчески неперспективным – не делает ничего, кроме «просвечивания» головы, а стоит очень дорого. По этому поводу можно вспомнить известное французское выражение «si jeunesse savait, si vieillesse pouvait». Если бы бизнесмены поняли, какое сокровище предложил им Олдендорф, и если бы Олдендорф после двух-трех отказов не сложил бы руки, то первый компьютерный томограф появился бы в начале шестидесятых годов прошлого века, а сам Олдендорф мог бы получить за свое изобретение Нобелевскую премию…

Но Нобелевская премия досталась британскому инженеру Годфри Хаунсфилду и американскому физику Аллану Кормаку. Хаунсфилд воплотил в жизнь теоретические разработки Кормака, а спонсором работ стала известная британская компания Electric & Music Industries, руководство которой смогло увидеть перспективу, которую проглядели американские конкуренты. Как тут не вспомнить слова Редьярда Киплинга, сказанные им на одном из публичных выступлений: «Взгляд Британии устремлен в будущее!»

Первый компьютерный томограф, предназначавшийся только для исследования головы, появился в 1973 году. Его можно считать прадедушкой современных томографов, представляющих собой уже четвертое поколение этих замечательных диагностических аппаратов. Современные компьютерные томографы позволяют быстро, качественно и практически безо-пасно обследовать тело с головы до пят…

Но компьютерная томография – это рентгеновская томография. Собственно, так ее и нужно было назвать, но почему-то акцент сделали не на Х-лучах, а на использовании компьютера. А рентгеновские лучи плохо подходят для исследования мягких тканей…

В тысяча девятьсот семьдесят третьем году американский ученый Пол Лотербур опубликовал статью «Создание изображения с помощью индуцированного локального взаимодействия; примеры на основе магнитного резонанса». Суть метода, предложенного Лотербуром, заключалась в том, что различные структуры по-разному поглощают или отражают электромагнитные волны. Это явление называется ядерным магнитным резонансом, потому что непосредственно отражают или поглощают волны ядра атомов.

Британский физик Питер Мэнсфилд дополнил то, что сделал Лотербур. В результате оба ученых стали отцами магнитно-резонансной томографии и лауреатами Нобелевской премии.

Возможно, вам бросилось в глаза одно несоответствие. Эффект, положенный в основу метода, называется «ядерным магнитным резонансом», а сам метод – «магнитно-резонансной томографией». Почему в названии метода нет слова «ядерный»? Оно было, но после чернобыльской катастрофы его убрали, чтобы не травмировать психику пациентов, поскольку все «ядерное» стало вызывать у людей страх.

Справедливости ради нужно заметить, что у магнитно-резонансной томографии есть и третий «отец» – американец Реймонд Дамадян, который работал над этой проблемой с начала семидесятых годов прошлого века, опубликовал ряд статей и изобрел свой вариант магнитно-резонансного томографа. Но тем не менее разработка Мэнсфилда и Лотербура оказалась более востребованной, чем разработка Дамадяна, и Нобелевскую премию Дамадян не получил. Что ж, история науки знает множество примеров параллельной работы в одном и том же направлении и таких вот споров об авторстве.

Магнитно-резонансная томография стала идеальным дополнением компьютерной рентгеновской томографии, потому что она хорошо визуализирует мягкие ткани. Вдобавок электромагнитные волны не обладают ионизирующей способностью, то есть не облучают организм. Два этих метода позволяют до малейших деталей рассмотреть наш внутренний мир, но наличие таких замечательных возможностей еще не означает стопроцентно верной диагностики болезней.

Еще совсем недавно, в конце прошлого века, на волне компьютерного прогресса бытовало мнение о том, что очень скоро компьютеры смогут заменить врачей. Но жизнь и доктор Грегори Хаус доказывают, что это невозможно или пока еще невозможно. В медицинской сфере искусственный интеллект не может составить достойную конкуренцию человеческому разуму.

Менее ста лет потребовалось человечеству, чтобы дойти от открытия Х-лучей до современных томографов с их поистине невероятными возможностями. Сейчас ведутся работы по созданию томографов третьего типа – ультразвуковых. Предполагается, что абсолютно безопасные для пациентов ультразвуковые томографы заменят облучающие рентгеновские.

РЕЗЮМЕ. НАШ ВНУТРЕННИЙ МИР БОЛЬШЕ НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ТАИНСТВЕННЫМ И НЕПОСТИЖИМЫМ БЛАГОДАРЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ И МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ.