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.