Ученые узнали, как снизить стоимость томографа в 10 раз
Сегодня томограф считается самым достоверным и безопасным средством диагностики многих сложных заболеваний. Но и одним из самых дорогих - около миллиона долларов. В томографе орган исследуется с помощью электромагнитных волн, которые возникают при взаимодействии двух видов магнитного поля с протонами молекул воды, из которой на 90 процентов состоит наше тело. Одно из них - постоянное - создается в сверхпроводящей системе, которая охлаждается жидким гелием. Другое - катушками высокой частоты. За разработку этой сложнейшей и умной машины в 2003 году Пол Лотербур и Питер Мэнсфилд были удостоены Нобелевской премии.
Но, как говорится, и на Солнце есть пятна. И у этой, казалось бы, такой суперсовершенной техники кроме заоблачной цены есть и другие недостатки. И, как ни странно, качество изображения. Врачи жалуются, что совсем не редкость, когда по снимку непросто поставить точный диагноз. Изображение можно толковать по-разному. Причина известна: полезный сигнал приходится выделять на фоне "шума". Его порождает работа самого прибора.
- В некоторых лабораториях мира пытаются усилить полезный сигнал и подавить шум, - объясняет Константин Симовский - автор проекта, который выполняется в Санкт-Петербургском университете ИТМО. - Для этого есть несколько способов. Например, действовать, что называется, в лоб - усилить постоянное магнитное поле. Но такой вариант еще больше увеличивает стоимость томографа. К тому же до сих пор действие столь сильных полей на здоровье человека в полней мере не изучено. В такой ситуации, как говорится, чем меньше, тем лучше.
Авторы проекта пошли иным путем. Не меняя величину магнитного поля, сумели значительно повысить качество изображения. В итоге время обследования сократилось с 40 минут до 4! Как это удалось?
- Представьте, что вы читаете книгу, а лампа висит у вас под потолком, - объясняет Симовский. - Она впустую освещает всю комнату, "греет воздух". Так вот и в томографе, говоря образно, значительная часть энергии высокочастотного магнитного поля греет воздух. Нам удалось ее собрать и направить в зону обследования с помощью "матраса" из метаматериала, на котором располагается пациент. И качество изображения значительно улучшается.
На первый взгляд, идея "фокусировки" магнитного поля очевидна. Однако спецам в области волн высокой частоты "известно", что она нереализуема. Об этом написано в учебниках, по которым они и учились. К счастью, авторы проекта этих книг не читали, они пришли в семью "томографистов" из нанотехнологии. А там подобные "чудеса" - обычная вещь. И это знание позволило совершить настоящий прорыв.
Но ученые на этом не успокоились и сделали следующий шаг. Они заменили сердце томографа - излучатель высокочастотного магнитного поля. Вместо катушек установили антенную решетку. Но не традиционную, а усовершенствованную своим ноу-хау. Ее элементы ученые изолировали друг от друга метаматериалом, что исключает их вредное взаимодействие. В итоге сигнал должен стать в несколько раз сильней.
Все эти ноу-хау преобразят томограф. Говоря образно, из него выбросят все лишнее. Во-первых, всю дорогую и сложную систему сверхпроводимости с жидким гелием, создающую мощное постоянное магнитное поле в 3-5 тесла. Будет достаточно в десять раз меньше, около 0,5 тесла. А значит, подойдут обычные магниты. И сразу цена томографа пойдет вниз. По словам Симовского, она будет минимум на порядок ниже.
Этот проект выполняется по гранту, выигранному в конкурсе Российского научного фонда.
Кстати
Считается, что метод МРТ заявил о себе в 1973 году, когда американский профессор Пол Лотербур опубликовал статью в журнале Nature. Позже Питер Мэнсфилд усовершенствовал алгоритмы получения изображения. Однако многие уверены, что этот метод изобрел 24-летний лейтенант Советской армии Владислав Иванов за 13 лет до американцев. Он направил в Комитет по делам изобретений заявку на патент "Способ определения внутреннего строения материальных тел" за номером 0659411/26, зарегистрированную 21 марта 1960 года. В ней были сформулированы принципы способа, методика прибора, который сегодня МРТ. Заявка была отклонена с формулировкой - нереализуемо. И только в 1984 г. с приоритетом от 1960 года получено авторское свидетельство на изобретение N 1112266.