Физика будущего

Трикордеры и портативные сканеры мозга

В будущем MPT-аппараты, вероятно, перестанут быть чудовищными устройствами, которые мы сегодня видим в больницах, — они уже не будут весить по несколько тонн и занимать целые комнаты. Не исключено, что когда-нибудь будет создан MPT-аппарат размером с сотовый телефон, а может быть, и с мелкую монетку.

В 1993 г. Бернхард Блюмих (Bernhard Bliimich) и его коллеги из Института полимерных исследований Общества Макса Планка в немецком Майнце выдвинули новую идею, которая может оказаться очень полезной в создании портативных МРТ-аппаратов. Они изобрели принципиально новый аппарат, получивший название MOUSE (mobile universal surface explorer)[8]. В настоящее время это ящик высотой около 30 см, но когда-нибудь MPT-аппараты размером с кофейную чашку, основанные на этом принципе, возможно, будут продаваться в обычных универмагах. Это может произвести в медицине настоящую революцию — ведь каждый сможет спокойно сделать себе МРТ-скан дома. Блюмих считает, что недалеко то время, когда у каждого человека будет личный MOUSE и, проведя им по коже, он в любой момент сможет заглянуть внутрь своего организма. Компьютеры проанализируют полученную картину и поставят диагноз. «Возможно, что-то похожее на трикордеры из „Звездного пути“ появится уже совсем скоро», — заключает он.

(Принцип магнитно-резонансной томографии схож с принципом действия компаса. Как известно, стрелка компаса устанавливается вдоль линий магнитного поля. Когда тело помещают в аппарат МРТ, ядра атомов, подобно стрелкам крохотных компасов, тоже выстраиваются вдоль линий магнитного поля. В тело направляют радиоимпульс, который заставляет атомы переворачиваться. Затем перевернувшиеся атомы начинают возвращаться в первоначальное положение, испуская вторичный радиоимпульс — так называемое «эхо».)

Ключевая особенность MPT-аппарата Блюмиха — неоднородное магнитное поле. Размеры обычного МРТ-аппарата определяются в основном тем фактом, что тело человека в нем необходимо поместить в абсолютно однородное магнитное поле. Чем однороднее поле, тем более детальным получается изображение; на сегодняшний день разрешение такого аппарата доходит до десятых долей миллиметра. Чтобы получить однородное магнитное поле, физики взяли две большие электрические катушки диаметром около 60 см и поставили друг над другом. Такая конструкция, известная как катушка Гельмгольца, создает между двумя обмотками однородное магнитное поле. Тело человека помещают в поле вдоль оси этих двух мощных электромагнитов.

Если магнитное поле в MPT-аппарате будет неоднородным, изображение получится искаженным и нерезким. Создатели MPT-аппаратов сражаются с проблемой однородности поля уже несколько десятков лет.

Блюмих предложил остроумный способ компенсировать искажения — посылать в исследуемый объект множественные радиоимпульсы и затем обрабатывать полученное эхо при помощи компьютеров, которые очищают изображение и компенсируют искажения, возникшие из-за неоднородности магнитного поля.

Сегодня в портативном MPT-аппарате Блюмиха MOUSE используется небольшой подковообразный магнит, в котором полюса располагаются на концах подковы. Этот магнит кладется на тело пациента; передвигая его, врач может заглянуть внутрь организма на несколько дюймов. В отличие от обычных MPT-аппаратов, которые потребляют большое количество энергии и нуждаются в специальном электропитании, портативный аппарат MOUSE требует не больше мощности, чем обычная электрическая лампочка.

В первых экспериментах Блюмих испытывал свой аппарат на автомобильных шинах, плотных и в то же время податливых, как ткани человеческого тела. Кстати говоря, это подсказало ему возможность коммерческого применения прибора для быстрого выявления дефектов структуры в различных промышленных изделиях. Традиционные MPT-аппараты невозможно использовать для исследования объектов, содержащих металл, таких как армированные шины. Портативный MPT-аппарат не имеет таких ограничений, потому что использует только слабые магнитные поля. (Магнитное поле традиционного МРТ-аппарата в 20 000 раз мощнее магнитного поля Земли. Известны случаи, когда медсестры или техники, обслуживающие аппарат, получали серьезные травмы от металлических предметов, которые при включении аппарата внезапно взлетают в воздух. У MOUSE таких проблем нет.)

Аппарат такого типа не только идеален для исследования объектов, содержащих ферромагнетики, но и позволяет анализировать крупные объекты, которые просто не войдут в традиционный MPT-аппарат или которые невозможно сдвинуть с места. К примеру, в 2006 г. при помощи аппарата MOUSE было успешно проведено исследование древнего человека Этци, замороженный труп которого был случайно обнаружен в Альпах в 1991 г. Проводя подковообразным магнитом над телом Этци, ученые смогли внимательно рассмотреть разные слои его замороженного тела.