Несколько лет назад во всем мире обрели популярность магнитные браслеты, обладатели которых искренне уверовали, будто теперь они надежно защищены от всяческих человеческих хворей.
Не оспаривая, справедливо сие или ложно, напомним, что еще в XVIII веке известный врач Месмер пробовал лечить своих пациентов «магнитной водой», позже целебные свойства магнита изучали такие светила мировой медицины, как Шарко, Дюрваль, Боткин и Гельмгольц. Ныне твердо установлено, что при заболеваниях заметно меняются магнитные характеристики крови. Поэтому современные медики с успехом применяют магнитное поле, чтобы, к примеру, уменьшить боли пациента при операциях либо при лечении ишиаса и гипертонии.
 |
А сотрудники одной из лабораторий Бруклинского медицинского центра во главе с доктором Раймондом Дамадьяном уверены в том, что магнит поможет вовремя распознать и вылечить одну из самых таинственных болезней века — злокачественные опухоли. Короче говоря — рак. Порукой тому — удачная серия экспериментов, разработанных и проведенных бруклинскими медиками.
Все началось с того, что исследователи задумались, как бы применить в медицине хорошо известное физикам явление ядерно-магнитного резонанса. Напомним в двух словах его суть. Атомы многих веществ похожи на крохотные магнитики. Если им сообщить дополнительную энергию при помощи направленного магнитного излучения, частота которого совпадает с их собственной, атомы поглотят энергию импульса и станут резонировать наподобие камертона.
В это время атомы переходят на более высокий энергоуровень. Но как только радиоимпульс исчезнет, резонанс прекращается и атомы, возвращаясь в прежнее состояние, излучают избыточную энергию. Излучение это можно «поймать» радиоприемником.
Доктор Дамадьян и его коллеги решили попробовать применить эффект ядерно-магнитного резонанса для диагностики раковых заболеваний — ведь большинство атомов элементов, входящих в состав человеческого организма, тоже обладает магнитными свойствами.
Исследования велись на стыке двух, казалось бы, далеко отстоящих друг от друга наук — физики и медицины, поэтому лаборатория доктора выглядела необычно. Рядом с медицинскими приборами и клетками с подопытными животными громоздились сложное электронное оборудование, сварочный аппарат, чертежная доска, кальки и синьки. Надо всем .возвышалось двухметровое кольцо сложной конструкции. Это и есть главный прибор, при помощи которого ученые отрабатывают методику раннего распознавания злокачественных опухолей. Внутри кольца — точнее, мощного сверхпроводимого магнита, способного генерировать равномерное поле напряжением 1000 гауссов, свободно уместится взрослый человек. А спроектировали и построили уникальное сооружение главным образом медики.
Опыты свои они начинали на стандартных электромагнитах. Чтобы превратить их в сверхпроводники, обмотку электромагнитов охлаждали жидким гелием (до 4° К). Теперь электромагниты генерировали поле с весьма устойчивыми характеристиками. После возбуждения они не требовали дополнительной энергии.
Для того чтобы вызвать ядерно-магнитный резонанс в первых образцах своих приборов, ученые применили специальный спектрометр, посылавший радиоимпульсы в катушку, внутри которой находился объект эксперимента. Получив определенную дозу энергии, атомы тканей начинали резонировать. Как только подача радиоимпульсов прекращалась, они возвращались на прежний энергетический уровень. Излучаемая при этом энергия улавливалась катушкой и поступала через усилители на экран осциллографа. Ученые знали, что в клетках злокачественной опухоли содержится около 90% воды (в здоровых тканях — 70%), а молекулы в больных клетках движутся быстрее, чем в нормальных. Следовательно, характеристики двух видов тканей при ядерно-магнитном резонансе совершенно различны.
Выявить эти различия можно по времени затухания резонанса атомов водорода — иначе говоря, по времени релаксации. После серии экспериментов ученые выяснили, что у тканей, пораженных злокачественными опухолями, релаксация происходит почти в три раза быстрее, чем у здоровых тканей. Эти данные были получены в опытах, в ходе которых применяли краткосрочный (100 мк/с) радиоимпульс.
 |
| На снимках: пациент в магнитном кольце; телеизображение грудной клетки |
Если же использовать непрерывное радиоизлучение в узкой полосе частот (для водорода в пределах 24, 1—24, 2 Мгц), то частоты колебаний атомов элемента будут определяться их положением в молекуле. На осциллографе появится серия всплесков разной величины, по которым можно судить о химическом строении исследуемого вещества. В этом нетрудно убедиться, взглянув на осциллограммы, имеющиеся в лаборатории доктора Дамадьяна. Например, сравнив резонанс атомов фосфора в здоровых и пораженных тканях, ученые обнаружили, что части всплесков, свойственных нормальной ткани, нет на записях ткани «больной». Этого, по мнению коллег Дамадьяна, достаточно для ранней диагностики раковых заболеваний.
Однако стоило ученым перейти от изучения отдельных образцов тканей к живому организму, как появились серьезные проблемы. В организме больные ткани окружены здоровыми, и на первых порах было почти невозможно разделить сигналы, поступающие от пораженных и нормальных тканей. Другая сложность заключалась в том, что в серийных кольцевых магнитах со сверхпроводящей обмоткой хватало места только для небольших лабораторных животных, а целью экспериментов Дамадьяна была диагностика злокачественных опухолей у человека. Вот врачам и пришлось на время освоить специальности расчетчика, инженера и рабочего.
Для того чтобы выделить сигналы от отдельных участков тела, они создали систему фокусировки магнитного поля. Теперь на осциллографе фиксировались импульсы, идущие из строго ограниченного пространства, диаметр которого не превышал 6 мм. Так исследователи научились возбуждать ядерно-магнитный резонанс в любой точке человеческого тела, тем самым определяя химический состав ткани.
Значительно больше труда пошло на сооружение гигантского электромагнита. Немало времени доктор Дамадьян и его сотрудники провели за расчетами и чертежами. Но вот проект готов, и тут же выясняется, что ни одна американская фирма не в состоянии построить такое «колечко». Производственников смутила сама конструкция уникальной установки: как, например, обеспечить высокую точность элементов обмотки, соединения которой к тому же должны обладать крайне низким сопротивлением? А как обеспечить особо надежную сварку емкостей, предназначенных для хранения жидкого азота и гелия, охлажденных до сверхнизких температур? И вновь за дело взялись сами ученые. Работая по 16 часов в сутки, за пять недель доктора Голдсмит и Стэнфорд навили из титано-ниобиевой проволоки 48 км обмотки сверхмагнита. Хорошо еще, что этот сплав не нуждается в сварке и все соединения удалось выполнить холодным способом.
 |
| На графике: сравнительное содержание фосфора в здоровой и пораженной мышцах. |
А потом исследователи взялись за емкости для сжиженных газов. Овладев тайнами мастерства профессиональных сварщиков, они через 4 месяца создали оригинальные электроды: обычные в этом случае были непригодны, так как не гарантировали необходимой герметичности системе охлаждения, состоящей из трех концентрических емкостей. В первой емкости, заполненной жидким гелием, находится сам магнит. Она, в свою очередь, заключена во вторую (с жидким азотом). Все это помещено как бы в футляр, из которого выкачан воздух. Не правда ли, весьма похоже на хорошо известный всем сосуд Дьюара, только необычной формы?
И вот, наконец, установка заработала, обеспечивая постоянное равномерное магнитное поле в 1000 гауссов. Исследуемый объект или субъект перемещается внутри кольца таким образом, чтобы точка фокусировки, зафиксированная в центре кольца, делала как бы поперечный срез на всю глубину его тела. В это время специальная катушка, укрепленная на исследуемом, «ловит» сигналы ядерно-магнитного резонанса. Сигналы поступают в ЭВМ, преобразующую их в условное цветовое изображение (цветовой код построен в соответствии с частотой поступающего сигнала), которое можно увидеть на экране телевизора (см. рис.).
Так без скальпеля врачи проникают в организм человека, узнавая о химическом составе тканей. По изменению интенсивности сигналов от атомов водорода они судят о содержании в тканях воды. Если ее необычно много, пора бить тревогу — это несомненный признак злокачественного перерождения тканей.
В решающем эксперименте роль подопытного кролика досталась сотруднику лаборатории доктору Минкову. Закрепив на груди катушку генератора импульсов, он устроился внутри магнитного кольца на сиденье с механическим приводом. Теперь магнитное поле как бы просвечивало его тело в одной плоскости. На телеэкране выстраивались цветные квадратики, несущие информацию о химическом составе тканей.
Результаты этого эксперимента превзошли самые смелые ожидания участников. Зона аорты, по которой струилась кровь, выглядела на экране отчетливым оранжевым пятном, зато легкие, наполненные воздухом, давали слабый сигнал. На экране их область была окрашена в темно-голубой цвет. Если бы легкие Минкова были поражены раком, опухоль показала бы ненормально яркое пятно.
Несмотря на успех, доктор Дамадьян и его коллеги сознают, что впереди еще много работы.
Тем не менее уже сейчас можно сказать, что открытие доктора Дамадьяна — еще один шаг на пути к победе над одним из самых страшных заболеваний. И кто знает — быть может, ученые создадут магнитные установки, генерирующие излучение такой частоты и мощности, что больные клетки начнут разрушаться, а здоровые его просто не воспримут. Но от экспериментов с гигантским магнитом до клиники еще годы и годы работы...