Датчик, одновременно являющийся излучателем и приемником, испускает ультразвуковые волны – их частота выше частоты звуков, которые способно уловить человеческое ухо. Волны проникают в организм, и их распространение внутри зависит от плотности тканей, в которых они движутся, по-разному реагируя на жир, жидкость, мышцы и костную ткань. Часть волн отражается и возвращается назад, а часть поглощается. Отраженные волны (эхосигналы) улавливаются детекторами в датчике. После этого аппарат анализирует характер эхосигналов и формирует на экране двумерное изображение.
Датчик можно перемещать и по-разному поворачивать, чтобы увидеть внутренние органы с разных сторон. С помощью ультразвука возможно определить размеры внутренних органов и даже обнаружить изменения внутри них, возникающие при болезнях. И врачи часто прибегают к этому удобному виду исследования.
Сегодня методам проведения ультразвуковых исследований, значимость которых во всех сферах медицины все возрастает, обучают в медицинских вузах, а УЗИ-сканеры стоят в кабинетах практически всех поликлиник. Такая популярность легко объяснима. УЗИ позволяет нам многое узнать о состоянии внутренних органов, но при этом без рисков для здоровья, которые несет облучение, и необходимости использовать контрастную жидкость, которая негативно влияет на почки и иногда вызывает аллергические реакции.
В гематологии мы используем УЗИ, чтобы оценить размеры печени, селезенки и иногда – лимфатических узлов (костный мозг, к сожалению, на УЗИ не виден). Плюс к этому УЗИ необходимо в практике гематолога, чтобы, например, изучить состояние сердца и подстраховаться во время лечения кардиотоксичными препаратами.
Для ряда болезней можно ограничиться проведением обычного рентгенологического исследования и УЗИ, но в отдельных случаях для более точной диагностики и последующего наблюдения необходимы (СКТ или МСКТ) МРТ и ПЭТ/КТ.
Томография – от мира теней до 3D-моделей
Для начала давайте разберемся, что такое компьютерная томография? В основе названия лежит греческое слово τόμος, что означает «сечение, срез». «Посрезовое» исследование человека при помощи рентгеновских лучей называется компьютерной томографией, она позволяет визуализировать разнообразные патологические изменения на самой ранней стадии.
Такие «посрезовые» изображения имеют свои аналоги в истории анатомии, но там фигурируют срезы уже без всяких кавычек. Знаменитый русский хирург Николай Иванович Пирогов (1810‒1881) в 1849 году разработал оригинальный метод изучения точного взаимного расположения органов, получивший название топографическая анатомия.
Пирогов стремился добиться того, чтобы каждый хирург, проводя операцию, мог точно представлять расположение частей человеческого тела в разрезе, проведенном в любом месте. Ведь в ходе исследований анатомы вскрывали полости, разрушали соединительную ткань. Мышцы, кровеносные сосуды, нервы, внутренние органы грудной и брюшной полости подвергались значительному смещению, и взаимное расположение органов искажалось.
И вот однажды зимой Пирогов увидел на Сенной площади, которую называли чревом Петербурга, продававшиеся замороженные и разрубленные поперек свиные туши, и его осенило. Он на свои средства заказал у механика Профета огромную механическую фурнирную пилу, занимавшую целую комнату, и с ее помощью начал проводить распилы замороженных трупов с последующей зарисовкой срезов.
Труп замораживался три дня, чтобы взаимное расположение тканей оставалось неизмененным. В неотапливаемой комнате Пирогов и его ассистент Егор Шульц (1808‒1875) распиливали трупы на тонкие параллельные пластинки, проводя распилы через каждые 5‒7 мм в трех направлениях – поперечном, продольном и передне-заднем. Получавшиеся наборы пластинок накрывали расчерченным на квадраты стеклом и перерисовывали в натуральную величину на бумагу. Сопоставляя эти срезы, можно получить точное и четкое представление о строении тела. Результатом этой титанической работы, занявшей около 10 лет, стали четыре тома (о происхождении слова «том» читатель легко может догадаться) атласа «Топографическая анатомия, иллюстрированная разрезами, проведенными через замороженное тело человека в трех направлениях» (Anatomia topographica sectionibus, per corpus humanum congelatum triplice directione ductis, illustrata), вышедшие в свет в 1854‒1859 годах и содержавшие изображения 970 распилов. Обошлось все это в приличную сумму – 35 тысяч рублей серебром, собранных большей частью через подписку (моя альма-матер тоже внесла свою лепту – 6 тысяч рублей).
Сейчас с таким «нарезанием» и созданием картинок прекрасно справляется компьютерный томограф. Возможность заглянуть внутрь человека (без всякой пилы) появилась в 1895 году, когда немецкий физик Вильгельм Рентген (1845‒1923) случайно открыл «всепроникающие» лучи, которые во всем мире вслед за ним теперь называют Х-лучами («икс-лучами»), а в России – рентгеновскими. Сегодня мы знаем, что это электромагнитные волны с длиной волны от 0,005 до 100 нм
[23]. Благодаря своему открытию Рентген в 1901 году стал первым в истории нобелевским лауреатом по физике.
Каждый из нас хоть раз в жизни подвергался этому виду исследования, и всем знаком простой принцип его работы: рентгеновские лучи проходят сквозь тело, различные ткани которого по-разному их поглощают, и попадают на пленку или сенсор (в случае цифрового рентгена), формируя теневое изображение.
Рентген дал в руки медиков волшебный инструмент: теперь можно было «увидеть» внутренние органы, оценить их состояние. Однако этот метод имеет ряд ограничений: мы видим двумерное суммационное изображение трехмерных объектов, во многом проекционно перекрывающих друг друга, так что для анализа снимка во многих случаях требуется основанный на пространственном представлении опыт. В старых руководствах по рентгенологии можно встретить выспренние наставления на сей счет: «Рентгенологическое познание само по себе ограниченно: это мир теней. Лишь тогда, когда оно освещается огнем общемедицинского познания, оно делается жизненным и значительным». Другим недостатком является то, что на рентгенограмме нельзя или трудно увидеть ряд образований, например небольшие кальцификаты, деструкции и опухоли. Все это подвигло исследователей к разработке новых видов диагностики, среди которых особое место занимают КТ и МРТ.
Появлением томографа мы обязаны Годфри Хаунсфилду (1919‒2004), работавшему в конце 1960-х в британском конгломерате EMI, помимо электроники, занимавшемся и бизнесом в области звукозаписи. Он в 1971 году сконструировал сканер головного мозга, использовавший компьютер для обработки данных. Забавно, что EMI смог выделить средства на разработку во многом благодаря доходам от прибыльного контракта с группой The Beatles
[24]. Поэтому в следующий раз, когда будете слушать их музыку, вспомните, что и шоу-бизнес был причастен к революционному изобретению, за которое Хаунсфилду и Алану Кормаку (1924‒1998), придумавшему алгоритмы обработки данных, была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине за 1979 год
[25].
