Высокие технологии в медицине

Тему сегодняшнего выпуска радиожурнала «Наука и техника" можно коротко обозначить так: «высокие технологии в медицине". Совершенно очевидно, что развитие современных методов диагностики и терапии немыслимо без новых открытий и разработок в технической сфере. Вот о некоторых из них и пойдёт речь в сегодняшней передаче.

В статистике всех развитых стран рак как причина смерти прочно занимают второе место после сердечно-сосудистых недугов, поэтому неудивительно, что любые новые разработки в области онкологии воспринимается с неизменным интересом. Не далее как на прошлой неделе в немецком городе Эссене прошёл 10-й международный конгресс по проблемам так называемой бор-нейтронно-захватной терапии. Сама по себе та идея, на которой базируется эта методика, отнюдь не нова и восходит к первой половине 20-го века. Вольфганг Зауэрвайн (Wolfgang Sauerwein), профессор университетской радиологической клиники в Эссене, поясняет:

Зауэрвайн: В основе такой нейтронно-захватной терапии лежит свойство нерадиоактивного изотопа элемента бора – бор-10 – удерживать медленные, то есть низкоэнергетические нейтроны. При этом происходит ядерная реакция. Она представляет собой как бы микровзрыв, при котором мгновенно выделяется некоторое количество энергии и, как следствие, разрушаются окружающие структуры. В условиях нейтронно-захватной терапии рака такое разрушение ограничено объёмом одной клетки.

Отто Харлинг (Otto K. Harling), профессор Массачусетского технологического института, один из ведущих физиков-ядерщиков США, давно занимающийся этой тематикой, говорит:

Харлинг: Главная особенность нейтронно-захватной терапии состоит в том, что она воздействует на отдельные клетки. В принципе она позволяет облучить и разрушить одну раковую клетку, не повредив при этом соседние, здоровые клетки ткани. Никакие другие разновидности лучевой терапии такой возможностью не обладают.

А всё потому, что абсорбция нейтронов происходит почти исключительно в клетках опухолевой ткани, обогащённой бором. Правда, первые клинические испытания такой терапии, проведённые в 60-х годах прошлого века, прошли неудачно. Конечно, с тех пор медики многому научились, но преодолеть все трудности пока не удалось. Пожалуй, главная из них – поиск таких содержащих бор-10 субстанций, которые усиленно поглощались бы клетками опухолевой ткани и практически игнорировались бы здоровыми клетками. От наличия и эффективности таких препаратов зависит успех всей терапии. Учёные ведут также активные изыскания в области борсодержащих антител против раковых клеток. Ещё одна трудность связана с источниками нейтронного излучения. На сегодняшний день эту функцию выполняют либо реакторы, построенные для научно-исследовательских целей, либо особым образом переоборудованные циклотроны. Каково же нынешнее состояние дел в области нейтронно-захватной терапии?

Зауэрвайн: В настоящий момент существует три направления в клиническом применении этой методики, причём два из них ограничиваются опухолями головного мозга, –

говорит профессор Зауэрвайн и поясняет:

Зауэрвайн: Один представитель из Японии оперирует своих пациентов так: удалив новообразование, он сразу же облучает ложе опухоли, то есть ткани вокруг того места, где эта опухоль находилась. Такая методика, естественно, предполагает проведение операции в непосредственной близости от реактора – источника нейтронов.

Зауэрвайн: Европейский путь и путь, которым идут в Америке, – и это, я бы сказал, в техническом отношении более современный путь, – позволяет осуществлять нейтронное облучение – прежде всего, опухолей мозга, – не производя одновременно при этом саму операцию. Это связано с качественными характеристиками используемого пучка нейтронов.

Зауэрвайн: Третий метод впервые применили наши итальянские коллеги совсем недавно, в начале года. Они изъяли у пациента весь орган целиком, подвергли его нейтронному облучению в реакторе и снова имплантировали на прежнее место. Речь идёт о печени, поражённой метастазами рака кишечника, причём поражённой так густо, что прооперировать все эти метастазы по отдельности врачи уже не могли. А поскольку остальные органы пациента не были затронуты болезнью, итальянские онкологи избрали этот путь. И им действительно удалось добиться полного исчезновения метастаз в печени.

Следует, впрочем, отметить, что пока это лишь первые, хоть и многообещающие шаги. Во всяком случае, говорить о клинической практике пока рано. А теперь от терапии перейдём к диагностике, тем более что речь пойдёт о технологиях, уже применяемых более или менее широко. В одной только Германии от рака кишечника умирают ежегодно 30 тысяч человек. Между тем, при своевременно поставленном диагнозе летальный исход, как правило, удаётся предотвратить. Залог раннего обнаружения опухоли – регулярные профилактические осмотры, однако они не пользуются большой популярностью у населения. Впрочем, это и понятно: эндоскопическое исследование желудочно-кишечного тракта – процедура не из приятных. Но сегодня всё более широкое применение в клинической практике находит разработка группы израильских учёных во главе с Гади Иддамом (Gadi Iddam). Созданный ими диагностический прибор представляет собой миниатюрную видеокамеру, заключённую в пилюлю диаметром в 1 и длиной в 2,5 сантиметра. Пациент просто глотает пилюлю, после чего она под воздействием естественной перистальтики начинает своё путешествие по пищеварительному тракту, обеспечивая видеокамере возможность вести цветную съёмку крупным планом. Как показала практика, в том, что касается диагностики воспалений, язв, эрозий, полипов и прочих аномалий слизистой желудка и кишечника, такая пилюля вдвое эффективнее, чем традиционная эндоскопия. Профессор Юрген Риман (Jürgen Riemann), заведующий отделением в клинике Людвигсхафена, поясняет:

Риман: Применительно к области тонкого кишечника это новая и очень важная разработка – по той простой причине, что для эндоскопических методов тонкий кишечник, по сути дела, terra incognita. Правда, в арсенале медиков имеется так называемое эндоскопическое исследование тонкого кишечника, однако реально оно позволяет рассмотреть лишь небольшой участок кишки сверху и ещё один небольшой участок снизу. Но дело в том, что между ними находится ещё от трёх до четырёх метров кишечника, и они для эндоскопии недоступны.

А видеопилюля, будучи совершенно автономной, на своём пути от ротового отверстия к анальному легко преодолевает все изгибы кишечника. Новый метод диагностики абсолютно безболезнен и даже не требует пребывания пациента в стационаре – он может заниматься своими делами, а вся видеоинформация передаётся камерой наружу посредством радиосигналов и регистрируется специальным приёмником, который находится на запястье у пациента. По завершении обследования, которое занимает от 8-ми до 72-х часов, приёмник сдаётся врачу, и тот перегружает из него накопленную информацию в свой компьютер. Камера извлекается из вышедшей со стулом пилюли, помещается в новую оболочку и снова готова к употреблению. Новый метод диагностики имеет и ещё одно преимущество: он гораздо дешевле традиционного.

Однако есть в диагностике задачи, которые не под силу решить и этой пилюле. Поэтому на первый план сегодня выходит технология виртуальной эндоскопии. Профессор Риман говорит:

Риман: Речь, в конечном счёте, идёт о том, чтобы вообще избежать инвазивных методов исследования с применением каких бы то ни было эндоскопов и заменить их визуализирующими методами – либо на базе рентгеновской томографии, либо на базе магнитно-резонансной томографии, не связанной с радиоактивным облучением. Такие визуализирующие методы, соединяя последовательные послойные изображения тканей кишечника в трёхмерную картинку, позволяют как бы совершать путешествие внутри пищеварительного тракта. Поэтому мы говорим о виртуальном эндоскопическом исследовании.

А роль виртуального эндоскопа выполняет соответствующее программное обеспечение, складывающее отдельные кадры в объёмное изображение. На первый взгляд, всё это напоминает некую компьютерную игру для врачей. Однако виртуальная эндоскопия имеет перед традиционной ряд преимуществ. Помимо того, что для неё не существует недоступных участков, она позволяет вводить полученное изображение в память компьютера для последующего анализа, хранения и сравнения. Врачу не обязательно лично присутствовать при такой процедуре, он может посмотреть снимки и позже. Не менее важно также, что изображение можно поворачивать и разглядывать с разных сторон. Но и это не всё. Профессор Риман говорит:

Риман: Преимущество метода состоит ещё и в том, что он даёт возможность не только, так сказать, совершать полёт внутри кишечника, но и осматривать его снаружи. Если традиционная эндоскопия показывает врачу лишь внутреннюю поверхность стенки кишечника, то такая виртуальная технология позволяет увидеть также и наружную поверхность кишки, а кроме того, обнаружить изменения прилегающих к ней тканей и органов, в частности, лимфатических узлов. Таким образом, эта методика идеально подходит для точного и очень детального предоперационного обследования пациента.

Однако не следует думать, будто традиционная эндоскопия уже в ближайшем будущем полностью уступит место виртуальным технологиям. Новая методика имеет и недостатки. Так, использование рентгеновской томографии означает некоторую дозу радиоактивного облучения для пациента, а это практически исключает применение метода для рутинных профилактических исследований. Но главное всё же не в этом, – говорит профессор Риман:

Риман: Кроме того, если иметь в виду такой показатель как разрешающая способность, то есть возможность надёжно распознавать очень небольшие изменения тканей, следует признать, что эта технология ещё нуждается в совершенствовании. Результаты, полученные в сфере ранней диагностики опухолей кишечника, скорее разочаровывают. Я бы сказал так: для данной технологии предел – это 5 миллиметров. Опухоли меньшего размера она, как правило, обнаружить не в состоянии.

А классическая эндоскопия позволяет врачу регистрировать патологические изменения тканей размером всего в 2 миллиметра. Таким образом, для ранней диагностики рака кишечника она по-прежнему незаменима. Что же касается радиоактивного облучения пациента в ходе компьютерной томографии, то сегодня усилия разработчиков и конструкторов медицинской техники всё больше концентрируются на совершенствовании томографов на основе ядерного магнитного резонанса, принципиально свободных от этого недостатка. Такие приборы не только снабжают врачей точной и надёжной диагностической информацией, но и делают это исключительно быстро. Крупнейший в мире исследовательский центр в области ядерной магнитно-резонансной томографии находится в Швейцарии и является подразделением Высшей технической школы Цюриха. Недавно здесь прошли испытания двух новых томографов. Биофизик Петер Бёзигер (Peter Bösiger), профессор университетской клиники в Цюрихе, поясняет:

Бёзигер: Один аппарат – это вполне обычный аппарат с магнитной индукцией в 1,5 тесла, однако оборудованный системой высокоскоростной параллельной визуализации. Эта специальная технология, разработанная здесь, у нас, в Цюрихе, позволяет сократить время обследования в 2-3 раза по сравнению с традиционными визуализирующими методами.

Бёзигер: А второй аппарат – новинка. Речь идёт о магнитно-резонансном томографе повышенной мощности с индукцией в 3 тесла, причём впервые аппарат с такими параметрами удалось реализовать в компактной форме. Он имеет точно такие же габаритные размеры и точно такие же элементы управления, что и обычные аппараты.

Но главное преимущество более мощного томографа заключается, конечно, не в его компактных размерах, а в высокой разрешающей способности. Принцип действия всех таких приборов основан на том, что атомы, ядра которых состоят из нечётного количества протонов и нейтронов, обладают магнитным моментом, то есть представляют собой магнитный диполь. К таким атомам относятся, в частности, и атомы водорода, что и позволяет использовать явление ядерного магнитного резонанса в медицине. Вызывается это явление одновременным воздействием на вещество двух внешних полей – постоянного магнитного поля и переменного электромагнитного поля радиочастотного диапазона. Постоянное магнитное поле упорядочивает ориентацию ядер-диполей, заставляя их развернуться вдоль силовых линий. Если же теперь приложить переменное электромагнитное поле, то при определённых значениях напряжённости или частоты начинается процесс резонансного поглощения его энергии ядрами вещества. Он может быть зарегистрирован чувствительными приёмниками и лечь в основу визуализации. А поскольку разные ткани человеческого тела содержат разное количество воды – от 12-ти процентов в костях до 83-х процентов в сером веществе мозга, – то магнитно-резонансные проекционные данные позволяют получать достаточно чёткие изображения отдельных органов. И тут большую роль играет мощность томографа: чем выше значение магнитной индукции, тем меньше доля атомов водорода, не вовлечённых в формирование резонансного изображения, и значит, тем чётче картинка, тем выше разрешение. Профессор Бёзигер поясняет:

Бёзигер: Само по себе сканирование происходит не быстрее чем обычно, однако благодаря высокоскоростной визуализации нам в ряде случаев удаётся получать пригодные для диагностики изображения быстротекущих процессов. Обычные томографы с индукцией в 1,5 тесла и стандартной системой визуализации не позволяют добиваться столь высокого разрешения. Благодаря новой технологии мы можем регистрировать, например, стремительно изменяющуюся мозговую активность как реакцию на внешнее раздражение.

На создание каждого такого кадра уходит всего 13 миллисекунд. Столь высокие показатели открывают перед магнитно-резонансной томографией новые сферы применения, ранее ей недоступные. Например, с помощью нового цюрихского аппарата можно в режиме реального времени наблюдать за работой сердца и даже диагностировать стенозы – аномальные сужения кровеносных сосудов, обычно вызываемые атеросклеротическими бляшками и чреватые приступами стенокардии или даже инфарктом миокарда. Профессор Бёзигер говорит:

Бёзигер: Сегодняшние результаты таковы, что позволяют уже достаточно надёжно диагностировать стенозы крупных сосудов – а именно такие стенозы, естественно, и являются наиболее опасными.

Медики уже могут обнаруживать стенозы крупных коронарных сосудов сердца, расположенные на расстоянии до 10-ти сантиметров от аорты. Таким образом, эта методика, не подвергая пациента радиоактивному облучению, уже в полной мере может конкурировать с традиционным рентгеновским исследованием с применением контрастных веществ. Возможно, вскоре магнитно-резонансная томография позволит даже в ряде случаев обходиться без катетеризации сердца – если речь идёт о диагностике. Если же введение катетера необходимо для восстановления суженного или полностью блокированного сосуда, то тут и самая совершенная томография пока бессильна.

Владимир Фрадкин, НЕМЕЦКАЯ ВОЛНА