Владислав Евгеньев
Резонансное дело
Как делили Нобелевскую премию за МРТ - "The Economist"

«Вы знаете, то что эти люди сделали, на самом деле очень круто. Они посылают в молекулы маленьких шпионов, затем передают им радиосигналы, и те сообщают в ответ, что видят.» Так Нильс Бор описывал принцип работы магнитно-резонансной томографии — МРТ. С момента открытия в 70-х годах XX века МРТ стала жизненно необходимым при диагностики опухолей и других заболеваний центральной нервной системы, а также повреждений мягких тканей организма. Функциональная МРТ, новейшее средство, которое позволяет получить информацию об активности мозга, наиболее стало востребованным среди нейрохирургов. В отличии от рентгена МРТ безвредна, с ее помощью можно получить четкие изображения мягких тканей.

Award Ceremony

Пол Лотербур (слева) и Питер Мэнсфилд (справа) на вручении Нобелевской премии, 2003 год

В 2003 году в мире насчитывалось около 22 тысяч томографов, которые выполнили 60 миллионов исследований. В октябре 2003 года Пол Лотербур, директор биомедицинского центра лучевой диагностики Иллинойского университета и сэр Питер Мэнсфилд, врач Нотингемского университета получают Нобелевскую премию за “фундаментальные открытия, которые сыграли ключевую роль в становлении современной магнитно-резонансной томографии”. Многие ученые тогда были уверены, что премия залежалась, и что ее давно надо было вручить. Однако присвоение премии вызвало очередную волну споров, в центре которых другой ученый — Рэймонд Дамадьян, который называет себя первооткрывателем МРТ и заявляет, что свои исследования лауреаты премии построили на его данных. Коллеги описывают Дамадьяна как честолюбивого врача с большим эго и хорошей идеей, но мало вложившегося в техническую реализацию своего продукта. Кто же прав?

МРТ имеет сложную историю, даже если исключить шумиху вокруг Дамадьяна. Она стала возможной благодаря работе многих ученых — включая нобелевских лауреатов — в самых различных областях науки: химии, математики, инженерии и програмирования, медицины, и, конечно, физики на протяжении более пятидесяти лет.

Феликс Блох из Стэнфорда и Эдвард Пурсел получают Нобелевскую премию в 1952 году за открытие метода измерения феномена, лежащего в основе МРТ — ядерно-магнитного резонанса. Оказалось, что атомы ведут себя как маленькие магниты. Если их поместить в сильное магнитное поле, то они подобно магнитной стрелке выстраиваются по его направлению. Когда атом бьют током с частотой радиоволны, ядро вбирает в себя энергию, возбуждается и меняет направление. Время, которое у атома занимает возврат в спокойное состояние, можно измерить, а так как у разных элементов это время релаксирования разное, то можно определить и сам элемент.

В конце 60х годов Дамадьян — тогда работавший в клинике Федерального университета в Нью-Йорке — стал первым, кто использовал ядерно-магнитный резонанс для исследования пациента. Опираясь на предположения другого врача, Гилберта Линга, он расчитывал дифференцировать на картинке раковые клетки от здоровых, основываясь на содержании в клетке воды. Большинство ученых считало идеи Линга в лучшем случае дурацкими, однако, несмотря на это Дамадьян начал исследовать опухоли крыс при помощи томографов ныне не существующей компании в Пенсильвании. Он обнаружил, что атомы водорода в молекуле воды в раковых клетках имеют разное время релаксирования. Статья с результатами его исследования была опубликована в журнале Science в 1971 году.

Примерно в это же время Лотербур, тогда президент компании NMR Specialties, искал ученых, которые могли бы в его компании повторить опыт Дамадьяна. Однажды за ужином ему пришла в голову идея, расположить элементы, которые образуют магнитное поле в виде катушки, получая таким образом  изображения. Современные томографы таким образом обнаруживают атомы водорода, которые содержатся в самом распространненом элементе в организме человека — воде.

Рэймонд Дамьян (справа) и президент США Рональд Рейган

Президент международного общества магнитного резонанса в медицине Майкл Музли называет эту идею “революционной”. В то время многие ученые считали мысль о создании диагностического устройства визуализации, основанного на явлении ЯМР, весьма надуманной, если не смешной. Доктор Мозли признает, что и сам поначалу был одним из скептиков. Большинство магнитно-резонансных аппаратов, использовавшихся в то время в химии, представляли собой полые магниты, которые могли вместить предмет размером с шариковую ручку. Кроме того они требовали строго определенной конфигурации магнитного поля, и химикам приходилось измерять магнитное поле даже у самых мелких молекул, чтобы придать частице вид, поддающийся анализу в этом устройстве, и при этом такие аппараты не могли определить пространственное строение молекулы.

В 1973г доктор Лотербур опубликовал свои разработки в журнале “Nature”, приложив к статье первые магнитно-резонансные изображения двух тонких трубочек, заполненных водой. Впрочем, его работа не была упомянута в журнале доктора Дамадьяна “Science”, хотя Латербур и делал прямые ссылки на это издание после своего открытия. Когда же Дамадьян обнаружил, что его работы проигнорировали, он буквально побагровел от злости. «Одна из причин, породивших непримиримую борьбу двух ученых, заключалась в том, что Лотербур никогда не ссылался на Дамадьяна» — утверждает Лоренс Минкофф, бывший ученик и подчиненный последнего.

Вскоре после публикации работы доктора Лотербура, он начинает активно распространять данные о возможностях МРТ, или, как он называл ее зигматографии, и обрел множество последователей. Середина 1970-х гг стала расцветом этой сферы исследований. Несмотря на всеобщий скептицизм научного сообщества, группы ученых при поддержке американских и британских университетов продолжили публиковать все более и более качественные изображения, полученные с помощью этой технологии. Вскоре страницы и обложки самых известных научных изданий пестрели изображениями, полученными в результате МРТ. Среди них можно было увидеть мышь и лимон, палец и запястье, и наконец, человеческую голову. Ученые задались целью в ближайшее время создать аппарат, способный сканировать тело человека целиком.

FONAR's Stand-Up MRI

Аппарат вертикальной МРТ — FONAR

Доктор Дамадьян твердо решил победить в этом состязании ученых. В начале 1970-х он разработал собственный метод местного исследования человеческого организма, однако его метод предполагал получение информации в виде данных, а не изображений. Тем не менее, сфокусированный локальный ядерно-магнитный резонанс (FONAR) был сенсационным методом, позволившим в 1977г получить первый снимок грудной клетки живого человека. Вскоре ученый пожертвовал свое собственное тело для проведения исследований – и все напрасно. Сам Дамадьен объясняет неудачу своей полнотой, на которую ему указали его сотрудники. Действительно, аппарат, названный изобретателем «Неукротимый» предпочел тощий торс доктора Минкоффа. 3 июля 1977г, после четырех часов и сорока пяти минут скрупулезного сбора 106 фрагментов, изображение было получено.

Вскоре Дамадьен посылает пресс-релиз, в котором утверждает, что он создал «новую технику консервативного обнаружения рака в любом месте человеческого тела». С этой точки зрения интересен факт того, что изобретенный аппарат никогда не тестировался при участии пациентов, страдающих онкозаболеваниями. Когда эксперты потребовали подтверждения заявленных результатов, Дамадьян был вынужден отступить. Реально же существовавший аппарат для исследования всего тела, представленный в Национальном Зале Славы Изобретателей в Огайо, являл собой кладезь недоработок. Несколько лет спустя доктор Дамадьян и сам прекратил работу над устройством.

Тем временем, Сэр Питер Мэнсфилд,который также предлагал градиенты в качестве способа сузить сигналы ЯМР в работе, опубликованной в 1973г, внес ощутимый вклад в разработку метода, предложив добавить электронную схему, позволявшую ускорить получение изображений. Когда он представил свои идеи на симпозиуме в 1977г, ответом ему было пораженное молчание аудитории. Сэр Мэнсфилд не был сильно удивлен подобной реакцией, так как его метод теоретически мог уменьшить время обработки сигналов с нескольких часов до крохотной доли секунды. Благодаря высоким требованиям к схеме, процесс разработки «эхо-планара» занял более двенадцати лет, но сейчас это наиболее часто используемый способ визуализации головного мозга в функциональной МРТ.

Ричард Эрнст — нобелевский лауреат по химии

 

Другие ученые, такие как Ричард Эрнст (Швейцария) также оставили свой след в этой сфере. Изначально, доктор Лотербур получал пространственную информацию, вращая магнитное поле вокруг объекта. Доктор Эрнст предложил расположить металлические нити, образующие магнитное поле в виде сетки, что позволило бы упростить процесс получения двухмерного изображения. В 1980-х годах, две британские команды (одна — из Университета Абердина, другая — сборная команда сотрудников EMI и Хаммерсмитского госпиталя) разработали способы оптимизировать контрастирование изображений с помощью разницы во времени релаксирования атомов. Группа из Абердина также предложила практическое приложение техники доктора Эрнста, которая позже стала известна как “съемка вращающейся основой”.
Эта техника, за которую доктор Эрнст в 1991 году получил Нобелевскую премию по химии, сегодня является самым распространенным методом МРТ.

С развитием более сложных цельнотельных прототипов МРТ в восьмидесятых, интерес к новой технологии укреплялся. Корпорации начали понимать, что МРТ (слово “ядерный” к тому времени было отброшено по маркетинговым причинам) может стать полезным дополнением к компьютерной томографии, которая создавала детализированные изображения путем совмещения множественных рентгеновских снимков. Philips, Johnson & Johnson и General Electric, а также множество других корпоративных тяжеловесов, решили вложить миллионы в многообещающую технологию.

Когда многие исследователи ушли в коммерческий сектор, доктор Дамадьян не сидел сложа руки. В 1978 году он основал FONAR (расположенный в Мелвилле, штат Нью-Йорк). Маленькая компания изо всех сил сражалась со своими гораздо более сильными соперниками. Патенты доктора Дамадьяна, первый из которых был выдан на “аппарат и метод для обнаружения рака в тканях” в 1974, оказались чрезвычайно полезными. В 1997, после длительной тяжбы, закончившейся в Верховном Суде Соединенных Штатов, General Electric были обязаны выплатить FONAR 130 млн долларов за нарушение патентов. Суммы, полученные от других компаний, не разглашаются.

Доктор Дамадьян добился упеха в суде, а также получил национальную медаль в области технологий  вместе в Полом Лаутербуром в 1988 году. Но широкое признание масс, а в 2003 году— и Нобелевская премия, обошли его. Он занял типичную для оскорбленного позицию. После того,как решение было принято, он выкупил несколько рекламных страниц в Washington Post, The New York Times и шведской газете Dagens Nyheter для того, чтобы выплеснуть свое разочарование. Он призвал Нобелевский комитет “исправить эту ошибку” и призвал доктора Лаутербура и доктора Мансфилда разделить с ним премию. До сих пор его требования не были услышаны.

Вопрос о том, кому принадлежат все лавры за МРТ, зависит от того, как вы оцениваете важнейшие шаги в его изобретении. Джон Гор, который руководит Институтом лучевой диагностики Вандербильтского Университета, верит, что грубое поведение и безрассудные заявления Доктора Дамадьяна могли затуманить суждение людей. Поскольку Нобелевский комитет отмечает научные достижения, а не хорошие манеры, было бы гораздо справедливее включить доктора Дамадьяна в число лауретов этого года. “Он мечтатель, предложивший идею сканирования через человеческое тело”, — говорит Гор. Но Ян Янг, электро-инженер из лондонского Империал-Колледж  и бывший коллега доктора Гора, с этим не согласен. Он говорит, что “ключевое изобретение, используемое сегодня в МРТ — это способ создания магнитного поля”.

И хотя однажды за МРТ может быть вручена еще одна Нобелевская премия, лишь немногие ожидают, что она достанется доктору Дамадьяну. Функциональная МРТ, основанная на технологии сканирования “зависимости уровня кислорода в крови” (фраза была придумана Сейджи Огава из Bell Labs в 1990 и основана на открытии, сделанном нобелевским лауреатом Линусом Паулингом и его коллегой Чарльзом Кориэллом) сегодня переворачивает все изучение мозга. Как и ядра водорода в воде, железо в бескислородной крови ведет себя как крошечный магнит. Поскольку нервная активность вызывает изменения в степени насыщения крови кислородов, исследователи теперь могут определеять активные зоны мозга в то время, как люди занимаются различными видами умственной деятельности.

В начале девяностых годов научная гонка привела как созданию первых изображений с помощью этой технологии. Две передовые команды (одна — из Главного Госпиталя Массачусетса в Бостоне, другая, в которой состоял доктор Огава — возглавляемая Камилем Угурбилем из Университета Минесоты), чьи работы, в связи с отсутствием чего-то принципиально нового, ранее отклонял ведущие медицинские журналы, отправили свои статьи в журнал Proceedings of National Academy of Sciences. Обе работы были приняты в течение нескольких дней и опубликованы в двух последовательных номерах журнала в 1992 году.

Развитие функционального МРТ отражает некоторые ключевые точки, которые двигали раннее развитие МРТ в 1970х: наличие ученых-визионеров, соревнование между командами исследователей и желание раздвинуть принятые на поле этой игры рамки. Именно наличие нескольких команд говорит о том, что в скором времени мы можем увидеть еще один Нобелевский скандал. Но, судя по отсутствию какого-либо противостояния между ними сейчас, рекламу, купленную в знак протеста против очередного решения, ждать не стоит.

 


Если вы нашли опечатку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter


Понравилась статья? Подпишитесь!

На всякий случай

Как устроена система медицинского страхования в России и за рубежом

Мир в точках

Как ученые подарили слепым людям всего мира возможность снова научиться читать