О рентгеновских лучах и не только
© Wikimedia
Для большинства из нас прохождение УЗИ, МРТ, ангиографии или рентгена означает нахождение в комнате без окон, больше похожей на темницу, чем на больничное помещение. Специалист одевает нас в особую одежду, а потом фиксирует наше тело в разных болезненных позах. В такие минуты мы почти готовы увидеть факелы на стенах, и «железную деву» в углу. Ниже представлены 10 изображений, которые сделают все вышеуказанные процедуры не такими страшными.
1. Обручальное кольцо Берты Рентген
В ноябре 1895-го года профессор физики Вильгельм Конрад Рентген из Вюрцбурга, Бавария, изучал «электрические лучи», когда обнаружил, что они могут проникать сквозь объекты и проецировать изображения этих объектов на флуоресцентный экран. Когда он поместил на пути лучей свою руку, то заметил, что изображение показало контраст между костью и полупрозрачной плотью. Рентген мгновенно понял последствия своего открытия: теперь врачи могли исследовать организм человека без вскрытия. Он заменил флуоресцентный экран на фотографическую пластину и 8 ноября 1895-го года сделал первый рентгеновский снимок. На снимке была левая рука его жены, Берты и её обручальное кольцо.
Вильгельм Конрад Рентген
Сначала мир сомневался насчёт открытия Рентгена. В «The New York Times» открытие отвергли, посчитав его простой фототехникой, известной уже давно. Но буквально через неделю в «The Times» начали появляться отчёты о том, насколько рентгеновские лучи оказались полезны для хирургов. Один из таких отчётов принадлежал британскому врачу по имени Джон Холл-Эдвардс, который был первым, кто использовал рентгеновские лучи для того, чтобы обнаружить иглу, попавшую в руку пациента. В 1901-м году Рентген получил Нобелевскую премию по физике, и в настоящее время его выводы считаются «одним из величайших открытий в истории науки».
2. Съёмка работы сердца и пищеварительной системы с помощью рентгеновских лучей
Джон Макинтайр
После открытия Рентгена ситуация начала развиваться очень быстро. Почти сразу же учёные объединили рентгеновские лучи с кинематографом и начали фиксировать движущиеся объекты. Первым в этом деле был Джон Макинтайр, хирург из Королевской больницы города Глазго. Макинтайр уже создал первое в мире рентгеновское отделение, и позже именно в его отделении впервые обнаружат камни в почках пациента.
А в 1897-м году Макинтайр представил Лондонскому королевскому обществу короткометражный фильм. Это был рентген лягушачьей лапки. Лапку Макинтайр взял потому, что для того, чтобы «просветить» её, требовалось гораздо меньше энергии, чем для «просвечивания» человеческой ноги. Позже он снял бьющееся человеческое сердце. Кроме того, он давал пациенту висмут и снимал его пищеварительную систему для того, чтобы увидеть, как происходит усвоение висмута.
Сегодня эти фильмы называются «рентгеноскопия». Они используются для того, чтобы снять размещение катетеров в сердце, снять работу пищеварительной и мочевыделительной систем и для других медицинских процедур. В 2013-м году в одной только Великобритании было проведено свыше 1,3 млн рентгеноскопических процедур.
3. Майор Бивор охотится за пулями
Через несколько месяцев после открытия рентгеновские лучи уже использовались на поле боя. Впервые их использовали во время абиссинской войны.
Когда Италия вторглась в Абиссинию в 1896-м году, подполковник Джузеппе Альваро использовал рентгеновский аппарат для того, чтобы искать пули в предплечьях итальянских солдат. А через год рентгеновские лучи вновь были использованы на поле боя, но на этот раз во время греко-турецкой войны. Несмотря на многочисленные успехи, военные не спешили признавать эффективность использования рентгена при лечении раненых.
В июне 1897-го года разразилась война между Афганистаном и Индией. Британия послала своих солдат на плато Тирах для того, чтобы освободить горные перевалы. Майор Уолтер Бивор приобрёл рентгеновское оборудование и установил его в полевом госпитале на Тирахе. Он сделал более 200 снимков, в том числе и снимок локтя индийского солдата с пулей, застрявшей там. Также Бивор смог обнаружить пулю, попавшую в ногу генерала Вудхауса. На следующий год Бивор выступил с докладом перед научным сообществом, и с того момента Британия стала постоянно использовать на поле боя рентгеновские аппараты. Другие страны постепенно начали следовать примеру англичан.
Мария Кюри
Одним из достоинств аппаратов была их портативность. Во время Первой мировой войны Мария Кюри и её дочь Ирен привезли на фронт 20 рентгеновских аппаратов в багажнике микроавтобуса. Сегодня мобильные аппараты используются при лечении пациентов, которые слишком больны чтобы самостоятельно прийти в радиологическое отделение больницы.
4. Доказательство ущерба, причиняемого металлическими корсетами
В одном из самых ранних известных видов медицинской визуализации французский врач Людовик ОФолловэл, чтобы привлечь внимание к одной проблеме, сделал снимки торсов нескольких женщин вначале с металлическими корсетами, а затем без них. Снимки чётко показывают, как жёсткие металлические корсеты сдавливают грудную клетку, и находящиеся там внутренние органы. ОФолловэл вовсе не был сторонником полного запрета корсетов. Он лишь хотел, чтобы их делали более гибкими. Именно это в дальнейшем и произошло. Снимки ОФолловэла, подкреплённые мнениями других авторитетных врачей того времени, привели к тому, что промышленность начала выпускать более свободные корсеты.
Однако позже эксперты задались другим вопросом: имел ли право ОФолловэл использовать рентген для того, чтобы доказать свою точку зрения? В те времена для того, чтобы сделать снимок, фиксируемый предмет подвергался действию лучей очень долго. Например, чтобы сделать в 1896-м году снимок предплечья, требовалось 45 минут. Чтобы сделать первый стоматологический рентгеновский снимок, потребовалось 25 минут. Женщины в корсетах подвергались действию лучей вдвое дольше, причём облучались наиболее чувствительные к радиации части тела: грудь и живот (а значит, и репродуктивные органы).
Опасность радиации в то время уже была хорошо известна. Уже в первый год испытаний лучей врачи регистрировали выпадение волос, покраснение и шелушение кожи. Кларенс Далли, работая с лучами для Томаса Эдисона, неоднократно подвергал свои руки воздействию радиации, и длилось это как минимум два года. Впоследствии обе руки были ампутированы, а сам Далли умер от рака в 1904-м году. Большинство пионеров в исследовании радиации (Мария и Ирэн Кюри, Джон Холл-Эдвардс, Вильгельм Рентген) умерли от заболеваний, вызванных радиацией.
Однако мир не спешил признавать огромную опасность избыточной радиации. Женщины облучали себе яичники для лечения депрессии. Излучение использовалось как средство от стригущего лишая, от прыщей, от импотенции, от артрита, от язвы и даже от рака. В косметических салонах клиентов облучали для того, чтобы на лице не росли волосы. Облучали зубную пасту, шоколад, воду. В 1920–1950-х годах во многих обувных магазинах стояли рентгеновские аппараты, делающие снимки ног клиентов в обуви, чтобы показать, насколько хорошо она сидит на ногах. В наши дни рентгеновские лучи почти никогда не используются для не-медицинских целей, однако и сегодня повышенная радиация представляет опасность. Одно исследование показало, что 18500 случаев рака во всём мире спровоцировано именно медицинским рентгеном.
5. Самый первый катетер
Вернер Форсман
Работая хирургом в клинике Виктории, Вернер Форсман выдвинул теорию о том, что гибкая трубка (катетер) может быть введена в пах или в руку пациента и по венам может быть доставлена непосредственно в сердечную пазуху.
Большинство экспертов в тот момент посчитало, что катетер не дойдёт до сердца таким способом, поэтому начальство в клинике Виктории отказалось давать разрешение на этот эксперимент врача. Но Форсмана это не испугало, и он вставил иглу себе в левую руку, а затем продвинул катетер по главной вене через бицепс, минуя плечо, непосредственно в сердце. Для этого потребовалось всего 60 см трубки. После этого Форсман спустился в рентгеновское отделение и сделал снимок, чтобы доказать, что катетер на самом деле дошёл до сердца. Позднее он выполнял эту процедуру на себе ещё несколько раз. К сожалению, коллеги Форсмана высмеяли его, посчитав процедуру обычным фокусом.
Обескураженный, Форсман продолжил работу, переквалифицировавшись из хирурга в уролога. Он не знал, что важность его вклада в медицину будет признана не сразу, так что был очень озадачен, когда в октябре 1956-го года у него дома зазвонил телефон, и ему сообщили, что он стал лауреатом Нобелевской премии в области медицины и физиологии. Докотор просто спросил: «За что»?
6. Гиперфонография
Одним из недостатков рентгеновской технологии является то, что она позволяет увидеть только образы плотных анатомических структур, таких, как кости или инородные тела (например, пули). Другим недостатком является то, что излучение опасно, и оно вполне может убить ребёнка в утробе матери. Так что медицинскому миру был необходим безопасный способ отображения менее плотных структур тела. Решение пришло после крушения «Титаника» в 1912-м году.
Реджинальд Фессенден
Чтобы лучше обнаруживать айсберги, Реджинальд Фессенден запатентовал устройство, испускающее направленные звуковые волны и фиксирующее их эхо, отражённое от различных удалённых объектов. Его сонар был способен обнаруживать айсберги на расстоянии в двух километров.
В то же самое время разразилась Первая мировая война, и немецкие подводные лодки начали угрожать транспортным судам союзников. Физик Поль Ланжевен разработал гидрофон, который также использовал звуковые волны для обнаружения немецких субмарин. 23 апреля 1916-го года была потоплена немецкая лодка US-3. Это была первая лодка, обнаруженная с помощью гидрофона. После войны технология гидрофона использовалась для обнаружения дефектов в металлах.
Карл Дуссик
В конце 1930-х годов немецкий невропатолог и психиатр Карл Дуссик считал, что с помощью звука можно заглянуть в мозг и посмотреть на другие части тела, которые не видны в рентгеновских лучах. Дуссик первым начал использовать звук в целях диагностики. Большую часть своей работы он проделал в Австрии. Позднее он расширил и дополнил свои исследования, и тогда мир впервые услышал слово «гиперфонография».
А через десять лет врач-акушер из Шотландии по имени Ян Дональд позаимствовал промышленный ультразвуковой аппарат и использовал его для изучения различных опухолей. Вскоре Дональд начал успешно использовать эту машину для обнаружения злокачественных опухолей и для контроля состояния плода в утробе матери.
7. Первая компьютерная томография
Одним из ограничений рентгеновских снимков является то, что на снимке появляется всё, что находится между рентгеновской трубкой и самим снимком. В итоге всякие патологии, такие как опухоли, могут быть скрыты тканями, органами и костями, находящимися выше или ниже.
В 1930-х годах начался расцвет томографии. Это был рентген определённых уровней тела, а всё, что находилось выше или ниже необходимой плоскости, на снимке выглядело размытым. Делалось это путём перемещения рентгеновской трубки в ходе съёмки. Трубка могла перемещаться в трёх плоскостях человеческого тела: саггитальной (слева направо), корональной (спереди назад), и осевой, она же плоскость поперечного сечения (от ног к голове).
Годфри Хаунсфилд
А в 1967-м году учёный из EMI по имени Годфри Хаунсфилд изобрёл осевой томограф. EMI также является звукозаписывающей компанией, которая продала 200 млн записей группы «The Beatles», так что она использовала свои средства для того, чтобы финансировать Хаунсфилда в течение четырёх лет. Именно столько ему потребовалось для того, чтобы создать прототип аппарата. В его сканере вместо плёнки использовались датчики, а пациент просто проезжал между трубок и сенсоров с заданной скоростью. После чего компьютер реконструировал анатомическое строение пациента. Сегодня это называется просто: компьютерная томография. 1 октября 1971-го года Хаунсфилд впервые использовал собственное изобретение для обнаружения опухоли в мозгу женщины.
8. Первая магнитно-резонансная томография
При магнитно-резонансной томографии машина создаёт статическое магнитное поле, которое выстраивает все протоны в теле пациента в одном направлении. Затем короткие всплески радиоволн смещают эти протоны, и как только радиоволны отключаются, компьютер измеряет время, которое потребовалось для того, чтобы перестроить протоны. После чего компьютер использует эти измерения для того, чтобы реконструировать образ тела пациента.
Реймонд Дамадьян
Может показаться, что машины для компьютерной томографии (КТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ) очень похожи, однако они разные. КТ использует потенциально опасную радиацию, тогда как МРТ этого не делает. Кроме того, МРТ показывает органы и мягкие ткани намного лучше, чем КТ. МРТ используется тогда, когда врач хочет видеть состояние спинного мозга, связок и сухожилий. С другой стороны, КТ даёт возможность лучше рассмотреть повреждения позвоночника и костей.
Первый МРТ-сканер тела придумал физик Реймонд Дамадьян в 1969-м году. В 1971-м году он впервые опубликовал свою теорию об этом устройстве в журнале Science Magazine. В марте 1972-го года Дамадьян запатентовал своё изобретение. А 3 июля 1977-го года было проведено первое МРТ-сканирование человека.
Снимок груди Ларри Минкоффа
Поскольку ни один из его сотрудников не хотел лезть в новый сканер, Дамадьян полез туда сам. Когда ничего не сработало, сотрудники предположили, что их начальник был слишком большим. Один из присутствующих аспирантов, Ларри Минкофф был стройнее и вызывался попробовать. На картинке выше вы видите снимок груди Минкоффа.
9. Лапароскопия
Хирурги на протяжении веков удаляли из животов людей самые разные вещи. И эти животы всегда были вскрыты. Это делало пациента очень восприимчивым к инфекциям, и для восстановления после операции требовалось длительное время.
Но в 1901-м году врач-гинеколог фон Отт из Петрограда представил лапароскопию — метод, при котором операция производится не через большое отверстие, а через одно или несколько маленьких отверстий или щелей. Хирург при этом смотрит прямо в живот или в грудь пациента с помощью устройства, которое с виду напоминает миниатюрный телескоп. Вместо того, чтобы использовать свои руки, хирурги используют щипцы, ножницы, зажимы и другие инструменты на очень длинных стержнях.
К сожалению, это также означает, что хирург, делающий подобные операции, должен порой принимать самые неожиданные позы, чтобы посмотреть туда, куда нужно. Один хирург однажды вспоминал, что ему пришлось лечь на бедро пациента для того, чтобы удалить его желчный пузырь. А через 2,5 часа такой операции врач был полностью измотан. Именно по этой причине лапароскопия имеет ограниченное применение.
10. Трёх- и четырёхмерное ультразвуковое исследование
В течение тридцати лет ультразвук был ограничен только двумя измерениями, в которых аппараты вначале посылали звуковые волны, а потом фиксировали эхо. Миллионы родителей героически пытались, но так и не смогли разобрать на чёрно-белых снимках, как же выглядит их ребёнок. С 1970-го года учёные работают над трёхмерным ультразвуковым исследованием (УЗИ) детей. Звуковые волны посылаются под разными углами и в разных направлениях, затем из полученного эха реконструируется образ ребёнка. Почти так же, как это делает томограф.
В 1984-м году Кадзунори Баба из Токийского института медицинской электроники стал первым человеком, которому удалось получить трёхмерное изображение младенца в утробе матери. Но качество изображения и количество времени, которое потребовалось для реконструкции образа (10 минут) сделало метод диагностически непригодным.
Олаф фон Рамм
В 1987-м году Олаф фон Рамм и Стивен Смит запатентовали первый скоростной метод трёхмерного УЗИ, который позволил повысить качество изображения, и сократить время его обработки. А потом начался настоящий бум ультразвука, особенно после добавления четырёхмерного УЗИ, при котором родители получают возможность разглядеть движения своего ребёнка.
