Интенсивное развитие технологии, разработка новых материалов, совершенствование компьютерной техники привели в последние три десятилетия к появлению целого ряда принципиально новых неинвазивных методов исследования, которые позволяют тем или иным способом увидеть сечение органов, изучить их анатомическое строение, взаиморасположение и провести необходимые измерения.

К таким методам, в частности, относится магнитно-резонансная томография (МР-томография), основанная на явлении ядерно-магнитного резонанса.

Феномен ядерного магнитного резонанса был описан независимо друг от друга Е. М. Purcell и F. Bloch в 1946 г., за что авторы получили в 1952 г. Нобелевскую премию. Однако теоретические предпосылки намного опередили возможности практики и только в начале 70-х годов стало возможным использовать явление ядерного магнитного резонанса для получения изображения Р. С. Lauterbur в 1973 г получил томограммы фантомов, заполненных водой, и назвал метод зейгматографией. Но подлинным началом использования МР-томографии следует считать работы R. Damadian, который в 1976 г. получил томограммы тела экспериментальных животных, а в 1977 г – первые томограммы внутренних органов человека. В течение нескольких лет исследовались в основном голова, шея и головной мозг, что было обусловлено техническими возможностями созданных типов клинических томографов – основным ограничением являлся диаметр катушки, который в то время не превышал 30–35 см. В начале 80-х годов были созданы клинические образцы томографов для всего тела и начался их промышленный выпуск, что привело к лавинообразному потоку публикаций о возможностях исследования почек, надпочечников, печени, суставов, костно - мышечного аппарата и т д. Интенсивно развивалась и сама методика исследования, включая создание все более совершенных компьютерных программ. Если для получения первых изображений требовались часы, то уже через несколько лет – десятки минут, а затем и минуты. В настоящее время в наиболее совершенных приборах имеется возможность получения изображения в реальном масштабе времени. Большая длительность исследования на первом этапе задерживала использование МР-томографии для исследования сердца и крупных сосудов. Только работами С. В. Higgins и соавт., и R J. Herfkens и соавт., выполненными в 1983–1985 гг., началось интенсивное исследование сердца и сосудов с использованием синхронизации изображения.

Физические принципы, лежащие в основе МР-томографии, достаточно сложны. Основа метода состоит в том, что при помещении биологического объекта в постоянное магнитное поле ядра некоторых химических элементов (Н1, С13, N14, Na23, Р31 и др.), обладающие магнитными моментами, начинают вести себя как диполи. Диполи выстраиваются параллельно постоянному магнитному полю и формируют суммарный вектор намагниченности. При этом сами диполи не находятся в статическом положении, они постоянно вращаются с частотой, пропорциональной силе магнитного поля и магнитных свойств самого ядра данного элемента. Для получения явления ядерного магнитного резонанса необходимо облучить объект, помещенный в постоянное магнитное поле, дополнительным радиочастотным полем. Если частота радиосигнала совпадает с параметрами ядра и магнитного поля, то возникает явление резонанса, т. е атомы элемента поглощают энергию дополнительного импульса и переходят на более высокий энергетический уровень.

После прекращения действия радиочастотного импульса образованный магнитными моментами ядер суммарный вектор намагниченности, отклонившийся от направления силовых линий основного поля, возвращается в исходное состояние. Во время этого процесса, называемого релаксацией, резонировавшие ядра излучают слабые электромагнитные волны. В катушке индуктивности, окружающей исследуемый объект, при этом возникает переменная электродвижущая сила, амплитудно - частотный спектр и временные характеристики которой несут информацию о пространственной плотности резонирующих ядер (т. е. об их локализации и концентрации), временах релаксации и других параметрах, специфичных для МР. Полученная информация поступает в ЭВМ, где претерпевает сложную трех мерную Фурье трансформацию и в результате выдается на экран дисплея в виде изображения, которое, с одной стороны, отражает анатомическое строение биологического объекта, а с другой – характеризует плотность ядер химических элементов, времена релаксации, распределение скоростей потоков жидкостей, некоторые параметры биохимических обменных процессов и т. д. Выделяются 2 времени релаксации (Т): Т1 время продольной спин решеточной релаксации, которое отражает взаимодействие резонировавших ядер с другими окружающими их ядрами и молекулами, Т2– время поперечной спин - спиновой релаксации, которое зависит от взаимодействия магнитных моментов внутри ядра. Эти параметры являются постоянными величинами для ядер определенного элемента при заданной температуре и параметрах постоянного магнитного и переменного радиочастотного полей.

В настоящее время в клинической практике применяются 2 типа МР томографов с резистивным и сверхпроводящим магнитом.

В последнем для получения магнитного поля используется явление сверхпроводимости, т. е. катушки электромагнита охлаждаются с помощью жидкого азота и гелия. Аппараты имеют различную напряженность магнитного поля от 0.06 до 1.5 Тл и выше. При этом резистивные магниты дают более низкую напряженность магнитного поля, чем сверхпроводящие магниты. В состав аппарата, помимо магнита, входят радиочастотные и градиентные катушки, которые придают определенную форму основ ному полю для выбора толщины среза и направления плоскости исследования и принимают резонансный сигнал. В аппарат входят также блоки управления, компьютер, устройства для воспроизведения и хранения изображения. В большинстве случаев МР томография основывается на исследовании распределения протонов, т. е. атомов водорода (Н1), так как они наиболее распространены в человеческом организме и для получения резонанса от них требуется создание магнитного поля небольшого напряжения.

МР-томография позволяет получать срезы изображения человеческого тела практически в любой плоскости, не меняя положения тела обследуемого, благодаря лишь переориентации градиентных полей. Следует отметить, что в МР-томографе в отличие от рентгеновского компьютерного томографа нет вращающихся деталей. Разрешающая способность МР-томографии в настоящее время практически не уступает таковой рентгеновской компьютерной томографии. Более того, при исследовании малых биологических объектов на специальных установках достигалась разрешающая способность в 10 мкм, т. е. было возможно получить изображение клетки и ее внутренних структур. Введен даже термин МР-микроскопия.

Для получения более полной информации об объекте в МР-томографии используются различные методики получения изображения, в основном они определяются различной последовательностью радиочастотных импульсов. Наиболее распространенные методики: спин-эхо (SE); инверсия – восстановление (IR); насыщение–восстановление (SR). Наибольшее распространение, получила методика спин-эхо (SE). Это обусловлено ее удобством, высоким качеством изображения, возможностью получать многослойные томограммы с различным временем эхосигнала (ТЕ). Изображения, полученные на различных этапах релаксации, позволяют очень детально изучить характер целого ряда патологических процессов. В целом же, если компьютерная томография дает изображение только по одному параметру – плотности тканей для рентгеновских лучей, то в МР-томографии, варьируя импульсную последовательность, можно получить изображения по самым различным параметрам. Помимо этого, в зонах интереса можно рассчитать времена релаксации T1 и Т2. Это позволяет ввести некоторые количественные критерии оценки патологических процессов, например опухолей мозга или инфарктов.

Одним из параметров, определяющих возможности томографического метода, является толщина среза. В МР-томографии она колеблется в пределах 5–10 мм. Количество срезов зависит от целей исследования, в среднем их 8, но иногда – до 16 за одно исследование. Большим преимуществом МР-томографии по сравнению с компьютерной томографией является возможность получать изображения в различных плоскостях равного качества.

Оскорбленный физик публикует за свой счет в ведущих мировых газетах огромные статьи, в которых призывает нобелевских лауреатов 2003 года по медицине и физиологии исправить несправедливость и разделить с ним свою награду, поскольку он первым в мире создал магнитно-резонансный томограф и обладает патентом на сам метод. Как известно, премия в этом году была присуждена американцу Полу Лаутербуру и британцу Питеру Мэнсфилду за изобретение метода магнитно-резонансной томографии ("Известия" подробно писали о методе МРТ 11 октября с.г. "Магнитный резонанс увидит даже движение мысли").

Однако г-н Дамадьян понапрасну горячится. Принципы построения магнитно-резонансных изображений человеческого тела задолго до него разработал лейтенант Советской Армии Владислав Иванов. Сейчас профессор, доктор технических наук Владислав Александрович Иванов заведует кафедрой измерительных технологий и компьютерной томографии Санкт-Петербургского государственного института точной механики и оптики (СПбГИТМО). Он дал "Известиям" эксклюзивное интервью.

- Как возникла у вас сама идея применить ядерный магнитный резонанс (ЯМР) к исследованию организма человека?

- 45 лет назад я служил на ракетной точке в городе Сучане Приморского края. Занимался навигацией летающих объектов, основанной на магнитном поле Земли. Был у нас прибор, в котором использовался ядерный магнитный резонанс в воде. Тогда само явление уже было известно, но в медицине и биологии еще никем не применялось. Я подумал: человек ведь тоже состоит в основном из воды, значит, можно подобный метод применить и к исследованию организма.

- Куда вы обратились с этой идеей?

- Изложил свои мысли в виде четырех заявок на изобретения. На первую из них - "Свободно-прецессионный протонный микроскоп" - хотел получить патент. Но из Москвы мне пришел ответ, что, если я стану патентовладельцем, придется ежемесячно платить большой налог, что было просто нереально. Послал еще три заявки в Госкомитет по изобретениям.

- Наибольший интерес представляет вторая из заявок Владислава Александровича "Способ исследования внутреннего строения материальных тел" за номером 659411/26, зарегистрированная в Госкомитете СССР по делам изобретений и открытий 21 марта 1960 года, - дополняет проректор СПбГИТМО доктор физико-математических наук Юрий Колесников. - В ней были сформулированы принципы метода, приведена схема прибора, который теперь называется магнитно-резонансный томограф.

Тогда же Иванов сделал еще две заявки на открытия: № 673786 от 18 июля 1960 года "Устройство для определения скорости крови", основанное на ЯМР, и № 673875 от 27 июля того же года "Способ определения скорости движения жидкостей, газов и некоторых подвижных масс, основанный на сдвиге частот свободной прецессии ядер". Прямого отношения к магнитно-резонансным изображениям они не имели, но могли быть применены при изображениях локального пульса, процессов пищеварения, растворения лекарственных препаратов, процессов диффузии и т.п.

- Мои заявки рассматривали в двух институтах физического профиля здесь, в Ленинграде, - продолжает Владислав Александрович. - Некоторые из рецензентов живы и до сих пор, преподают, теперь объясняют студентам принципы МРТ.

- А что они сказали вам тогда?

- Заявки были отвергнуты как нереализуемые. Один большой физик меня просто высмеял, говорил, что для нее нужен компьютер невероятных размеров. А между прочим, вскоре были проведены эксперименты, подтверждающие мое открытие, - получены ЯМР-сигналы от биологических объектов, кажется, яблока и картофеля.

В 1973 году Пол Лаутербур - один из двух новых лауреатов - зафиксировал и разделил МР-сигналы от двух малых образцов воды, находящихся в пробирках диаметром 1 мм, по существу реализовав схему Иванова. А в 1976 году не кто иной, как Рэймонд Дамадьян методом магнитной фокусировки получил изображение живой мыши.

- После публикации этих данных я написал письмо в Госкомитет изобретений и открытий, и мне в соответствии с обнаруженным в архивах описанием по заявке № 659411/26 было выдано авторское свидетельство № 1112266 с сохранением даты приоритета подачи заявки, а именно 21 марта 1960 года.

- А есть ли у вас публикации за рубежом, ссылки на ваш приоритет в работах последователей?

- Опубликоваться за рубежом для нас, военных, было невозможно. Но на Западе меня знают. В справочниках "Who is who" мое имя регулярно указывается с расшифровкой "изобретатель магнитно-резонансных изображений". А в справочнике "500 выдающихся людей мира" под редакцией писателя-фантаста Артура Кларка оно упомянуто среди пяти выдающихся персон из России - рядом с физиком Виталием Гинзбургом, каким-то сыщиком Интерпола, а также директорами Московской консерватории и Сухумского обезьяньего питомника (смеется).

После хрущевского сокращения Вооруженных сил он демобилизовался, приехал в Ленинград, занимался наукой. Принимал участие в создании автопилота для первых спутников, конструировал сопла для ракет, создал два государственных эталона - угловых скорости и ускорения. Последние 20 лет преподает в СПбГИТМО, подготовил более 30 кандидатов и докторов наук. Долгие годы занимался и изобретательством, получил более 150 авторских свидетельств. Самым большим вознаграждением за изобретение была сумма в 500 рублей.

- Изобретательство всегда было таким хождением по мукам, так тебя унижали, что я к этому делу охладел, - говорит Иванов.

- Чему было посвящено ваше последнее изобретение?

- Я придумал "движущиеся картинки" для метро. При движении электропоезда особым образом нарисованные на стенах тоннеля изображения можно "оживить", превратить в короткий фильм.

- Наверное, за вашу идею ухватились рекламисты или дизайнеры?

- Нет, она тоже осталась нереализованной...

В последнее время Иванов отдался своей второй страсти. Пишет стихи, издает сборники, стал членом Союза писателей России. Его единственный сын Дмитрий техникой совсем не увлекается, он - композитор и живет сейчас в Испании. Скандалить по поводу неполученной Нобелевской премии, как американец Дамадьян, Владислав Александрович не стал. Коллеги считают его человеком слишком мягким, а студенты обожают: он никогда не ставит двойки.
СПРАВКА

Явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР) основано на отклике ядер атомов, из которых состоит любая, в том числе и живая, материя, на сильное электромагнитное воздействие. Различия в отклике удалось представить в виде "картинки", на которой ясно видно строение внутренних органов человека.

Медицинские магнитно-резонансные томографы - приборы, позволяющие диагностировать патологические изменения в любом органе и системе с высокой точностью. В зарубежной медицине используются с начала 80-х годов ХХ века. В СССР первый МР-томограф появился, по некоторым данным, в 1985 году - в Центральной клинической больнице ("кремлевке"). Сегодня в распоряжении российских врачей десятки этих приборов.

Статья за 2003 год, умер в 2008

Известен как первооткрыватель нового фундаментального явления — электронного парамагнитного резонанса. Исследуя в начале 1940-х годов парамагнитную релаксацию в конденсированных средах с использованием метода резонансного поглощения веществом радиоволн с частотой 100 МГц и метода модуляции постоянного магнитного поля, ему удалось наблюдать пики поглощения СВЧ-поля в безводном хлориде хрома, в сульфатах марганца и меди, в других парамагнитных солях. В этих работах, в частности, была показана линейная зависимость напряженности постоянного магнитного поля от частоты осциллирующего СВЧ-поля, а также обратная зависимость парамагнитной восприимчивости (величины эффекта) от температуры.

Открытие Е. К. Завойского «Явление электронного парамагнитного резонанса» было внесено в Государственный реестр научных открытий СССР 23 июня 1970 года как научное открытие № 85 с приоритетом от 12 июля 1944 года [1] . Эта дата и считается официальной датой открытия метода электронного парамагнитного резонанса как одно из важнейших событий в физике XX столетия. Открытие метода дало толчок образованию и развитию научных центров во многих странах мира, где проводятся интенсивные исследования различных объектов.

Считается, что Евгений Константинович Завойский наблюдал сигналы ЯМР в июне 1941 года, но протонный резонанс наблюдался спорадически, и результаты были плохо воспроизводимы. Начавшаяся вскоре война помешала продолжить исследования в этом направлении.

Вслед за ЭПР были открыты другие методы магнитного резонанса: ядерный магнитный резонанс (ЯМР), ферромагнитный резонанс, антиферромагнитный резонанс, ядерный квадрупольный резонанс, магнитный акустический резонанс, многие виды двойных резонансов. Дело, начатое Е. К. Завойским, продолжили его соратники, члены-корреспонденты АН СССР С. А. Альтшулер (Казанский государственный университе) и Б. М. Козырев (Казанский Физико-технический институт). Открытие метода ЭПР привело к выдающимся успехам в физике магнитных явлений, физике твердого тела, физике жидкостей, неорганической химии, минералогии, биологии, медицине и других науках. На основе явления резонансного поглощения СВЧ излучения создан, например, квантовый парамагнитный усилитель, использующийся для осуществления дальней космической связи.
Я подробно изучал эту проблему и должен сказать, что заведомо мы потеряли лишь одну Нобелевскую премию, которую должен был получить Евгений Завойский за открытие электропарамагнитного резонанса"

— Академик РАН Виталий Л. Гинзбург в газете «Известия» за 29.04.2009