О роли поп-музыки в диагностике, о том, как рентгеновское излучение позволило дать трехмерную картинку, и о «быстрой» Нобелевской премии рассказывает сегодняшний выпуск рубрики «История науки».

46 лет назад в британском Уимблдоне случилось событие, которое ознаменовало новую эру в диагностике и в медицине вообще. Можно сказать, что диагностическое искусство перешло в новое измерение, и это не метафора. 1 октября 1971 года в госпитале Аткинсон Морли была снята первая рентгеновская томография.

Пожалуй, история компьютерной томографии (именно так называется сейчас метод получения трехмерного изображения при помощи рентгеновского излучения) берет свое начало в том самом памятном 1895 году. 28 декабря вышла знаменитая статья Вильгельма Рентгена в Annalen der Physik «О новом виде лучей». Об истории открытия рентгеновского излучения мы подробно писали в одном из первых выпусков рубрики «Как получить Нобелевку». Месяца не прошло, как открытие нашло применение в медицине. Уже 11 января Джон Фрэнсис Холл-Эдвардс из Бирмингема сделал рентгеновский снимок кисти руки с введенной в нее стерильной иглой. А уже 14 февраля того же года им была выполнена первая операция, во время которой он как хирург руководствовался рентгеновским снимком. Чуть позже, в 1899 году, он стал первым официальным радиологом в мировой медицине. Визуализация начала свой триумфальный путь в диагностике.

В 1917 году Иоганн Радон, австрийский математик, создал интегральное преобразование (сейчас оно называется преобразование Радона), которое легло в основу математического обеспечения работы томографов. Это преобразование позволяло восстановить функцию из бесконечного множества ее проекций.

В 1963-1964 годах уроженец ЮАР Аллан Маклеод Кормак опубликовал несколько своих работ, посвященных технике расчета распределения поглощения рентгеновских лучей в теле человека, но в тот момент научное сообщество не обратило должного внимания на эти факты. Нужен был инженер, который бы воплотил его идеи в жизнь, и, разумеется, деньги.

Таким инженером стал Годфри Хаунсфилд. Еще в 1949 году он начал работать над управляемыми системами оружия и радарами в крупной британской корпорации, EMI Group LTD. Впрочем, здесь важным фактом было то, что основной статьей доходов у EMI была звукозапись. А в самом начале 1960-х годов EMI вытащила счастливый билет, заключив контракт с The Beatles. Так что продажи Rubber Soul, Revolver и других альбомов внесли свой вклад в развитие современной медицины.

Как же работает компьютерная рентгеновская томография (или компьютерная аксиальная томография)?

Фундаментальное отличие КТ от рентгенографии в том, что томографическое изображение непосредственно не связано с принятым излучением, а представляет собой результат точных измерений и вычислений данных там, где рентгеновское излучение при приеме детектором ослабляется, причем это относится только к выбранному слою.

В общем виде метод КТ основан на технике последовательного, сканирующего просвечивания тонким рентгеновским лучом объекта исследования (например, головы) с дальнейшей регистрацией непоглощенной части пучка, который проходит через объект под разными углами. После этого идет специфическая двумерная сортировка и «расфасовка» коэффициентов поглощения лучей в тканях, а затем — математическое восстановление полученного слоя. По этой модели выстраивается картина распределения коэффициентов в пространстве и с помощью компьютера преобразуется в изображение на экране, доступное визуальному и количественному анализу.

Если перевести в более простые слова, то во время КТ в кольце томографа постоянно вращаются источник рентгеновских лучей и приемник, постоянно снимая поглощение. В это время сквозь кольцо «проезжает» пациент. Фактически, идет спиральное рентгенографическое исследование, на основе которого строится трехмерная картинка.

Метод оказался настолько революционным, что уже в 1979 году Кормак и Хаунсфилд получили Нобелевскую премию по медицине. Для сравнения: два других принципиально других метода томографии, магнитно-резонансная и позитронно-эмиссионная, были созданы всего через несколько лет после КТ (первые МРТ-изображения и ПЭТ-сканы были сняты уже в середине 1970-х), однако создателям МРТ своей премии пришлось ждать 30 лет, а за ПЭТ «Нобеля» пока так и не дали.