Вот в чем соль
Все началось в далеком 1937 году, когда американский физик Исидор Айзек Раби открыл резонансный метод измерений магнитных свойств атомных ядер. То есть, по сути, установил радиосвязь с ядрами атомов.
Любая материя состоит из атомов. Атом, в свою очередь, состоит из ядра и электронной оболочки. Ядра являются электрически заряженными и, вращаясь вокруг своей оси, создают собственное магнитное поле. Попадая во внешнее магнитное поле, оси ядер ориентируются вдоль магнитных силовых линий. Говоря проще, оказавшись в «чужом поле», ядра занимают другое положение с другим направлением (в физике это называется «квантовый переход»). Как избушка Бабы-яги, которая по команде разворачивается на 180 градусов «к лесу задом, ко мне передом». Таким образом ядра откликаются на электромагнитное воздействие. И этот их отклик можно зафиксировать, измерить с помощью радиоприемника и даже представить в виде «картинки».
В начале 1940-х годов явление, открытое Раби, дало толчок к возникновению очень важного направления в экспериментальной ядерной физике — радиоспектроскопии. Ведущие физики разных стран подключились к этим исследованиям. Одного из них звали Евгений Константинович Завойский. Он заведовал кафедрой экспериментальной физики в Казанском государственном университете и изучал взаимодействие электромагнитных волн с разными химическими веществами. В 1944 году во время серии экспериментов с солями разных металлов он обнаружил, что электромагнитное поле вызывает отклик не только ядер, но и электронов.
По удивительному совпадению Завойский открыл явление электронного парамагнитного резонанса как раз в тот год, когда Исидору Раби была присуждена Нобелевская премия.
Пройдут годы, открытие электронного парамагнитного резонанса назовут важнейшим событием в физике ХХ столетия. Этот метод станет важнейшим инструментом исследования различных структурно-динамических свойств веществ на молекулярном уровне и совершенно заслуженно будет отмечен Нобелевской премией. Вот только получит эту Нобелевку не Завойский, а американские физики Феликс Блох и Эдвард Пёрселл. которые совершили свое открытие двумя годами позже Завойского и независимо от него. Это и понятно, в 1944 году у советского физика не было ни малейшего шанса опубликовать свою работу и сделать ее достоянием мировой научной общественности.
Только в 1970 году открытие Завойского было внесено в Государственный реестр научных открытий за номером 85 с приоритетом от 12 июля 1944 года.
Работы Блоха и Пёрселла были широко известны во всем мире, в том числе и в Советском Союзе. Метод ядерно-магнитного резонанса развивался и использовался для химического и физического молекулярного анализа, для измерения магнитных полей. До открытия, которое позволило бы использовать этот метод в медицине, оставался один шаг.
Исследования на воде
Его сделал молодой талантливый советский физик Владислав Иванов. Но, как и в случае с Завойским, мировая научная общественность об этом не узнала.
Выпускник военно-воздушной академии им. А.Ф. Можайского Владислав Иванов служил в Дальневосточном военном округе в городе Сучан Приморского края. В академии Иванов занимался измерением магнитных полей на экспериментальной базе в Воейково под Ленинградом. В Сучане изучал зависимость навигации летающих объектов от магнитного поля Земли. Измерения он проводил с помощью прибора, в котором использовался ядерный магнитный резонанс в воде. В какой-то момент Иванов подумал: а нельзя ли с помощью этого метода исследовать организм человека? Человек, как известно, на 80% состоит из воды, то есть из атомов водорода и кислорода. Ядро атома водорода — это протон. А протоны можно заставить «говорить», если поместить их в специально ориентированное магнитное поле.
Конечно, от отдельных протонов сигнал будет очень слабым. Но сигнал от целого ансамбля атомов будет звучать достаточно «громко». И это звучание можно преобразовать в объемную картинку! Но для этого нужно изобрести специальный прибор.
Свою первую заявку на изобретение «свободно-прецессионного протонного микроскопа» Владислав Иванов подал в 1959 году. Через год оформил еще три заявки. По сути дела, Иванов изобрел четыре уникальных прибора. В том числе и «устройство для исследования внутреннего строения материальных тел», то есть то, что сегодня называется магнитно-резонансным томографом.
Устройства Иванова были далеко не простыми и по большому счету опережали свое время, поэтому Комитет по делам изобретений и открытий отправил заявки на обсуждение в специализированную организацию – Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова. Там их долго рассматривали, передавали по эстафете из рук в руки и в конце концов вернули в Госкомитет с заключением: «Вещи полезные, но нереализуемые».
Ответ Госкомитета вместе с отрицательным заключением рецензентов автору отправили по почте. В засекреченной ракетной части это письмо, естественно, сначала попало к командиру. Начальник части устроил Иванову разнос за то, что он тратит свое служебное время на глупости, а не на защиту священных рубежей Родины. И отправил изобретателя… косить траву.
Больше к теме магнитно-резонансной томографии Иванов не возвращался и про свои изобретения не вспоминал. Пока в 1974 году в официальной советской печати не появилось сообщение про «научное открытие с очень большим будущим», которое совершил американский химик Пол Лотербур: ему удалось получить магнитно-резонансные сигналы от воды, налитой в две маленькие пробирки.
Владислав Александрович тут же написал в Госкомитет по делам изобретений и открытий письмо, в котором напомнил чиновникам о своем «способе определения внутреннего строения материальных объектов». Поводов для отказа у Госкомитета теперь уже не было, ведь изобретение, которое считалось выдумкой, стало реальностью.
Госкомитет сопротивлялся десять лет! Только в 1984 году Владиславу Иванову было выдано авторское свидетельство на изобретение за номером 659411/26 с приоритетом от 21 марта 1960 года. Но это уже ничего не могло изменить: Пол Лотербур вошел в историю как изобретатель метода МРТ.
Вся научная карьера профессора химии и радиологии Нью-Йоркского университета Пола Лотербура была связана с изучением ядерного магнитного резонанса. Свои первые исследования он проводил на металлах и монокристаллах, затем перешел к белкам и воде.
В 1972 году Пол Лотербур получил первое в мире двухмерное ядерно-магнитно-резонансное изображение двух стеклянных капилляров, заполненных водой. Это удалось благодаря применению неоднородных (градиентных) магнитных полей. По сути, он реализовал схему советского физика Вячеслава Иванова.
Через год, в 1973 году, Пол Лотербур опубликовал в журнале Nature статью, в которой были представлены уже трехмерные ядерно-магнитно-резонансные изображения объектов, содержащих воду. Правда, для получения более четкого изображения предстояло усовершенствовать математический аппарат.
Поймать волну
В основе математических расчетов для магнитно-резонансной томографии лежат преобразования Фурье. Этот метод, открытый в 1807 году французским математиком и физиком Жан-Батистом Жозефом Фурье, позволяет преобразовывать звуковые, тепловые, световые и электромагнитные волны в уравнения или графики, а также выполнять обратное действие. Преобразования Фурье, например, используются при записи музыки в цифровом формате.
Публикация Пола Лотербура привлекла к себе внимание многих ученых. Все они пытались усовершенствовать математический алгоритм, который позволил бы строить пространственные изображения объектов на основе анализа электрических сигналов. Но это удалось сделать только британскому физику Питеру Мэнсфилду.
Профессор физического факультета Ноттингемского университета Питер Мэнсфилд всю жизнь занимался исследованиями в области ядерного магнитного резонанса, в частности спектрометрией. Еще в 1962 году, работая над своей диссертацией, Мэнсфилд показал, как радиосигнал, полученный от прибора, может быть математически обработан и переведен в изображение.
Открытие Питера Мэнсфилда поначалу имело сугубо теоретическое значение. Огромную практическую ценность оно приобрело вкупе с новой методикой МРТ, предложенной Полом Лотербуром.
Революционная методика МРТ ждала своей заслуженной награды целых 30 лет. В начале октября 2003 года Нобелевский комитет объявил, что премия по медицине и физиологии будет вручена за изобретение метода магнитно-резонансной томографии, и назвал имена лауреатов: Пол Лотербур и сэр Питер Мэнсфилд. В тот же самый момент разразился чудовищный скандал. Свои права на приоритет открытия и, соответственно, на Нобелевскую премию заявил… Нет, не Владислав Иванов, а американский предприниматель, врач и изобретатель Рэймонд Дамадьян.
Оказалось, что доктор медицины Рэймонд Ваган Дамадьян (который, кстати, был также талантливым математиком и не менее талантливым скрипачом) еще в 1970 году случайно обнаружил, что для исследования внутренних органов человека, больного раком, можно использовать явление ядерного магнитного резонанса, поскольку опухоли и нормальные ткани по-разному реагируют на электромагнитные волны.
В тот момент Дамадьян вообще не думал о Нобелевской премии. И про открытие советского физика Иванова, понятное дело, ничего не знал. Все мысли доктора тогда занимала тяжело больная бабушка, у которой из-за несовершенства диагностических методов очень поздно обнаружили опухоль головного мозга. Метод, изобретенный Дамадьяном, позволял диагностировать подобные опухоли на ранней стадии без хирургического вмешательства и вредного рентгенологического исследования.
В 1971 году Рэймонд Дамадьян опубликовал результаты своих исследований на страницах научного журнала Science. Через год подал заявку в патентное бюро на использование метода магнитно-резонансного обследования головного мозга для определения наличия раковых патологий. А еще через три года, уже после публикаций и демонстрационных экспериментов Пола Лотербура, получил патент на изобретение магнитно-резонансной томографии всего тела человека и в 1977 году построил свой первый томограф, который назвал «Неукротимый».
Скандал вокруг МРТ, точнее, спор за приоритет открытия и право на Нобелевскую премию, затих только в 2004 году. Тогда Институт Франклина в Филадельфии объявил Рэймонда Дамадьяна одним из изобретателей МРТ и счел достойным престижной ежегодной Бауэровской премии.
Приоритет Иванова на Западе был признан чуть раньше, в конце 90-х годов. В международных изданиях Who is who Владислав Александрович значится сегодня как «изобретатель магнитно-резонансных изображений». Есть его имя в справочниках «500 выдающихся людей мира» и «Выдающиеся люди ХХ века». За изобретение МРТ Иванову была присуждена серебряная медаль Кембриджского университета. А в 1999 году он был избран Человеком года. В США, не в России.
До 1986 года магнитно-резонансная томография называлась ядерно-магнитной. Слово «ядерный» исчезло из названия после Чернобыльской катастрофы. В то время все, что, по мнению народа, было связано с ядерной физикой и радиацией, вызывало дикий страх. Когда в Москве устанавливали первый магнитно-резонансный томограф, люди со счетчиками Гейгера в руках пикетировали медицинский центр и требовали убрать источник опасности из столицы.
На самом деле ядерно-магнитная томография абсолютно безвредна для человека и считается золотым стандартом для медицинской диагностики.
Автор: Марина Собе-Панек
