Как работает аппарат МРТ

Всем привет! Самат Галимов, и это подкаст «Запуск завтра». Как технический директор я пытаюсь разобраться, как устроены сложные и интересные штуки. Я зову профессионалов, с которыми можно поговорить простым человеческим языком. Сегодня мы будем говорить об МРТ – магнитно-резонансной томографии. Это очень серьёзное медицинское исследование, с которым вы, может быть, сталкивались или слышали о нём, или видели в кино. Такой огромный белый бублик, в который засовывают человека, и потом получаются какие-то картинки внутренностей. Может показаться, что оно не сильно отличается, например, от рентгена. На самом деле общего там довольно мало. И есть всего несколько компаний в мире, которые умеют производить современные МРТ-сканеры. Вот почему это так сложно, какие там есть технологии, мы разберемся сегодня вместе с гостем нашего эпизода – ученым-медиком, работающим с томографом. Это подкаст студии Либо-Либо, и мы его сделали вместе с сервисом онлайн-образования Яндекс Практикум. У Практикума есть курсы по разработке, по анализу данных и по английскому языку. Если вы хотите освоить цифровую профессию, переходите на сайт Яндекс Практикум и учитесь. На днях у Практикум появился отличный курс для знакомства с языком Go, если вы уже разбираетесь в бэкэнд-разработке. За 15 часов вы узнаете основы языка, научитесь писать тесты, портировать простой код и исправлять ошибки. Курс бесплатный, ссылка на него есть в описании к этому эпизоду.

Меня зовут Андрей Манжурцев, и я научный сотрудник НИИ неотложной детской хирургии и травматологии. Работаю с магнитно-резонансным томографом. Делаю на нём исследования, в том числе головного мозга человека.

Зачем делают МРТ?

МРТ делают для визуализации мягких тканей в организме, потому что другие методы, такие как классический рентген или компьютерная томография, они в большей степени нацелены на либо костные повреждения, либо на визуализацию лёгких, потому что по данным МРТ как раз-таки лёгкие мы видим достаточно плохо. По рентгену и по компьютерной томографии мы не имеем такого широкого динамического диапазона, говоря техническим языком. И, соответственно, чаще всего какие-либо проблемы, связанные с мягкими тканями, это могут быть опухоли, это могут быть какие-либо ушибы, какие-либо травмы, они делаются на МРТ. То есть мы можем легко отличить на изображении, где у нас, скажем, мышечная ткань, а где жировая ткань, где у нас печень, а где почка. Вот в таком ключе.

То есть это мышцы и внутренние органы?

В том числе мышцы, в том числе внутренние органы. При этом всё равно это также и кости, потому что нужна мультимодальная визуализация при лечении. Это как бы золотой стандарт, что мы хотим увидеть как можно больше, если это необходимо. Поэтому МРТ достаточно универсален, но все зависит от клинической задачи.

Вау, хорошо. А как выглядит результат МРТ?

Смотря что мы называем результатом МРТ. В конечном счете, это заключение врача, потому что МРТ – это изображение, которое описывают специально обученные люди, это врачи-рентгенологи. А в целом изображение МРТ – это чаще всего черно-белое изображение, обладающее достаточно широкими возможностями по модификации контраста. Чаще всего выдается пациенту диск, или даже можно скинуть на флешку зачастую, изображение с программой для просмотров, в которой он может сам открыть картинки и посмотреть на них, в том числе покрутить яркость-контраст, увидеть те или иные ткани, увидеть повреждения, возможно, даже, если повезет. Или не повезет, опять же.

Ты вот говоришь то, что это чёрно-белое изображение, а я почему-то, когда говорят МРТ, представляю себе вот эту картинку, когда врач может дёргать ползунок, и показываются слои изображения, типа слои мозга, например, или ещё какое-нибудь место.

Конечно, да. Это чёрно-белое трёхмерное изображение. Просто чаще всего врачи его рассматривают не как трёхмерную структуру в каком-то автокаде, а именно как набор двухмерных изображений, которые называются срезами. Собственно говоря, томография расшифровывается как рисую сечение, потому что происходит, условно говоря, вот такое вот нарезание изображений, которые врач поочередно рассматривает в различных плоскостях, формируя таким образом для себя итоговую картину. Если не хватает просмотра в одной двухмерной плоскости, то вот тогда включается способность МРТ для трёхмерной визуализации, и просто реконструируются дополнительные плоскости.

Имеется в виду, что картинка выглядит так, как будто реально разрезали человека, и прямо видно его, типа, ну... Да, так и есть.

Это срезы в трёх, чаще всего, различных плоскостях. Аксиальная, коронарная и сагитальная. То есть это либо слева направо, либо сверху вниз, либо спереди назад.

Окей. Теперь хочу разобраться, как устроен МРТ изнутри. Я хочу опереться на то, что все, думаю, знают, как устроен рентген. Есть излучатель, есть приемник, может быть, пластина или компьютер. Поток лучей рентгеновских просвечивает мягкие ткани, а в кости их задерживает, поэтому получается картинка. Чем просвечивает МРТ?

Всё-таки надо начать с того, что это принципиально отличается от рентгена, здесь как такового просвечивания даже нет. Во-первых, что такое МРТ? МРТ это большой магнит. В этом магните, помимо того, что это магнит, присутствуют также специальные устройства, которые призваны получить изображение. Этими устройствами являются радиочастотные катушки. Зачем они нужны вообще? При чём тут вообще радиочастота? Что это такое? Явление магнитного резонанса основано на том, что идёт резонансное поглощение радиочастотной энергии с её последующим высвобождением. И вот именно после того, как эта энергия высвободилась, мы ее определенным образом улавливаем, точнее, не мы, а томограф, и получаем картинку, исходя из того, откуда и какую вот эту самую радиочастотную энергию из образца, который помещен в томограф, из пациента, условно говоря, мы получаем.

То есть рядом с телом человека делают что-то, после чего он начинает светиться, то есть тело человека начинает излучать радио.

Правильно, так и есть. Да, так и есть. И это что-то, это буквально радиочастота, это примерно 100 МГц, так условно по порядку величины для клинических томографов. Магнитный резонанс, он на самом деле не просто магнитный резонанс, он ядерный магнитный резонанс. Но обыватели всё-таки к слову ядерный относятся достаточно так, с осторожностью. потому что считают, что это обязательно вредно или просто предполагают по незнанию. Именно поэтому чаще всего слово ядерный в магнитном резонансе в медицине не применяется. Это все-таки просто магнитно-резонансная томография.

Просто маркетинг.

Да, можно и так сказать. Ну или как бы доброжелательность ученых по отношению к людям, которые в этом не разбираются. Вот, и получается, что действительно, что создаёт этот сигнал, который впоследствии становится изображением? Именно ядра водорода, которые в большом количестве находятся в организме.

Ядра водорода— это, видимо, в воде, да, которые? H2O— это вот H, это как раз водород.

Да-да-да, всё правильно. Человек на 70 или на 75% состоит из воды, то есть этой воды в организме очень много, соответственно, водорода в организме тоже очень много, и он позволяет получать достаточно яркие, интенсивные изображения. С помощью МРТ.

Так, так, подожди. Слово «резонанс» почти до конца кажется. Понятно? Значит, эти ядра водорода можно ввести в резонанс, и они начинают излучать радиоволны. А слово «магнит» тут при чем? Я же не железный.

А вот при том, что для того, чтобы ядра водорода начали поглощать радиочастотную энергию, для того, чтобы потом её излучить, необходимо, чтобы они оказались в магнитном поле. Потому что если они в магнитном поле не окажутся, то им данная радиочастота, которая там присутствует, она будет им абсолютно безразлична. Мы не сможем получить изображение, если магнитного поля не будет. Если есть магнитное поле определённой величины, то тогда те ядра водорода, которые содержатся в организме, будут способны воспринимать радиочастотное поле, то есть радиочастотную передачу, определённой частоты. Именно эта частота будет являться резонансной для данного магнитного поля. Именно поэтому это магнитно-резонансная томография.

Слушай, вот про магнит очень интересно. Я себе представляю такой... У меня в детстве было много игрушек, из подшипников мы их вытаскивали, такие чёрненькие круглые магниты. Такой магнит там стоит или что-то другое?

Именно такие, конечно, вообще не используются. Существуют магниты постоянные, они обычно достаточно слабые, но при этом всё равно позволяют получать определённые изображения. И существуют магниты сверхпроводящие, которые позволяют создать достаточно сильное магнитное поле, увеличив таким образом сигнал, который мы можем от пациента получить.

Сверхпроводящее— это когда металл находится при температуре минус 200 с чем-то градусов, близко к абсолютному нулю, и в этот момент он приобретает магические свойства.

Это, конечно, не магическое, это физическое свойство, но так оно и есть. приобретает свойство, а значит, возникает очень большой ток. При этом, когда возникает ток в замкнутом контуре, то возникает очень сильное магнитное поле.

Слушай, а вот что еще внутри томографа есть, кроме этого магнита, и излучателя, и поглощателя радиочастот? Вот типа три элемента пока вроде очевидно есть. Еще что-то есть внутри?

Конечно же, ещё кое-что есть, потому что если мы ограничимся только тем набором, который в данный момент обсудили— это магнит и излучатель, и поглотитель, то мы никак не сможем понять, откуда, из какой части тела поступил тот или иной сигнал, который нам надо перенести на изображение. Ну, мы же не можем просто получить весь сигнал от всего пациента и сказать, что у него конкретно в левой пятке что-то болит. Нам необходимо увидеть, что это находится именно в левой пятке. Для того, чтобы это увидеть, нужно, чтобы ядра водорода, то есть протоны, которые находятся в левой пятке, обладали какими-либо определёнными свойствами. А за счёт того, что они будут обладать этими свойствами, они будут излучать немного другой сигнал, а не такой, как во всём остальном организме. И когда мы увидим сигнал именно с этими свойствами, мы поймём, ага, он исходит именно из левой пятки, потому что мы изначально так запланировали.

Вот тут мне не очень понятно, в смысле ты просто магнит рядом к этой ноге ставишь или что?

Немножко не так. Считается в нашем условном настоящем эксперименте, что у нас в магните находится весь пациент сразу. И он находится в однородном, одинаковом магнитном поле, и, соответственно, без дополнительных приспособлений он весь будет излучать одинаково и поглощать одинаково. Но мы изначально должны создать определённые условия, при которых будет разница от того, что излучается из пятки, и того, что излучается, условно говоря, из головы. И мы изначально знаем, какие это свойства, и мы знаем, откуда мы должны получить определённый сигнал. Это нужно задавать изначально с помощью дополнительных технических средств. И этими средствами являются градиентные катушки.

Что?

Градиентные катушки— это элементы, которые модифицируют магнитное поле вдоль определенного направления. То есть изначально у нас есть постоянное магнитное поле магнита. Мы считаем, что оно полностью однородно на всем протяжении вот этой вот бочки, в которую помещается пациент. Но для того, чтобы, опять же, понять, идёт у нас сигнал из головы или из пятки, мы это магнитное поле немножко изменяем. И, соответственно, с изменением величины магнитного поля меняется частота магнитного резонанса. В голове она становится чуть-чуть больше, а в пятке она становится чуть-чуть меньше.

Разные частоты начинают действовать на разные части тела.

Правильно. И облучая образец радиочастотой, которая чуть-чуть больше, мы заранее знаем, что получим сигнал именно от головы.

Это понятно. Это прямо как будто с фонариком светишь. Типа сначала на одно место, потом на другое место.

Правильно. Потом облучая образец частотой чуть-чуть меньше, мы заранее знаем, что получим сигнал на сей раз уже от пятки.

Прикольно.

Именно так работает градиентная катушка.

Чем более избирательна градиентная катушка, тем больше разрешение картинки, скорее всего.

Всё-таки разрешение, оно больше зависит от того факта, что сигнал ядерного магнитного резонанса, он всё-таки достаточно слабый, и гораздо большую роль в данном случае играет величина магнитного поля.

Чем сильнее магнитное поле, тем сильнее дребезжат водородники, и тем больше мы их чувствуем.

Да, можно так сказать, да.

Когда через рентген просвечивают, да, приемник— это пластина. Вот тут радиочастоты, они тоже, именно приемник, он тоже большой, плоский, нет же, это же антенна. То есть у тебя получается точка-излучатель, точка-приемник. Как из этого можно получить картинку вообще?

Дело в том, что это всё-таки не совсем точки. Достаточно большое искусство делать вот эти радиочастотные катушки для МРТ, и где магнит, и именно оттуда происходит облучение пациента. А вот приёмник чаще всего придвигается к пациенту как можно ближе. Именно поэтому, например, при сканировании головы, голова помещается в этакий скафандр или маску Дарта Вейдера, как это многие называют. Именно в ней находятся антенны, причём не одна, а в больших количествах для того, чтобы увеличить сигнал, который получается зарегистрировать из пациента.

А, и ты можешь понимать, какая антенна словила этот сигнал, мощнее, слабее, и поэтому получать картинку.

Да, так и есть. То есть если какая-то антенна ближе, она получает больше сигнал, если дальше, то меньший. Более того, вот это большое количество антенн, оно позволяет ускорять исследование, потому что существуют технологии, которые позволяют использовать сигналы от различных антенн одновременно. В общем, тоже не будем вдаваться, но факт остается фактом, что антенн достаточно много. вокруг пациента, который помещен в магнит.

Слушай, надо просуммировать. Ты меня поправь, если я что-то неправильно понял. Помещаем человека в очень сильное магнитное поле. В этот момент у него внутри ядра водородов. Они становятся чувствительны, восприимчивы к определенным радиосигналам. Примерно как у нас Wi-Fi точка, ставим рядом, скорее всего, довольно мощный излучатель, который фигачит эти радиоволны в нужной частоте, резонансной частоте этих ядер. Они начинают дребезжать и отдавать энергию. Человек начинает светиться буквально просто не светом, а другой радиочастотой, другой волной. Становится таким передатчиком. И у нас есть приемник, который, считывая то, что передает тело человека, и благодаря вот этим радиоволнам формирует картинку. Плюс еще есть хитрая технология для того, чтобы разные части тела светились разными цветами. Ну, буквально просто не в видимом спектре, а в радиоспектре.

Правильно.

Так, реально мэджик. Окей, вот у нас появилась куча фотографий человека в разных разрезах. Буквально как будто нарезанным тонким слоем человек. Как с этими данными потом работают врачи?

Дальше врач сравнивает различные изображения из тех, что получены. смотрит, как какой-то объект выглядит на одном, как какой-то объект на другом изображении, и по итогам вот этого анализа он делает свое заключение о том, есть ли какая-то патология или же все в порядке наоборот. Ну и, конечно же, в настоящее время развиваются технологии машинного обучения, в том числе на данных изображениях, потому что их получается достаточно много, и можно обучить нейросеть самостоятельно выискивать какие-либо проблемы.

Как выглядит больная ткань на МРТ?

Эта ткань будет контрастна относительно другой ткани. Она будет просто бросаться в глаза за счёт того, что есть нормальная структура, однородная структура ткани, и посреди неё какое-то достаточно яркое неровное пятно. Например, вот так. Такое может быть. Но бывает и такая ситуация, когда, например, либо на ранней стадии заболевания, когда опухоль ещё маленькая, это всё гораздо менее заметно. В этом случае уже есть риск пропустить данную находку, не заметить её. Для того чтобы её заметить, то есть шансы её заметить, существенно повышаются при использовании контрастного вещества.

Погоди, типа есть контрастное вещество, которое не поглощается раком или наоборот поглощается сильно раковыми тканями?

Дело в том, что контрастное вещество чаще всего вводится в кровоток, А опухолевая ткань, она, опять же, чаще всего очень интенсивно снабжается кровью, в ней достаточно много сосудов.

Нифига себе!

Именно поэтому контрастное вещество активно накапливается именно в каких-то новообразованиях, в опухолях.

Ничего себе! Типа раковые клетки, они много хотят жрать, и именно на этом мы их и ловим.

Да, это их задача. Они очень активно растут, им нужно много энергии, а за счёт этого им нужно много крови, то есть которая приносит им питательные вещества. И когда контрастное вещество попадает в них... Ну, принцип контраста одинаков в данном случае, что в КТ, что в МРТ. Контрастное вещество активно накапливается именно в этих тканях и лучше визуализируется, чем окружающие ткани.

Очень круто. То, что нам мешает, нам поможет. Ты говорил, что и врачи смотрят на это глазами. Как в этом можно использовать машинное обучение? Люди что, достаточно похожи друг на друга так, чтобы машина могла отличить, когда там есть что-то необычное?

Да, так и есть. Существуют атласы нормальной анатомии человека, существуют атласы патологических состояний. Собственно говоря, люди ведь учатся именно по этим атласам. Они не могут увидеть сразу все типы заболеваний, находясь определённое количество дней на обучении. Они смотрят в книгу, видят там определённую картину, характерную для определенного заболевания, и потом, встретив ее в реальной жизни, вспомнят о том, что это такое.

То есть мы обучаем нейросети врачей.

Так и есть, конечно. Все обучение от обучения нейросетей в данном случае это врачи. Именно поэтому машинное обучение тоже возможно использовать, потому что точно так же можно обучить машину распознавать определенные отклонения от стандартной анатомии.

То есть загружаем много картинок того здорового, много фотографий или снимков МРТ болезней, и машина начинает говорить, это похоже на болезнь, это похоже на здоровое.

Да, идея именно в этом.

Скажи, а насколько машинное обучение сейчас лучше или хуже, чем врач определяет опухоль, например?

С машинным обучением, как мне кажется, основная проблема именно в частности каждой из задач, которая перед ней ставится. Потому что нет никакого смысла просто научить машину находить какое-либо отклонение. Нам же самое главное понять, что это за отклонение для того, чтобы правильно его лечить. И опытный врач в настоящий момент, на данном этапе развития науки, он сделает это гораздо лучше. И я думаю, что так продлится ещё достаточно долго, потому что достаточно длительный и сложный процесс вот этого обучения идёт.

Данных не хватает или в чём проблема?

Да, данных не хватает, потому что эти данные получать очень сложно. Существует множество каких-то технических трудностей в том числе, потому что не на каждом томографе можно идеально получить все изображения. Плюс не в каждом месте в организме можно получить такие же хорошие изображения, как, например, в каком-то другом месте. Плюс редкость заболеваний тоже играет роль. В общем, очень много факторов, которые влияют на скорость данного процесса. Тут уж увы.

Мэджик. Реально мэджик. Скажи, пожалуйста, а эти картинки, они всегда ЧБ? Или можно их в цвет раскрасить, раз мы умеем отличать разные состояния вещества?

Да, в некоторых режимах действительно подкраска, она позволяет увидеть больше. То есть стандартное изображение врач привык действительно смотреть в черно-белом исполнении, скажем так. Но существуют такие типы изображений, например, перфузионные карты. Это карта того, как ткань кровоснабжается, условно говоря. И вот именно там яркость дополняет информацию, которую мы имеем. Чем она больше, снабжается кровью. В данном случае вот это вот раскрашивание, оно играет уже дополнительную информационную роль, а не просто для красоты или для облегчения восприятия.

А теперь минутка рекламы. Я хочу вам рассказать о новом подкасте студии Либо-Либо. Он называется «Любить нельзя воспитывать». Ну, в общем, запятую поставьте сами. Ведет его известный педагог Дима Зицер. Там он отвечает на сложные вопросы о родительстве. В общем, горячо рекомендую. Ссылка на этот подкаст есть в описании к этому эпизоду. Мы, значит, сначала с тобой обсудили то, как вообще это в принципе работает, потом обсудили, как этим пользуются врачи, какая в этом цель. Теперь хочу про производство этих машин поговорить, потому что, учитывая то, на каких технологиях это работает, наверное, это какой-то ад. Насколько сложно произвести аппарат МРТ?

Ну вот мы сейчас, конечно, живём уже в 21 веке достаточно давно, и сейчас я понимаю, что это уже не настолько сложно, с одной стороны. Но с другой стороны, конечно, технологии для этого нужны значительные. Во-первых, нам надо определиться с тем, аппарат МРТ. Это будет на сверхпроводящем магните или на постоянном магните, потому что такие тоже существуют. Там чаще всего есть два магнита. Один находится сверху, другой снизу, и они создают магнитное поле. Между ними достаточное магнитное поле для того, чтобы получать какие-то изображения. Произвести данный томограф, конечно, будет гораздо проще, чем какой-либо сложный со сверхпроводящей системой для того, чтобы там все поддерживалось при сверхнизких температурах. Это будет, конечно, гораздо сложнее.

Вспомним еще раз. Значит, нужно очень мощный магнит, излучатель электромагнитного поля радио, приемник радио и какая-то штука, которая будет менять магнитное поле в разных частях человека для того, чтобы частота у них менялась. Минимум 4 штуки. Итак, про магнит. Ты сказал, что бывают постоянные магниты, а бывают сверхпроводящие. Прости, пожалуйста, сверхпроводящее состояние вещества – это типа минус 200 с чем-то градусов, там нужен жидкий кислород или жидкая фотород. Короче, какая-то совершенно, типа, в лабораториях физики, на физфаке такие штуки есть, но вообще говоря, это довольно сложное вещество. Оно там, типа, испаряется супербыстро, например. Как это?

Да, там жидкий гелий.

Жидкий гелий. Как его вообще можно в обычной больнице иметь?

Его, собственно, в обычной больнице и не имеют. Он находится в замкнутом контуре томографа, и если он оттуда вырвется, то томограф работать уже перестанет, это точно. Необходимо будет достаточно долго и мучительно восстанавливать его туда, закачивать под большим давлением, и, собственно, за счет этого он будет там держаться в жидком состоянии.

То есть томограф— это такая штука, которая сама умеет поддерживать температуру этого гелия, т.е. она его охлаждает постоянно?

Да, потому что в комплекте с томографом обязательно идёт так называемый криокомпрессор, который охлаждает жидкий гелий, который циркулирует в томографе между томографом и этим самым компрессором. И пока он работает, у нас всё в порядке, можно сканировать.

Обалдеть вообще. Ты приходишь, тебе фотографию делать, а там, типа, рядом жидкий гелий. А постоянная магнита. Это прямо реально магнитики такие, которые маленькие, сильненькие. Неодимовые, мне кажется, они называются.

Это магнитище. Он не маленький, но сильненький, действительно. С ним проблема такая, что его не отключить. То есть, если случается что-то неприятное, то это действительно приходится отдирать потом от томографа, но радует то, что он все-таки послабее, чем сверхпроводящий, и поэтому отодрать гораздо проще. А так, да, это большие магниты, они обладают достаточной силой и позволяют получать изображение тоже.

А сверхпроводящие магниты, они насколько мощнее, чем обычные, чем постоянные?

Скажем так, наиболее популярные— это 1,5 и 3 Тесла. То есть это в 3 и в 6 раз мощнее, чем постоянные. А на самом деле даже больше, потому что часто там постоянные это 0,3 бывают, 0,45— это то, что у нас в стране.

Скажи, а кто владеет такой технологией? Какие компании в мире умеют их производить?

Самые такие знаменитые компании— это Philips, Siemens и General Electric. И ещё Canon, который не так давно был Toshiba. Плюс китайские компании, но их я, к сожалению, название не скажу.

Слушай, Philips, Siemens— это Нидерланды, General Electric— это американцы, Toshiba— это японцы. Получается, всего четыре страны в мире это умеют делать?

Нельзя даже сказать, что это страны. Это четыре корпорации, а страны всё-таки очень сильно между собой сотрудничают. И электроника, например, может быть произведена совершенно в какой-то другой стране, не в той, в которой базируются эти корпорации. Но она используется как в одном, так в другом, так и в третьем томографе. Плюс, опять же, в том же Китае они очень часто покупают, например, американскую электронику для своих томографов. Это всё достаточно такой глобальный процесс. Как самолёт. Нельзя просто взять и собрать самолёт из своих внутренних ресурсов. Это международное сотрудничество практически всегда.

Круто. Почему так мало компаний умеют это делать? Скорее всего, это прибыльная история, я так думаю. Почему всего 4 компании?

Все-таки это очень сложный процесс, действительно. И он требует значительных исследований, помимо того, что необходимо научиться создавать, необходимо также уметь это развивать. Поэтому это очень-очень сложно. Это требует колоссальных инвестиций, это требует колоссального знания. То есть ученые со всего мира работают в этом направлении. Действительно очень обширная сфера.

Насколько это уже такое ремесло, в смысле, приведу аналогию, автомобиль там в конце 19 века это был реально R&D, как бы там их два человека в мире умели делать автомобили. И очень радовались этому. Сейчас автомобиль— это такая, скорее, промышленная штука. Там исследования, конечно, есть, когда производят новый автомобиль, там огромное количество исследований. Но вот условно-москвический аваротет— это типа не rocket science. Это конвейерная штуковина. Как с МРТ? Насколько это поточная история? А насколько это искусство?

Мне кажется, в том, что касается собирать уже какие-то готовые решения, уже разработанные, это действительно может считаться поточным искусством в случае соблюдения контроля качества. Если технология отработана, то это берёшь и собираешь. Главное— контролировать качество и точность. А если надо разработать что-то новое, то это state of art. То есть это действительно очень круто.

Сколько стоит такая сложная штуковина?

Это было бы проще, гораздо проще ответить. Серьезно? Конечно. Потому что для того, чтобы знать, сколько стоит эта штука, надо заниматься закупками этой штуки.

Типа ты даже на открытом рынке, скорее всего, и не узнаешь цены?

Нет. Это действительно очень... момент сложный.

А порядок цен? Хотя бы просто порядок. Ну, в смысле, это тебе 10 тысяч долларов, 100 тысяч долларов, миллион.

Это 100 тысяч евро, условно, или долларов.

Я когда гуглил, тоже было типа от сотни тысяч до миллионов долларов, и я точно слышал в новостях, что это типа миллионы рублей, когда покупают в российские больницы.

Это точно, да.

От чего зависит цена аппарата?

в первую очередь от технологий, а во-вторых от производства. Потому что если там применены какие-либо, опять же, современные технологии, которые позволяют получить то же самое, но более, так скажем, компактно или более надёжно, то это тоже будет дороже. Ну и комплектация, конечно. То есть помимо технологий, которые использованы, там, это программное обеспечение или ещё чего-то подобное, это ещё и набор антенн, которые используются для получения изображений. Это третья, так скажем, статья расходов. Потому что мы, например, не можем взять колено и применить к нему антенны, которые созданы для исследования головы. Необходимо купить катушку, то есть эти самые антенны, которые будут получать сигнал именно из колена, если мы хотим получить качественное изображение.

Это потому что у колена форма физически другая или потому что у него внутри вещества, ткани другие?

В первую очередь, потому что другая форма. Потому что нужно, чтобы это колено при сканировании поддерживалось в определенном положении. Нужно, чтобы оно было как можно более хорошо облеплено антеннами вокруг себя. Это позволит увеличить сигнал и улучшить картинку.

Окей. Андрей, мне очень интересно про развитие этой технологии. Опять же, если взять пример автомобилей, автомобили долгое время не особо развивались. Они становились более экономичными, но, в принципе, с 90-х немного еще изменилось, хотя они стали гораздо более безопасными. А теперь вот появились электрические автомобили, такой новый шаг вперед. А что в МРТ? Насколько эта технология продолжает развиваться?

Продолжает развиваться очень интенсивно. Впору изобретаются новые методики получения изображений. Опять же, новые катушки, новые технологии внедряются. Поэтому в данном случае, в сравнении с автомобилями, развитие идет очень бурно.

Я помню, когда в телефонах камеры каждый год становились разительно лучше. Теперь примерно уже пофиг. Они достаточно хорошие, мегафиксели там, может, и меняются. На самом деле, фотки уже нормальные. На каком этапе развития сейчас находится МРТ?

Действительно сложный вопрос, потому что в МРТ пока что нельзя ожидать, что улучшение будет поверхностным, скажем так. То есть это не тот случай, как со смартфонами теперь. Всё-таки внезапно действительно может произойти какой-то такой значительный научный скачок, который в МРТ моментально перейдёт в практический скачок.

То есть не новый цвет корпуса, а именно может принципиально поменяться методика?

Нет, ни в коем случае нет.

А какие вообще есть проблемы или то, куда растет МРТ? Какие области исследования сейчас актуальны?

Помимо клинических задач, которые можно решать фактически с помощью стандартного МРТ, существует ограниченный ряд клинических задач, которые действительно раньше невозможно было даже с помощью МРТ решить. В качестве примера сразу же остановлюсь на фокальной кортикальной дисплазии. Это такое заболевание, которое в головном мозге вызывает эпилепсию. И очень долго считалось, что по данным МРТ данные заболевания не диагностируются. То есть как бы всё нормально, всё в порядке. Но затем обнаружили, что всё-таки при увеличении разрешения изображения обнаруживаются участки вот этой самой кортикальной дисплазии, то есть ткань мозга повреждена. Они очень маленькие, они достаточно незаметные, но развитие технологии МРТ позволило их все-таки идентифицировать. И сейчас данное направление тоже очень активно развивается как с точки зрения получения изображений, так и с точки зрения их постобработки уже математическими методами, силами исследователей. Вот это один из ярких примеров того, что данное развитие продолжается.

То есть чем выше качество изображения, тем больше вещей можно увидеть.

Да, да, так и есть. Мы на самом деле даже до конца не знаем, что именно мы можем все-таки в итоге увидеть. И поэтому в данном случае развитие совершенно не лишнее.

Типа ты узнаешь о том, что ты сможешь увидеть после того, как увидишь.

Да.

Куда еще можно развиваться, кроме увеличения разрешения картинки?

Ещё можно развиваться в определённые научные направления. Это, в частности, получение какой-либо биохимической информации. То есть обычное МРТ— это просто изображение. Но существует такая методика, как магнитно-резонансная спектроскопия. Она позволяет определять химический состав вещества, который находится в томографе, то есть в определенной зоне. У нас в стране пока семитословых томографов, насколько я знаю, нет, работающих. За рубежом уже они достаточно активно используются, в том числе в научных целях. И в данном случае чем больше поле, тем гораздо более точную информацию можно получать. Это может быть полезно при дифференциации каких-то опухолей. То есть если опухоль А у неё есть определённое вещество, а опухоль В у неё данного вещества нет. И увидеть, есть ли это вещество или нет, можно с помощью магнитной резонансной спектроскопии.

не делая вот этих пункций, не теребя человек внутри.

В идеале, конечно, да. Но пока что это... пока приходится делать пункции, пока это всё научные исследования, нельзя просто так вот отбросить старые методики диагностики. Но в целом, да, к этому стремятся.

Офигеть. То есть в пределе это может быть даже так, типа наркотики можно будет проверять таким образом? Ну, в смысле, какое вещество у человека внутри.

В пределе, да, скажем так. Чувствительность, она не настолько хороша, потому что такая концентрация наркотика, какую можно обнаружить сейчас, скорее всего, будет смертельна. Поэтому пока это ещё будущее.

повышение силы магнита. Да. Так, что еще может быть? Ты сказал про увеличение короткого разрешения, про химический состав вещества.

И, конечно же, ускорение, потому что, в принципе, проведение МРТ – достаточно длительная процедура, от 10 минут до часа. что может быть трудно детям, что требует наркоза для детей, там, скажем, до 4-5 лет как минимум, а то и до 7 иногда. Если этот процесс ускорить, то это будет, конечно, гораздо проще, чем это есть сейчас. Это тоже одно из направлений развития.

Интересно, на самом деле, почему час? Потому что ведь снимок, ну это радиоизлучение, эти дребезжания, они происходят довольно быстро, скорее всего, в рамках доли секунды. Почему так долго?

Это, скажем, не доли секунды, это всё-таки скорей секунды, точнее до секунд. И необходимо получить их очень-очень много для того, чтобы получить информацию от каждого кусочка ткани, для того, чтобы, возможно, усреднить информацию от каждого кусочка ткани, для того, чтобы получить достаточно высокий сигнал и достаточно низкий шум. Потому что если у нас будет высокий сигнал-шум, то тогда изображение будет плохим и диагностически непригодным. Более того, нужно получить несколько различных типов изображений. И значит, эта ситуация с усреднением повторяется для каждого из этих самых типов изображений. Плюс, возможно, нужно будет ввести контраст и проделать то же самое для некоторых режимов. Поэтому это достаточно долго.

Очень интересно. Вот про усреднение. Это, по сути, технология, которая сейчас недавно, вот несколько лет назад, начала использоваться в айфонах и в андроид-телефонах, когда делается несколько снимков, а дальше программа объединяет их, делая такое финальное изображение, в котором мало шумов и много качества. И, получается, в МРТ та же самая технология применяется. Много снимков, а потом из них вычленяют общее.

Именно так. То есть их даже не то, что вычленяют, их просто накладывают один на другой. Именно поэтому крайне важно быть неподвижным для того, чтобы эти наложения не вызвали размытий.

Давай про сами мозги, потому что мы с тобой говорим про физику-физику-физику. Ну, в смысле, тут надо дофигищ всего запрограммировать. Насколько здесь важен вообще софт, кто его пишет, какой он бывает разный, можно ли на один томограф установить разные версии софта от разных производителей. Короче, очень интересно.

Ну начну, кстати, с последнего вопроса, можно ли на один томограф установить разные версии софта от разных производителей. От разных нет, не получится, потому что пишутся они совершенно по-разному. Достаточно сказать, что, например, у одних это будет Linux, у других это будет на Windows реализовано, и всё. Но при этом действительно в научных целях можно установить модификации того софта, который в настоящий момент есть, И эти модификации даже разрабатывают сами научные центры по всему миру, которые создают их для того, чтобы исследовать именно определённые либо заболевания, либо разработать определённую методику получения изображений. И с помощью научных договоров с подобными центрами можно попробовать что-то даже у себя. Иногда такое и получается.

Типа можно скачать версию программы, которую сделал какой-то научный центр, на свой томограф и посмотреть, какую картинку он покажет.

Да, в целом так и есть, да. И они в этом заинтересованы. Ну, опять же, главное, чтобы было научное соглашение, потому что все-таки лицензия как таковой. Ее хоть и нет, но в данном случае надо как-то договориться, чтобы это все делать. Плюс ко всему, производитель должен быть согласен с тем, что ты внедряешь данное программное обеспечение, потому что мало ли, что оно там может наделать. Но, в общем, такие вопросы решаются. Очень хорошо это развивает науку, позволяет пробовать новое.

Этот софт идет в комплекте с томографом или надо покупать отдельно?

Базовый софт, конечно же, идёт в комплекте, потому что пользоваться томографом без какого-либо софта вообще невозможно. А вот дополнительные какие-то возможности софта, которые позволяют получать более специализированные изображения, их надо покупать дополнительно.

Насколько томограф является чёрным ящиком? У нас в программировании есть такой термин – сырые данные. Он выдаёт сырые данные, вот эти всяких антенн, и ты дальше можешь ими играть, как хочешь, или он выдаёт уже готовую картинку?

Он выдаёт уже готовую картинку, если у тебя нет вот этого самого научного договора с производителем твоего томографа. Если этот научный договор есть, и ты достаточно компетентен, то ты можешь выгрузить сырые данные и уже сам заниматься их обработкой.

О каком объёме данных идёт речь? Насколько вообще это ёмкая штука в смысле данных?

Если это конечное изображение, которое томограф сделал сам, превратил в картинки, то, в принципе, это условно 500 мегабайт. Среднее исследование, а то и даже меньше на самом деле. Объём сырых данных, конечно, гораздо более массивен, но обывателей, простых людей, которые приходят делать МРТ, это, слава богу, не касается.

Окей. Теперь у меня... Надеваю шапочку из фольги и начинаю спрашивать тебя вопросы, которые очень хочется спросить. Первый вопрос. Это вредно?

Нет, это безвредно.

Ты же говорил, что это супермощное излучение. Ну, в смысле магнит очень мощный стоит рядом с тобой.

Магнит мощный, но ничего страшного в этом нет. Возле магнита мощного можно стоять, сидеть, пить чай. Ничего страшного не будет.

Окей. А как часто вообще можно подвергать тело этому излучению? Как часто можно делать МРТ?

Ну, исходя из того, что оно безвредно, постоянно.

Мне кажется, что ты в заговоре с этим производителем этих МРТ.

Нет, к сожалению, нет.

Люди все одинаково реагируют на магнитное поле? То есть зависит ли в этом исследовании что-то от пациента, или все одинаково реагируют на эту процедуру?

С точки зрения физики, именно самого процесса получения изображения не зависит, потому что если пациент, условно говоря, стандартный, без каких-то видимо, имплантов металлических и прочих деталей, то это просто будет получение изображения, и все.

А, то есть это типа вода есть вода?

Да, вода есть вода, ткань человека есть ткань человека, обладает. А вот с точки зрения именно какого-то субъективного восприятия, то бывает разница, потому что некоторые люди чуть более чувствительны к магнитному полю, у них возникают определенные ощущения, некоторые чуть менее чувствительны. Плюс в МРТ всё-таки используются достаточно мощные радиочастоты, то есть именно мощность излучения достаточно велика. Некоторые люди это тоже ощущают в виде каких-то покалываний в разных частях тела, иногда в некоторых режимах. То есть это исключительно вот такие субъективные моменты, которые на изображение не влияют. Я ни разу не слышал и за всю мою карьеру тоже конкретно не сталкивался с какими-то проблемами, которые могли бы быть этим вызваны.

Офигеть, а вот это лёгкое окружение, всё вот это, откуда оно вообще берётся? Человек же не железный, его же не притягивает.

Я могу быть неточен, но мне кажется, что всё-таки связано это, может быть, с воздействием магнитного поля на спины, на протоны, которые содержатся в крови, потому что всё-таки свойства кровотока чуть-чуть меняются, но это совсем незначительно.

Такой еще вопрос у меня. Я видел в кино, как Терминатор прилип к МРТ. Он железный, вот он прилип. Можно ли проходить МРТ, если у меня есть, например, пирсинг?

Если пирсинг снимается, то его нужно снять. И тогда можно вообще ни о чем не думать. Если пирсинг снять сложно, то надо подумать о том, из чего он сделан. Потому что если он сделан из определенных сортов медицинской стали или вообще титановой, то максимум, что он может сделать, это чуть-чуть ухудшить картинку. То есть в том месте, где он находится, и вокруг него будет зона, которой мы ничего не увидим. Или увидим с сильными искажениями. А если он вдруг почему-то оказался железным или чугунным, то тогда, конечно, может быть большая неприятность, потому что, во-первых, он будет сильно магнититься, то есть он может тянуть ток, к чему он пределан. Ситуации бывают разные. Во-вторых, он может нагреться и почти гарантированно нагреется. Это будет тоже весьма неприятно. Поэтому в том, что касается металлических предметов на организме, их лучше не думать, а просто снять. Это относится как к пирсингу, так и к другим украшениям. Если возможность снять есть, то лучше снять и всё.

А ты сталкивался с тем, что не было возможности снять?

Ну, нельзя, например, снять зубные импланты. В целом, кроме того, как получается небольшое темное пятно на изображении, ни у самого пациента не было никаких негативных ощущений. Ну и нет, в принципе. И в целом ничего особо страшного в этом нет.

Они были из титана? Короче, эта штука притягивалась магнитом?

Даже если она немного притягивалась, она совершенно не вырывалась, скажем так, из челюсти. Это всё-таки слишком... Это невозможно, на самом деле. У неё достаточно маленькая масса, и этот сплав, он, скорее всего, магнитится очень слабо, если вообще магнитится. Поэтому нет.

Вот.

А с брекетами немножко ситуация неприятная, потому что, опять же, в зависимости от того, какие они, Иногда действительно нужно делать МРТ, пока они есть, и может так случиться, что они засветят полголовы. Вообще ничего толком видно не будет. Но опять же, по моему опыту, если очень надо делать, но выбора нет, то тогда надо делать, и все.

А что с кардиостимуляторами? Потому что они же там точно есть металлические элементы.

Нельзя. По-моему, нет технологий, которые бы позволили делать МРТ с кардиостимулятором.

Еще у меня такой вопрос, он, может, совсем глупый. Можно сделать DIY томограф свой собственный? Типа взять магнит, взять излучатель. Вообще есть такие проекты?

Не знаю, есть ли такие проекты. Честно говоря, не интересовался. В голову что-то не приходило. Но, по идее, можно. Главное, добыть действительно мощный магнит, потому что если он будет слабым, то точно кроме шума получить ничего не удастся.

Понятно, шаг номер один — найти магнит. Вот мы обсудили, что МРТ это суперсложная штуковина, которую делают там четыре компании на свете, стоит она кучу денег, а можно ли сделать МРТ дешевле? Как-то радикально упростить всю эту схему.

Радикально упростить, есть такие технологии. Они в первую очередь основаны на уменьшении количества гелия, который циркулирует в этой самой замкнутой системе для создания сверхпроводимости. То есть в данном случае у нас из стоимости вычтется сопутствующее оборудование, которое нужно для того, чтобы большой объём гелия циркулировал по этой бочке и создавал там магнитное поле. У компании Philips, насколько я знаю, есть такой томограф. Они его уже даже продают. В нём вместо 200 где-то литров гелия, которые обычно есть, в нём 7 литров гелия. И они замкнуты внутри. Они никуда оттуда не деваются. И это, конечно, существенно удешевляет работу томографа, его, так скажем, подготовку, его наладку, установку. Это всё вот в таком ключе работает. Причём это сверхпроводящий тоже магнит с напряжённостью более 1,5 Тесла. Так что да, есть такая возможность. А в том, что касается каких-то других элементов, по антеннам, по электронике, здесь удешевлять некуда. Я думаю, что и так, в общем-то, все посчитано производителями и оптимизировано в должной степени. К сожалению, никак.

Слушай, Андрей, а какого размера МРТ-аппарат? Потому что я себе представляю вот только вот этот огромный бублик, внутри которого залезает человек целиком. Интересно, вот машина МРТ, что она из себя представляет? Это целая комната или это там два холодильника? Какого она размера примерно?

Собственно говоря, та комната, в которой находится сам магнит, она называется процедурной. Она должна быть определённого размера по той причине, что должна быть обшита листовым металлом фактически, вся целиком вокруг, потому что иначе будет очень много радиочастотных наводок извне.

О, это называется клетка Фарадея.

Правильно, это называется клетка Фарадея, и она нужна для того, чтобы МРТ нормально работал. И при этом она не может быть очень близко к томографу, потому что иначе будут конфликты технические, скажем так. А помимо этого, существует комната, в которой сидят лаборанты, врачи, то есть это комната для сканирования, и техническая комната, в которой стоит электроника. Они, в принципе, не очень большие. То есть я бы сказал, что вот эти две в совокупности, как еще одна комната со сканером.

Трехкомнатный аппарат.

Ну, в общем-то, да, конечно, но оно стоит, соответственно.

А сколько весит этот томограф, вот эта штуковина?

Ух, он, конечно, весит много, но он весит, я бы сказал, где-то до 5 тонн. Но томограф, который сделан на постоянном магните, весит больше. Так что сверхпроводящий ещё даже легче оказывается. А если брать безгелиевый томограф, то он будет ещё гораздо более легкий. То есть так называемый безгелиевый, в котором гелия гораздо меньше. В нём будет, собственно говоря, гораздо меньше гелия, это легче, и не будет той техники, которая ответственна за циркуляцию этого гелия. А это ещё минус условно 500 кг.

Слушай, когда говорят про такую тяжелую технику, я сразу вспоминаю сервера IBM, большие и тяжелые, с которыми там есть свои хитрости про то, что, например, они очень тяжелые, и поэтому их можно размещать только на определенных этажах здания, ну, типа, должны быть очень хорошие перекрытия. И причем еще бывает такое, что их нельзя нагибать никак, там прямо встроены датчики уровня, и поэтому их иногда ломает стенку и поднимает этим лифтом. У вас что-то такое... Да, краном. Как это в СМРТ устроено?

Ну, здесь, как и в любом случае, желательно монтироваться, конечно, на ровной поверхности, это однозначно. А так, насколько я слышал, на не первой этаже больницы МРТ тоже устанавливали, видимо, там перекрытия это позволяли. Насколько я слышал, помню, что в Морозовской больнице в Москве томограф находится не на первом этаже, а, по-моему, на пятом. То есть это совершенно нормально, значит, здание для этого пригодное, и все хорошо.

Как-нибудь дозатаскивали это.

С помощью крана. Чаще всего разбирается кусочек стены, Вносится вот эта бочка, вносится техника, и стена собирается обратно. И это и на первом этаже тоже приходится делать, потому что обычно в дверные проемы томограф не проходит.

О, господи, вот это техника. Настоящая техника, для которой надо разобрать стену.

Точно. Или вокруг нее построить уже больницу.

Такое тоже бывает?

Ну, не то чтобы такое бывает, все-таки иногда МРТ строят в отдельном корпусе, который для МРТ построен. И на этапе проектирования можно спланировать, что когда строить.

Вау. У меня есть финальный вопрос, который я задаю всем гостям. Что стоит посмотреть или почитать, чтобы узнать про МРТ?

На ютубе есть видео, конечно же. Раньше можно было по дизлайкам оценить. Теперь, конечно, уже посложнее. А так есть достаточно простая популярным языком написанная Эварт Блинк про магнитно-резонансную томографию.

Как она называется?

Так и называется. «Основы магнитно-резонансной томографии». Автор Эверт Блинк. По-моему, других книг он не писал, так что найти будет легко.

Ссылку на нее мы положим в описании к этому эпизоду.

В общем-то и все.

Спасибо тебе большое, что нашел время.

Тебе тоже большое спасибо, было очень интересно пообщаться.

Это подкаст студии Либо-Либо, и мы его сделали вместе с сервисом онлайн образования Яндекс Практикум. Над подкастом работали редакторка Маша Агличева, продюсерка Настя Медведева, звукорежиссерка Нина Мамотина. За джингл спасибо Алексею Зеленскому.