С момента открытия рентгеновских лучей Вильгельмом Рентгеном в 1895 году, медицинская визуализация стала одной из основ современной диагностики. Она позволила врачам «заглядывать» внутрь тела разными способами: с помощью компьютерной томографии (КТ), магнитно-резонансной томографии (МРТ), ультразвука и позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). При этом у каждого метода есть свои преимущества и ограничения.
Рентген и КТ, например, связаны с ионизирующим излучением, а контрастные вещества, применяемые при ангиографии, могут быть нежелательны при болезнях почек. Именно по этим причинам исследователи давно ищут методы, которые позволили бы безопаснее наблюдать кровоток и сосуды.
Одной из таких технологий стала магнитно-частичная томография, предложенная в 2005 году. В отличие от обычной МРТ, она не визуализирует ткани напрямую. Вместо этого в кровь вводят крошечные магнитные наночастицы оксида железа, а специальный сканер создает переменное магнитное поле, «считывая» отклик частиц. Поскольку человеческие ткани такого сигнала почти не дают, изображение получается практически без фонового шума. В результате можно очень быстро и точно отслеживать распределение частиц — например, движение крови по сосудам.
Эта технология развивалась на протяжении двух десятилетий в лабораториях и на животных моделях. Основной задачей было создание достаточно крупных сканеров и безопасных параметров магнитных полей, которые позволили бы применять метод в клинических испытаниях.
Разработать такую установку удалось группе ученых под руководством Патрика Фогеля (Patrick Vogel) из Вюрцбургского университета имени Юлиуса и Максимилиана (Германия). Их интервенционный MPI-сканер можно разместить прямо в ангиографической операционной. Результаты первого в истории in vivo эксперимента на человеке описаны в научной работе, опубликованной на сервере препринтов Корнеллского университета.
Сначала испытуемому ввели клинически одобренный препарат на основе наночастиц железа, разведенный в физиологическом растворе. Затем с помощью MPI-сканера исследователи наблюдали, как частицы распространяются по венам руки. Для сравнения выполнили рентгеновскую ангиографию — метод, который считается «золотым стандартом» сосудистой диагностики.
Подход позволил увидеть те же крупные вены, что и рентгеновская процедура: поверхностные и глубокие сосуды, ответвления, венозные клапаны и направление кровотока. При этом система работала в режиме реального времени с частотой около двух кадров в секунду. Ученые также наблюдали, как магнитный контраст постепенно покидает сосуды, позволяя отслеживать динамику кровообращения.
Во время процедуры не зарегистрировали никаких побочных эффектов, а доброволец не испытывал никаких неприятных ощущений. Более того, параметры магнитного поля и уровень поглощения энергии оказались намного ниже установленных медицинских ограничений. Выходит, магнитно-частичная томография может стать новым инструментом для сосудистой медицины. Авторы статьи также отметили, что новый метод будет особенно перспективным в эндоваскулярной хирургии.
Однако сейчас технология находится на раннем этапе развития: у разработанного сканера сравнительно небольшое поле обзора и ограниченное пространственное разрешение. Решить эти проблемы, судя по всему, позволит дальнейшее совершенствование аппаратуры.
Если все пройдет по плану, магнитно-частичная томография существенно дополнит существующие методы медицинской визуализации и откроет новые возможности для наблюдения за кровотоком, клеточными процессами и работой сосудов в реальном времени.