Можно ли услышать звуки скрипки на фоне рева реактивного самолета, да еще и оценить все нюансы игры? Скажете, нельзя? Между тем, по сути, именно эту невероятно сложную задачу удалось решить украинским ученым из Института кибернетики им.В.Глушкова НАНУ и Института кардиологии им. Н.Стражеско АМНУ. Правда, расслышать они пытались не тонкий музыкальный инструмент и тем более не на аэродроме — а магнитное поле сердца в огромном магнитном шуме большого города.
Для этого пришлось создать специальную лабораторию — уникальную магнитокардиографическую систему. Она способна чутко улавливать малейшие изменения в работе сердца, причем на той стадии, когда их еще не может уловить ни один другой прибор. Сам процесс диагностики выглядит просто: пациент лежит на медицинской кушетке, над которой располагается сканер, внешне напоминающий непрозрачную колбу и считывающий информацию о магнитном поле сердца. На всю процедуру требуется минут 15—20, и еще приблизительно столько же — на анализ данных системой.
— Главная особенность нашего метода, — рассказывает ведущий научный сотрудник Института кибернетики и руководитель лаборатории магнитокардиографии Владимир СОСНИЦКИЙ, — абсолютная безопасность для пациента, в отличие от многих других способов диагностики, таких как рентгенография, томография и прочие, которые способны оказывать на организм человека пусть и небольшое, но негативное воздействие. Причем аппарат не только никак не влияет на больного, но даже не прикасается к нему! Сейчас в кардиологии используют разнообразные методы диагностики, но ни один из них не дает информацию именно об электрофизиологии. До сих пор все данные о том, как реагирует сердце на лекарства, насколько эффективно лечение, с чем связаны такие отклонения в электрофизиологии, как ишемия, аритмия и так далее, исследовали только инвазивным методом. То есть внутрь сердца вводился зонд, и по импульсам специалисты пытались получить информацию о ритмогенной области, действии лекарств. Можете представить, с каким риском для пациента это было связано?
Новая технология позволяет получать все данные, не касаясь пациента. Сканировав сигналы магнитного поля, система их усиливает, фильтрует и передает в компьютер, который уже анализирует их с помощью различных математических моделей. Потом решается обратная задача: по магнитному полю находят те точки, те токи сердца, которые это поле создают. На экране компьютера в это время отображается распределение мощностей этих токов — так называемых токов ионов. По этой картинке врач сразу увидит — нормальное распределение или нет, и если не нормальное, то в какой именно области сердца.
Очень важно получать информацию на ранней стадии заболевания, когда появляются еще не патологические, а только обратимые функциональные изменения, и можно предотвратить катастрофы с сердцем в будущем. Например, синдром внезапной смерти, который часто поражает людей, работающих в экстремальных условиях. С этой целью на Западе уже начали включать биомагнитные исследования в качестве обязательных при обследовании спортсменов, обсуждают их необходимость при допуске к работе людей социально опасных профессий: летчиков, операторов мощных энергетических объектов (АЭС, к примеру) и других.
В Украине магнитокардиография находится в зачаточном состоянии. Пока что ученым удалось обследовать лишь полярников, отправлявшихся в Антарктиду: они проходили стандартное обследование плюс магнитокардиографию. Метод настолько понравился, что его занесли в методические рекомендации по отбору претендентов для работы в полярных условиях. Однако дальше полярников и пациентов Института кардиологии им.Стражеско дело не пошло.
Да и наладить систему в самом институте было очень непросто. Как ни удивительно, в этом очень помог бизнес (это чуть ли не единственный в стране пример такого союза), а именно — компания «Градострой», которая не только выделила средства на создание системы, но и в течение года полностью финансировала обследование всех нуждающихся в этом больных института.
Между тем сердце — далеко не единственный орган, который можно исследовать по состоянию его магнитного поля. В частности, одна из наиболее серьезных работ, проведенная совместно с Институтом медицины труда, связана с метаболизмом железа. Метод позволяет определять накопление железа в печени, селезенке, крови. Альтернативный способ только один — биопсия, при которой берут кусочек ткани непосредственно из органа.
— С его помощью можно легко распознать и предупредить возможность неожиданных катастроф при отборе в профессию, — рассказывает ведущий научный сотрудник Института медицины труда АМН Украины Инна ЛУБЯНОВА. — Допустим, человек собирается стать летчиком или выбрать любую другую профессию, связанную с риском и ответственностью за жизнь других людей. На ранней стадии развития заболевания электрокардиограмма или эхокардиограмма может еще не показывать начавшиеся изменения, а благодаря этому методу удается обнаружить, что человек нуждается в дальнейшем обследовании и лечении, и серьезно рискует, выбрав для себя данную профессию.
Кроме того, биомагнитные исследования значительно облегчают диагностику ряда профессиональных заболеваний. Многие профессии, в частности сварщика, связаны с вдыханием различных аэрозолей, содержащих железо, которое откладывается в легких, поступает в сердечную мышцу, а потом в другие органы и системы. Избыточное железо приводит к серьезным изменениям, развиваются такие широко известные болезни, как сахарный диабет, возникает предрасположенность к развитию ишемической болезни сердца, болезни Паркинсона, патологии центральной нервной системы, нарушению детородной функции. Исследовать его накопление традиционными методами диагностики невероятно сложно.
С избыточным содержанием железа связана и еще одна проблема: гепатоцеллюлярный рак, развивающийся после того, как человек перенес гепатит С, причем именно из-за того, что в печени откладывается слишком много железа. Если же постоянно контролировать процесс метаболизма железа, вовремя остановить его избыточное накопление, то можно предотвратить развитие рака. Сегодня все больные гепатитом С невероятно рискуют: при биопсии не всегда можно рассчитать тот участок, где именно скопилось железо (а оно накапливается неравномерно), и получить неверный результат. Да и сколько раз можно ее делать?
— Технология может быть с успехом использована и для анализа работы мозга, — продолжает Владимир Сосницкий. — Такие исследования одно время проводились, но из-за отсутствия финансирования очень быстро прекратились.
— Исследовать мозг стоит дороже?
— Дело в том, что сигналы мозга примерно в 100 раз слабее сигналов сердца, а раз они слабее, то аппаратура должна находиться в экранированном помещении. Если с сердцем мы можем работать в обычном кабинете (за рубежом до сих пор и исследования сердца проводят только в таких специальных комнатах. — Т.Г.), то сигнал в сто раз слабее так не услышать, тем более — достоверно проанализировать. Нас ведь постоянно окружает магнитный шум: различные электрические сигналы, вариации магнитного поля земли, вибрации любого стального предмета. Поэтому системы для магнитоэнцефалографии намного дороже, и пока что нам не по карману. Если взять весь объем средств, которые вкладываются в это направление — в биомагнетизм, — то, наверное, процентов 70 направлены на исследования мозга.
— За счет чего возникает такая разница в цене?
— Главным образом, за счет стоимости экранированного помещения — оно обходится приблизительно в миллион долларов. Около пятисот тысяч долларов стоит сам прибор. На нашу систему нужно будет потратить намного меньше — где-то 200 тысяч долларов, при этом для магнитокардиографии экранированная комната не понадобится, поскольку аппарат способен работать в обычном медицинском кабинете. Мы готовы организовать производство на отечественных предприятиях, например, на заводе «Буревестник» (есть и другие), небольшие заказы может выполнять и наша фирма «Украинская медицинская группа», основанная специально для трансформации научных разработок в широкую клиническую практику.
— Как быстро можно сделать такую установку?
— Буквально за три-четыре месяца. К слову, на Западе аппараты такого класса делаются исключительно под заказ: нужно знать, для какого рода исследований он требуется, а делать стандартные нет никакой необходимости. Можно исследовать сердце, мозг, накопление железа и даже состояние плода беременной женщины, делая магнитокардиограмму крохи, анализировать ее и в случае возникновения стресса (а он, как правило, возникает из-за отсутствия кислорода, что по магнитокардиограмме сразу видно) быстро отреагировать. Такие исследования уже проводятся в Голландии, Франции, Швейцарии, Германии. Мы тоже проводили эти исследования с помощью нашей аппаратуры в Германии. Снимали и магнитоэнцефалограммы плода — сигналы мозговой деятельности еще не родившегося ребенка. Все это можно делать и у нас — проблем фундаментальных или технологических нет. Вопрос только в финансировании.
Самое интересное, что биомагнитными исследованиями, названными на международном конгрессе «Биомаг-2006» в Ванкувере технологией третьего тысячелетия, возможности которой еще до конца не познаны и не используются, первыми начали заниматься именно украинские ученые.
— Еще начиная с 60-х годов прошлого столетия, — говорит старший научный сотрудник Института кибернетики, руководитель группы разработчиков электроники МКГ-лаборатории Павел СУТКОВОЙ, — у нас в институте велись разработки экзотической по тем временам новой элементной базы вычислительной техники с использованием эффектов сверхпроводимости. Эти элементы обещали небывалую скорость обработки данных и ничтожное энергопотребление. Правда, были и проблемы: такую вычислительную машину нужно было охлаждать жидким гелием до температуры минус 269 градусов Цельсия, да и технология изготовления чипов, то что сейчас называется нанотехнологией, в те далекие годы была труднореализуемой.
Но, как часто бывает в науке, прорыв в конкурирующих направлениях идею создания криоэлектронной супер ЭВМ отодвинул на второй план. Однако, большие научные наработки коллектива ученых под руководством профессора Игоря Войтовича не пропали даром. Ведь сверхпроводящие квантовые интерференционные приборы (сокращенно СКВИДы) могли с успехом использоваться как сверхчувствительные датчики магнитного поля. Проявив немало изобретательности (в буквальном смысле слова: подтверждение тому — множество авторских свидетельств на изобретение), нам удалось создать оригинальные магнитометрические устройства, способные реагировать на сверхслабые магнитные поля. Один из разработанных нами магнитометров даже демонстрировался на Лейпцигской ярмарке и был удостоен Золотой медали.
Правда, в то время использование сверхчувствительной аппаратуры для выявления различных аномалий магнитных полей в основном направлялось на решение военных задач (например, обнаружения подводных лодок). После распада СССР биомагнетизм начал развиваться в сторону исследования магнитных полей биологических объектов. Как оказалось, эти сверхслабые магнитные сигналы могут быть порождены как самими процессами жизнедеятельности органов и тканей человека (сердце, мозг), так и накоплением в них магнитных веществ (печень, легкие).
В начале 90-х годов прошлого века появилась совместная лаборатория Института кибернетики им. В.Глушкова и Института кардиологии им.Н.Стражеско. Разумеется, у нас не было таких финансовых возможностей, как у западных ученых, которые разрабатывали магнитокардиографы с магнитоэкранирующими камерами, способные отсекать или значительно ослаблять внешние магнитные помехи. Поэтому мы пошли иным путем: усовершенствовали помехоустойчивый магнитометр, программное обеспечение и создали первую в Восточной Европе лабораторию магнитокардиографии непосредственно в клинике Института кардиологии.
Нужно сказать, что работы украинских ученых высоко оценены западными коллегами. Так, профессор А.Брагинский, известный в мире эксперт в области сверхпроводимости и ее использовании для изучения биомагнетизма, бывший директор Института сверхпроводимости в г.Юлих (Германия), профессор Хьюстонского университета отмечал, что работы киевской группы, особенно посвященные диагностике ишемии, вызвали особый интерес на Западе в конце 90-х годов и дали определенный толчок для исследования возможностей магнитокардиографии в неэкранированном помещении.
К сожалению, на украинских чиновников от медицины чудо-аппаратура пока не произвела впечатления. Ни участие в международных выставках и исследованиях, ни появление на украинских медицинских выставках, ни многочисленные переговоры с представителями отечественного Минздрава так и не привели к включению биомагнитных исследований в протоколы диагностики, а следовательно, к закупкам систем для нужд здравоохранения.
В этом году работу «Информационная технология и технические методы бесконтактной диагностики в медицине, биологии и технике» (авторы — И.Войтович, Ю.Миронов, И.Недайвода, М.Примин, В.Сосницкий, А.Пархоменко, В.Козловский, И.Лубянова, Л.Стаднюк) выдвинули на соискание Государственной премии Украины. Ученые надеются, что если премию они все-таки получат, то это станет не только выражением признания работы государством, но и началом ее внедрения в широкую клиническую практику. А значит, спасет жизни сотням тысяч людей, возможно, даже не подозревающих о том, что ходят под дамокловым мечом и без своевременного лечения просто обречены.