Но путь к признанию был, мягко говоря, тернистым. О том, как именно это было, расскажет сам Евгений Александрович.
Интервью печатается в двух частях. Часть первая.
Самое начало
– Для любых исследований нужен толчок. Что привело к научным поискам в этом направлении?
– Да, Вы очень правильно сказали: какие-то хорошие вещи, в том числе изобретения, на пустом месте не возникают. Более того, если есть какая-то проблема, но смежными проблемами вы до этого не занимались, то шансов найти правильное решение первым или хотя бы в числе первых, просто нет. Я как раз занимался этой тематикой еще в далекие перестроечные времена СССР. У нас в Харьковском национальном университете им. В. Н. Каразина на физико-техническом факультете была лаборатория радиационной биофизики, которую возглавлял О.Г. Кадников. Среди прочих тем был и ультразвук (медицинское направление). Еще в аспирантуре я начал заниматься этой проблематикой, хотя физико-технический факультет закончил по специальности "теоретическая ядерная физика", а кандидатскую диссертацию защитил в области квантовой теории магнетизма под руководством И. А. Ахиезера. А вот ультразвуком начинал заниматься вместе с другим замечательным ученым-теоретиком В. В. Слезовым из ХФТИ, который сотрудничал с лабораторией радиационной биофизики. Нам тогда было интересно, можно ли использовать для медицинской диагностики не только основную частоту ультразвукового излучения, но также нелинейные волны комбинационных частот и гармоники излучения. Представляете, и те и другие сегодня уже используются.
– С чего же все-таки началась история изобретения отечественных сканеров?
– В перестроечные 80-е годы харьковский Научно-исследовательский институт радиотехнических измерений (НИИРИ) получил задание создать советский ультразвуковой диагностический сканер. До этого они занимались космической связью и радиолокацией. И поскольку у всех людей, которые работали в военной области, было огромное самомнение, то они думали, что решат это на раз. Ну как же: космос, связь... Но понимаете, в чем специфика современного рынка? Рынок медицинской техники намного больше, чем рынок космической и даже военной техники. Это легко доказать: в каждом крупном городе десятки больниц и каждая нашпигована медтехникой. А сколько в этом же городе военных и военной техники? Это определяет и спрос и уровень специалистов, которые работают для его удовлетворения.
Поэтому когда в НИИРИ начали заниматься разработкой сканера, то удивились, насколько уже тогда эта техника была непростой во всех планах. Тогда они и связались с нашей лабораторией.
– Вы сразу заинтересовались?
– Я про себя решил, что если мы что-то толковое придумаем, то они точно это сделают. Только нужно было понять, как. Моей задачей в это время была уже разработка теории для разнообразных ультразвуковых доплеровских методов измерения. Не все врачи и сейчас умеют ими пользоваться и знают, что у нас такие есть. Хотя уже прошло больше 20 лет. А тогда это была новинка и на Западе. Вспомним: у нас и сканера-то своего не было, так что сами понимаете... Тем не менее, все шло достаточно быстрыми темпами. И уже в 1992 году НИИРИ выпустил первый отечественный сканер – легендарный ТИ-628.
Новые задачи
– Что стало следующим важным этапом в этом направлении Вашей деятельности?
– Где-то к концу 1990-х, хотя по большему счету это было понятно по теоретическим соображениям и раньше, обнаружилось, что ультразвук плохо различает многие важные патологии. Например, раковая или доброкачественная опухоль? На картинке что-то видно, но сразу не скажешь: новообразование это или нет, а если новообразование, то какого характера.
– Почему?
– Это легко объяснить любому человеку, который хоть немного знает физику. Звук – это на самом деле колебания давления. То есть я давлю – в среду идет импульс давления, я двигаю назад – и в среду идет разрежение, снова давлю и т.д.. Это простой звук, то есть компрессионные (компрессия – давление) волны или волны, связанные с колебаниями давления и плотности.
Скорость распространения звуковых и ультразвуковых (т.е. звуковых с очень высокой частотой в несколько мегагерц) волн в биологических тканях на самом деле почти такая же, как в воде. Причина простая. Все биологические ткани, включая различные патологии, состоят на 79 % из воды. Исключением являются только кости. Поэтому звуковые волны в биологических объектах распространяются по этой водяной составляющей. Патологические ткани имеют такое же количество воды, как и любые другие. Так почему бы ультразвуку их различать? Все просто.
– А как же решали эту проблему до этого?
– Опытные специалисты среди практикующих диагностов могли различить патологию по косвенным признакам. Они определяли группу риска древнейшим способом, а потом подтверждали или опровергали диагноз дополнительными исследованиями. Какой же это способ? Пальпация. Например, так можно определить цирроз печени. Врач прощупывает и говорит: "Имеет место уплотнение". Это неправильно, так как плотность всех тканей, как мы помним, практически одинакова и близка к плотности воды.
– Чем же тогда они отличаются?
– Сдвиговой жесткостью. Простой пример. Вы отдыхаете на Азовском море, где огромное количество медуз. У медуз в составе почти 99,9 % воды, то есть это объект невероятно водянистый. Плотность абсолютно такая же. Но если медуза коснется вас в воде, вы сразу почувствуете разницу. Как так? Если вы захотите порвать воду, то никакого усилия вам прикладывать не нужно: у воды вообще нет сдвиговой жесткости. А вот если вы захотите порвать медузу, то какое-то усилие придется приложить. Точно так же, как придется приложить усилие, если вы хотите порвать листок бумаги. Это и есть сдвиговая жесткость, ведь рвать – это сдвигать одну часть относительно другой. Говоря на языке физики, сотворить там сдвиговую деформацию.
Так вот, сдвиговая жесткость у онкологических образований в 8–10 раз выше, чем у обычных тканей. И когда врач давит, он не плотность регистрирует, а сдвиговое напряжение. Мы давим на часть ткани и сдвигаем ее относительно окружения. И сдвиговую деформацию тем сложнее сделать, чем выше сдвиговая жесткость. Снова пример: одно дело давить на металл, другое – на дерево, третье – на поверхность резинки.
"Лобовое решение не подошло"
– Физически биологические ткани – резиноподобные вещества. Их сдвиговая жесткость при многих патологиях меняется в десятки раз. Компрессионные (обычные ультразвуковые) волны – продольные, а сдвиговые – поперечные.
– То есть был простой выход?
– Нет, лобовое решение не подошло бы. Можно делать излучатели, которые будут генерировать сдвиговые волны. Казалось бы, они отлично смогут регистрировать злокачественные опухоли. Но проблема в том, что сдвиговые волны затухают намного сильнее, чем ультразвуковые. Значит, если мы хотим смотреть глубинные структуры, сдвиговая волна туда не дойдет, а обратно тем более не вернется.
– Как же все-таки решили эту проблему?
– Сперва в мире придумали так называемую "компрессионную эластографию" – ультразвуковой преобразователь непрерывно излучает зондирующие импульсы ультразвуковых волн. При этом одновременно преобразователем совершаются движения, аналогичные пальпации, под воздействием которых создаются деформации. В результате ультразвуковым доплеровским или другим способом можно определить, насколько нам удается продавить ткань в глубине. Понятно, что чем жестче ткань (как при злокачественном новообразовании), тем меньше она будет продавливаться. Или будет двигаться как единое целое. А доброкачественная опухоль мягче, чем окружение. Значит, она будет деформироваться сильно.
Однако компрессионная эластография – это чисто качественный метод. Ведь неизвестно, как мы давим, где какое напряжение в тканях. Мы можем только определить качественно: тут тверже, а тут мягче. А количественных показателей это нам не дает.
– То есть так можно было только определить, является ли новообразование злокачественным?
– Это помогает определить потенциально опасные места. Да, такой вариант лучше, чем рассматривать обычную черно-белую картинку, где все выглядит как Туманность Андромеды. Но этого мало.
"Нужно быть на полшага впереди, а не на два"
– Какой же нашли способ?
– Мысль возникла одновременно в нескольких местах. Все себе ее приписывают, я не стану. Так как на самом деле читал работу японских ученых еще 1978 или 1979 года, где они четко написали, что сила радиационного давления ультразвука может быть использована для создания давления на ткани. В частности, в биологических жидкостях, например, в мочевом пузыре, мощный ультразвук приводит к так называемым акустическим течениям – эффект давно и хорошо изученный.
– Почему же это не внедрили еще тогда?
– Это тот случай, когда нужно быть на полшага впереди, а не на два. Потому что если вы на два шага впереди, то никто не сможет этого оценить.
Итак, любое излучение давит и излучается порциями – квантами. Эту порцию можно представить как мячик, так как она имеет энергию и импульс. Вот стена, я кидаю мяч, он отталкивается (рассеивается), но в момент рассеяния давит на стену. Даже если мячик не отскочит, а прилипнет (поглотится), то он все равно передаст импульс поверхности.
Ультразвук, когда проходит через вещество, давит на него благодаря рассеянию и поглощению, хоть и несильно. Это и называется "силой радиационного давления" (radiation – с англ. излучение). Ее-то мы и решили использовать.
Продолжение можно прочитать тут
Напоминаем Вам, что в нашем журнале "Наука и техника" Вы найдете много интересных оригинальных статей о развитии авиации, кораблестроения, бронетехники, средств связи, космонавтики, точных, естественных и социальных наук. На сайте Вы можете приобрести электронную версию журнала за символические 60 р/15 грн.
В нашем интернет-магазине Вы найдете также книги, постеры, магниты, календари с авиацией, кораблями, танками.
