Автостопом по науке. 70 фактов из истории великих открытий

Пожалуй, история компьютерной томографии (именно так называется сейчас метод получения трехмерного изображения при помощи рентгеновского излучения) берет свое начало в 1895 году. 28 декабря вышла знаменитая статья Вильгельма Рентгена в Annalen der Physik «О новом виде лучей». Месяца не прошло, как открытие нашло применение в медицине. Уже 11 января Джон Фрэнсис Холл-Эдвардс из Бирмингема сделал рентгеновский снимок кисти руки с введенной в нее стерильной иглой. А уже 14 февраля того же года им была выполнена первая операция, во время которой он как хирург руководствовался рентгеновским снимком. Чуть позже, в 1899 году, он стал первым официальным радиологом в мировой медицине. Визуализация начала свой триумфальный путь в диагностике. В 1917 году Иоганн Радон, австрийский математик, создал интегральное преобразование (сейчас оно называется преобразование Радона), которое легло в основу математического обеспечения работы томографов. Это преобразование позволяло восстановить функцию из бесконечного множества ее проекций.

В 1963–1964 годах уроженец ЮАР Аллан Маклеод Кормак опубликовал несколько своих работ, посвященных технике расчета распределения поглощения рентгеновских лучей в теле человека, но в тот момент научное сообщество не обратило должного внимания на эти факты. Нужен был инженер, который бы воплотил его идеи в жизнь, и, разумеется, деньги.

Таким инженером стал Годфри Хаунсфилд. Еще в 1949 году он начал работать над управляемыми системами оружия и радарами в крупной британской корпорации, EMI Group LTD. Впрочем, здесь важным фактом было то, что основной статьей доходов у EMI была звукозапись. А в самом начале 1960-х годов EMI вытащила счастливый билет, заключив контракт с The Beatles. Так что продажи Rubber Soul, Revolver и других альбомов внесли свой вклад в развитие современной медицины.

Как же работает компьютерная рентгеновская томография (или компьютерная аксиальная томография)?

Фундаментальное отличие КТ от рентгенографии в том, что томографическое изображение непосредственно не связано с принятым излучением, а представляет собой результат точных измерений и вычислений данных там, где рентгеновское излучение при приеме детектором ослабляется, причем это относится только к выбранному слою.

В общем виде метод КТ основан на технике последовательного, сканирующего просвечивания тонким рентгеновским лучом объекта исследования (например, головы) с дальнейшей регистрацией непоглощенной части пучка, который проходит через объект под разными углами. После этого идет специфическая двумерная сортировка и «расфасовка» коэффициентов поглощения лучей в тканях, а затем – математическое восстановление полученного слоя. По этой модели выстраивается картина распределения коэффициентов в пространстве и с помощью компьютера преобразуется в изображение на экране, доступное визуальному и количественному анализу.

Если перевести в более простые слова, то во время КТ в кольце томографа постоянно вращаются источник рентгеновских лучей и приемник, постоянно снимая поглощение. В это время сквозь кольцо «проезжает» пациент. Фактически, идет спиральное рентгенографическое исследование, на основе которого строится трехмерная картинка.

Метод оказался настолько революционным, что уже в 1979 году Кормак и Хаунсфилд получили Нобелевскую премию по медицине. Для сравнения: два других принципиально других метода томографии, магнитно-резонансная и позитронно-эмиссионная, были созданы всего через несколько лет после КТ (первые МРТ-изображения и ПЭТ-сканы были сняты уже в середине 1970-х), однако создателям МРТ своей премии пришлось ждать 30 лет, а за ПЭТ «Нобеля» пока так и не дали.

Алексей Паевский

66 Последняя сверхновая нашей галактики

Чуть более четырех сотен лет назад на земном небе в созвездии Змееносца вспыхнула новая звезда. На самом деле звезда не появилась, а погибла и не четыреста, а более 20 000 лет назад. Тем не менее 17 октября 1604 года отмечается как день появления сверхновой Кеплера.

Последняя из наблюдавшихся в обычные телескопы сверхновых в Галактике на самом деле появилась на небосклоне чуть раньше. Уже 9 октября 1604 года некоторые астрономы в Европе заметили новую звезду, днем позже за ней начали наблюдать китайские ученые, а 13 октября – корейские. Но среди них не было человека такой величины, как Иоганн Кеплер.

Удивительное дело: при всей своей редкости – на все второе тысячелетие мы достоверно можем назвать всего пять сверхновых, причем с начала XVII века Галактика не радует нас катаклизмами – и учитель, и ученик (Тихо Браге и Иоганн Кеплер) получили в свое распоряжение два события.

Из-за плохой погоды Иоганн Кеплер смог начать наблюдения новой звезды на европейском небе только 17 октября, тем не менее мы можем честно сказать, что первооткрывателю законов небесной механики все равно повезло. 17 октября блеск звезды еще рос, достигнув своего максимума только в конце месяца. Три недели она была видна днем.