Piše Brin Najžer
Leta 2003 sta prejela Nobelovo nagrado Paul C. Lauterbur in Peter Mansfield, za odkritja posebno pomembnih mejnikov in sicer na področju uporabe slikanja z magnetno resonanco v medicinske namene.
Videti v notranjost človeškega telesa je ključen element postavljanja diagnoz in zdravljenja v sodobni medicini. Stoletja so zdravniki lahko opazovali notranjost samo s kirurškimi posegi, kar je bilo za paciente zelo nevarno. Z odkritjem x-žarkov leta 1895 se je prvič pojavila možnost neinvazivnega vpogleda v človeško telo. Za to odkritje je Wilhelm Röntgen prejel Nobelovo nagrado za fiziko leta 1901.
Paul C. Lauterbur in Peter Mansfield (z leve proti desni)
Kasnejša odkritja o nevarnosti ioniziranega sevanja so spodbudila razvoj bolj varnih rentgenskih naprav ter hrkati iskanje alternative. Leta 1946 sta Felix Bloch in Edward Mills Purcell odkrila osnovna načela jedrne magnetne resonance, za kar sta prejela Nobelovo nagrado za fiziko leta 1952. S tem se je začelo obdobje slikanja z magnetno resonanco, ki se je sprva uporabljala za prikazovanje in raziskovanje kemijskih spojin in spektroskopijo. Zanimanje za medicinsko uporabo te tehnologije je naraščalo, a razvoj so zavirale tehnološke omejitve. V začetku 70-ih let je vrsta fizikov postopoma razvila elemente, ki danes sestavljajo slikanje z magnetno resonanco. Dva izmed njih, Paul C. Lauterbur in Peter Mansfield, sta za odkritja posebno pomembnih mejnikov prejela Nobelovo nagrado za medicino ali fiziologijo leta 2003.
Skoraj dve tretjini mase človeškega telesa predstavlja voda. Različni organi in tkiva vsebujejo različne količine vode. Mnoge bolezni spremenijo količino vode v tkivih in organih, kar omogoča njihovo zaznavo, če to spremembo lahko na nek način zaznamo. Molekule vode so sestavljene iz vodikovih in kisikovih atomov in prav v atomih vodika tiči skrivnost magnetne resonance. Ko so jedra vodikovih atomov izpostavljena močnemu magnetnemu polju, spremenijo svojo smer in se postavijo »v vrsto«. S tem so jedra atomov pripravljena na opazovanje. Ko so nato izpostavljeni impulzom radijskih valov, pride v jedru do spremembe vsebovane energije. Ko se impulz konča, se jedra povrnejo v prvotno stanje, a ob tej spremembi oddajo resonančni val. Te zelo majhne spremembe je mogoče zaznati in s pomočjo računalnika obdelati v dve- in tri-dimenzionalne slike, ki ponazorijo kemijsko strukturo tkiva, vključno s spremembami v količini vode in gibanju vodnih molekul. Te informacije predstavljajo zelo natančno sliko tkiv in organov v opazovanem delu telesa, kar omogoča opazovanje sprememb in postavljanje diagnoz.
Skrivnost tehnologije leži v resonanci jeder atomov. Ta resonanca je odvisna od moči magnetnega polja in frekvence radijskih valov. Za vsak tip atomskega jedra, ki ima neparne protone ali nevtrone, obstaja matematična konstanta, s katero je mogoče izračunati dolžino radijskih valov kot funkcijo moči magnetnega polja. S tem izračunom je mogoče ugotoviti resonančno razliko, ki nato z nadaljnjo obdelavo prikaže grafično sliko. To je bilo odkritje, ki je Blochu in Purcellu prineslo njuno Nobelovo nagrado.
Paul Lauterbur je na podlagi do takrat znanih dognanj odkril, da uporaba magnetnega gradienta omogoča izdelavo dvodimenzionalnih slik struktur, ki jih ni bilo mogoče prikazati z nobeno drugo tehnologijo. V znanstvenem članku leta 1973 je opisal, kako je glavnemu magnetu dodal dodatne magnetne gradiente, ter s tem ustvaril sliko preseka cevi navadne vode, ki jo je obdajala tako imenovana težka voda. Nobena druga tehnika ne omogoča vidnega razlikovanja med navadno in težko vodo. Na podlagi teh dognanj je leta 1974 objavil prvo presečno sliko žive miši.
Peter Mansfield je nadgradil uporabo magnetnih gradientov v želji, da bi omogočil bolj natančno zaznavanje razlike v resonančnem delovanju. Pokazal je, kako je tako zaznane signale mogoče hitro in učinkovito spremeniti v sliko. To je bil velik preboj, saj je bilo pred tem za izdelavo slike potrebnih več ur obdelave. Njegova metoda je omogočila izdelavo slike v nekaj minutah, namesto v nekaj urah, kar je omogočilo prvo praktično uporabo magnetne resonance v medicinske namene. V svojem raziskovalnem delu je tudi opisal možnost še hitrejše izdelave še bolj natančnih in jasnih slik, kot jih je ponujala Lauterburjeva metoda, a v zgodnjih 70-ih letih računalniki še niso bili zmožni takšnega procesiranja. Njegovo hitrejšo metodo so zato začeli uporabljati šele v 80-ih letih, ko je napredek pri procesorski moči računalnikov omogočil izdelovanje slik v nekaj sekundah.
Tehnologija slikanja z magnetno resonanco je hitro napredovala. Prvo klinično uporabno sliko tkiv celotnega telesa so naredili leta 1980 in uporaba teh naprav se je zelo hitro razširila po vsem svetu. Danes je na svetu v uporabi približno 50.000 naprav, s katerimi zdravniki letno opravijo več kot 130 milijonov pregledov. Slikanje z magnetno resonanco je neinvazivno in ne predstavlja tveganja za zdravje pacienta, saj ne uporablja ioniziranega sevanja. Največja omejitev je, da zaradi uporabe izjemno močnega magnetnega polja ni primerno za preglede ljudi, ki imajo v telesu magnetno kovino (vijaki, ploščice, srčni spodbujevalniki, itd.)
Slikanje s magnetno resonanco danes predstavlja enega najbolj naprednih in najbolj uporabnih orodij za diagnostiko. Z njim je možno opazovati vse vrste tkiv in zaznati tudi zelo majhne spremembe. Še posebno uporabno je za slikanje možganov in hrbtenjače, ki jih je izjemno težko opazovati na kakršen koli drug način. Skoraj vse bolezni, ki vplivajo na možgane in hrbtenjačo, povzročajo spremembo v količini vode v organih, kar je vidno na sliki. Moderne naprave omogočajo zaznavanje še manjših sprememb, kar je izrednega pomena, saj že razlike v količini vode, manjše od 1%, lahko predstavljajo patološko spremembo. Slikanje z magnetno resonanco omogoča tridimenzionalno predstavo o lokaciji tumorjev ali drugih tvorb, kar pomaga pri kirurških posegih, zelo pomembno je tudi pri odkrivanju in zdravljenju nekaterih rakavih obolenj.
Zasluge za razvoj številnih tehnologij, ki so potrebne za slikanje z magnetno resonanco, si deli zelo veliko število znanstvenikov, ki so jih postopoma odkrivali. Čeprav nista bila edina, ki sta pri tem procesu sodelovala, so bila odkritja Lauterburja in Mansfielda ključna za razvoj uporabne tehnologije ki jo še danes poznamo, za kar sta tudi prejela Nobelovo nagrado za medicino leta 2003.