Cientistas russos desenvolveram um tomógrafo inovador

Assim, as férias de Ano Novo estão se aproximando, e com elas os prazos para a apresentação de relatórios sobre subsídios destinados à pesquisa. É nesse momento que começa o tempo dos milagres e descobertas inesperadas. Então, alguns dias atrás, surgiram artigos na rede com manchetes de alto nível: “Cientistas russos fizeram um tomógrafo inovador!”, “Engenheiros russos criaram um novo tomógrafo de ressonância magnética para pessoas com sobrepeso” com links para o site da MISiS . Vamos ver se é assim e por que apenas dispositivos estrangeiros estão em hospitais russos.

Não é a primeira vez que me deparei com artigos de conteúdo semelhante, mas, no caso das obras-primas acima mencionadas, a concentração de distorção da informação atinge valores críticos, levando o monitor a tinta amarela. Uma das razões pelas quais textos sobre essas "inovações" têm direito à vida é uma grande lacuna de informações sobre equipamentos médicos em russo (e ressonância magnética em particular). E o que é mais triste, este não é o primeiro caso de tais notícias, elas aparecem com regularidade invejável. Vamos avaliar sensatamente as realizações domésticas no campo da tomografia, mas considere-as um pouco mais detalhadamente do lado técnico e físico do que costuma ser descrito em notícias de alto nível.

E antes de iniciar a análise, para começar, vamos nos familiarizar com os equívocos mais populares. Muitas pessoas confundem imagens de ressonância magnética (RM) e tomografia computadorizada (TC):



Vamos dar uma olhada nos dispositivos típicos de ressonância magnética e tomografia computadorizada, dentro e sem casos. Embora suas tarefas no campo do diagnóstico médico sejam próximas e visualmente esses bagels sejam semelhantes, o princípio de seu trabalho é completamente diferente. Sob a cobertura plástica da ressonância magnética, você encontrará um barril de aço espesso cheio de hélio líquido e supercondutores e, sob o capô, o CT possui um monte de eletrônicos localizados em um rotor grande que gira em torno do paciente com grande velocidade.


Os dispositivos clínicos de ressonância magnética usam enormes campos magnéticos (de 0,35 a 7 Tesla, o campo da Terra para comparação é 0,00005 Tesla) criados por permanente / eletroímãs e supercondutores imersos em hélio líquido. Ao serem colocados em um forte campo magnético, os núcleos de átomos de hidrogênio (prótons) são capazes de receber e fornecer energia na forma de ondas de rádio a uma certa frequência ressonante. A imagem na ressonância magnética é construída ao receber esses sinais nas antenas do aparelho. Em um tomógrafo, por outro lado, não existem campos magnéticos. O CT é essencialmente uma máquina de raio-x que permite criar imagens 3D completas devido ao fato de que ele gira em torno do paciente em um caminho em espiral. A ressonância magnética "vê" perfeitamente tecidos moles, quase transparentes aos raios-x. Por sua vez, a TC é boa para diagnosticar um esqueleto e também pode ser usada se houver metal no corpo do paciente.



É muito simples distinguir ressonância magnética de tomografia computadorizada - o corpo de uma ressonância magnética típica é longo e pesado, porque o design deve fornecer uma uniformidade muito boa do campo magnético no centro do criostato onde o paciente está. O corpo do aparelho de TC é relativamente plano na direção longitudinal e geralmente é capaz de se desviar da vertical. Além disso, em dispositivos de tomografia computadorizada, no centro do caso, existe um anel de plástico preto, que fica exatamente no local onde o feixe do tubo de raios-X passa, na RM não é. Armado com essas informações, agora você pode encontrá-las facilmente quando elas mostram fotos de um novo aparelho recém adquirido para um centro médico ou algum relatório da abertura da produção, e os tomógrafos mostram tipos completamente diferentes nas fotos. Bem, por exemplo, como aqui , nas notícias já mencionadas sobre outra inovação:



Obviamente, a foto da nova “RM inovadora” é secreta, e essa tomografia foi usada em seu lugar. Talvez isso não seja muito importante, bem, os jornalistas tiraram a primeira foto que tiraram do mecanismo de pesquisa, eles fazem isso o tempo todo. Mas, na minha opinião, é útil conhecer a diferença entre TC e RM, apenas porque os dois tipos de tomógrafos são projetados para diagnosticar coisas completamente diferentes, e nem sempre podem substituir um ao outro. Bem, outra tomografia computadorizada custa em média cerca de 40 milhões de rublos, mas uma ressonância magnética custa até 90 milhões de rublos. Não é uma pena quando dizem que desenvolveram um carro esportivo e na foto mostram um Lada?

Agora, finalmente, observe a fonte das notícias na manchete e veja o que elas realmente desenvolveram lá. Acontece que tudo é mais modesto: em vez de um novo tomógrafo, foi desenvolvida uma tecnologia para a produção de materiais magnéticos macios, que no futuro poderão ser utilizados, inclusive para a criação de ressonância magnética com ímãs permanentes. É verdade, de um pedaço de ímã a um dispositivo de ressonância magnética completo com vários sistemas complexos de engenharia, eletrônicos e software - algo como um pedaço de cerâmica a um ônibus espacial. Também é irritante que exatamente as mesmas notícias com manchetes menos atraentes estejam no mesmo site, com as mesmas fotos em 2017.




Não está claro por que os autores do estudo decidiram se concentrar na ressonância magnética, porque os ímãs são usados ​​em um grande número de áreas. Eles teriam desenvolvido um trem com uma suspensão magnética - há ainda mais ímãs que podem ser colocados lá. Mas o engraçado é que, ao mesmo tempo, por algum motivo, eles estavam ligados especificamente ao peso dos pacientes e, embora a maioria das ressonâncias magnéticas modernas (e não tão) já sejam projetadas para pesar até 250 kg, no texto, somos simplesmente desinformados sobre as restrições existentes em supostamente 120 -150 kg. Sério, vamos tomar como exemplo um dos menores dispositivos de ressonância magnética, muito populares nas clínicas russas - este é o Siemens "Magnetom C!", Onde até a mesa de um paciente sem acionamento elétrico automático é movida manualmente pelo pessoal. Mesmo este bebê é projetado para um paciente com peso de até 200 kg. Como bônus, como muitos modelos baratos nos quais não são usados ​​supercondutores, os ímãs de um dispositivo estranho são feitos na forma de duas “panquecas” acima e abaixo do paciente. Este design do tomógrafo é ótimo para pessoas obesas e pessoas com claustrofobia.



Obviamente, não são fornecidas fotos ou características do dispositivo do tomógrafo desenvolvido (bem, exceto por números no espírito de 100500% mais rápido, mais alto, mais forte). Bem, suponha que a amostra experimental esteja realmente escondida em algum lugar nas entranhas do NPO MAGNETON e, ao mesmo tempo, seja muito mais barata que a dos concorrentes e, como segue as declarações nos artigos, consome extremamente pouca energia. Mas mesmo neste caso, há um problema, já que uma ressonância magnética doméstica com exatamente os mesmos epítetos ("barato", "inovador", "eficiente em termos de energia") já foi criada há nove anos (e, segundo os autores, ainda mais cedo ), chamada " tomógrafo unitário . ” Aqui está este bonito:



A unidade também se posicionou como um análogo super barato de tomógrafos estrangeiros, onde, em vez de quilômetros caros de supercondutores em hélio líquido, havia ímãs permanentes baratos. Também foi declarado que o dispositivo é tão eficiente em termos de energia que pode funcionar mesmo com painéis solares, ao contrário de algum monstro geral da General Electric, que durante o exame "come como um prédio de nove andares".

E nos anúncios da Unitom, fotos tiradas em tomógrafos de ressonância magnética de uma classe completamente diferente foram mostradas como exemplos. E aqui chegamos ao segundo equívoco comumente explorado sobre a ressonância magnética em relação à qualidade da imagem. Para lidar com ele, dê uma olhada no anúncio (verificações de joelho):



Parece, de fato, por que pagar em excesso uma tonelada de dinheiro por sistemas e supercondutores criogênicos complexos, quando a imagem com um tomógrafo de ímã permanente barato não é pior do que com irmãos supercondutores caros. Mas, como sempre, há uma nuance. O fato é que os sinais de ressonância magnética, dos quais a imagem é construída, dependem diretamente da magnitude do campo magnético. Quanto mais Tesla estiver no tomógrafo - mais núcleos no corpo do paciente receberão e emitirão sinais de rádio, tornando a imagem mais brilhante e os detalhes se tornarão mais distintos. No entanto, desde os tempos antigos, há um truque devido ao qual qualquer sinal periódico pode ser aumentado no contexto do ruído onipresente, e seu nome é uma média do tempo. Repetimos a digitalização várias vezes seguidas, calculamos a média dos resultados e obtemos uma imagem mais adequada. Aqui está um exemplo de um gráfico que mostra em uma curva preta como o sinal de ressonância magnética cresce dependendo da magnitude do campo magnético do tomógrafo. É simples: mais Tesla, melhor sinal.



Ao mesmo tempo, a curva cinza (terminologia Philips, NEX - número de excitações) demonstra aproximadamente como aumentar os valores dos sinais recebidos se usarmos várias varreduras seguidas e depois calcular a média do resultado. Agora vamos prestar atenção aos pontos circulados em círculos. Eles literalmente deixam claro: se temos um tomógrafo e queremos duplicar nosso sinal, assim como a qualidade da imagem, podemos fazer um novo tomógrafo, onde o campo magnético será exatamente duas vezes mais, ou fazer o paciente se deitar no antigo quatro vezes mais. O campo da unidade do dispositivo é de apenas 0,15 Tesla, 10 vezes menor que os scanners de ressonância magnética 1.5-Tesla mais populares. A julgar mesmo por esse cronograma simplificado, levará uma quantidade insana de tempo (se possível) para obter exatamente a mesma imagem em um dispositivo como no campo 1.5T. A média é usada em todas as imagens de ressonância magnética de piso baixo (0,05 a 0,35 Tesla). É por isso que, se você for fazer um exame em um desses aparelhos, prepare-se para tirar uma soneca no processo, pois isso pode levar uma quantidade muito decente de tempo e você não consegue se mexer. Observe também que, em nossas realidades, acontece que o operador bebe chá ou fuma, porque também está cansado de esperar (sempre exija um botão de emergência na forma de um bulbo de borracha, é em todos os tomógrafos). Obviamente, os centros médicos comerciais não gostam disso. Quanto mais rápido o paciente é examinado, mais rápido o lucro cai. Essa é uma das razões pelas quais os scanners baseados em supercondutores capazes de suportar campos magnéticos de 1-3T são tão populares no mercado em todo o mundo, apesar de seus enormes preços. Em um campo alto, a digitalização é muitas vezes mais rápida. O mercado dita suas próprias regras e, como resultado, a Unidade nunca foi às massas. O fabricante considerou que, mesmo com um preço tão baixo, é economicamente viável produzir tomógrafos em volumes de pelo menos 100 peças por ano. Simplesmente não existe tal demanda por eles. No contexto da história da Unitom, o desenvolvimento do próximo revolucionário tomógrafo de ímã permanente não parece uma solução muito razoável. A menos que eles façam isso apenas para fazê-lo. Para competir com o enorme mercado de equipamentos estrangeiros (incluindo os usados ​​baratos), você precisa oferecer algo mais moderno e competitivo.

E essa tentativa também foi feita em 2016. Um enorme desejo de se vingar dos odiados fabricantes estrangeiros e finalmente criar um produto totalmente doméstico levou ao aparecimento do primeiro tomógrafo 1.5T RTI FullScan doméstico de alto campo:



Conforme declarado, o RTI FullScan é um tomógrafo de “nova geração” com um campo de 1,5T e supercondutores (apenas máquinas com um campo de 7T já estão sendo testadas com força total no exterior). Mas, apesar das minhas tentativas de humor, do ponto de vista da engenharia, esse desenvolvimento é impressionante. A parte mais cara e secreta de qualquer aparelho moderno de ressonância magnética são os supercondutores ocultos dentro de um revestimento de aço espesso, além de uma enorme quantidade de hélio, que deve ser reabastecido periodicamente. As tecnologias para trabalhar com supercondutores estavam no Instituto de Física. P.N. Lebedeva (Instituto Físico Lebedev) RAS, onde construíram um criostato de pleno direito com um campo magnético de 1,5T. Quanto custa, é melhor você não saber . No entanto, o fato mais interessante é a afirmação sobre a fabricação bem-sucedida de um criostato usando a tecnologia do chamado "ímã seco", que é realmente uma tendência entre as maiores empresas de desenvolvimento de ressonância magnética do mundo. Ele é criptografado sob os nomes Freelium for General Electric e BlueSeal for Philips. Em resumo, os supercondutores de hélio são uma coisa insegura, pois se pelo menos uma parte do condutor, por algum motivo, decide perder seu estado supercondutor, então um processo de liberação de energia semelhante a uma avalanche que se transforma em calor (e é armazenado lá 2,5 megajoules no caso de um scanner 1.5T). Esse processo é chamado de Quench.

É por isso que os tomógrafos de alto campo têm um tubo largo no topo para que haja onde despejar hélio em caso de acidente. O reabastecimento de mil e quinhentos litros de hélio custa um dinheiro fabuloso e fica cada vez mais caro devido ao seu crescente déficit (até onde eu sei, só existe uma fábrica para sua produção na Rússia). A tecnologia do "ímã seco" envolve supercondutores de vedação em uma câmara de vácuo com elementos de resfriamento adicionais. O mesmo hélio é usado, mas em quantidades muito menores, tão pequenas que, mesmo que ocorra a têmpera, todo o gás permanece no interior do criostato.



Demonstração da tecnologia BlueSeal da Philips. Esta é certamente uma tecnologia inovadora e muito legal se os engenheiros domésticos realmente conseguirem dominá-la. Mas o que não é legal é que este dispositivo parece ter permanecido em apenas uma cópia e, até agora, ninguém começará a produção de novas. Depois de reduzir o financiamento externo, o projeto não voou mais, o FullScan, embora tenha sido feito conosco, parece funcionar, mas não é usado.

Como resultado, no contexto de tais notícias sobre avanços no campo da tomografia doméstica, você provavelmente tem uma imagem não muito clara. Vamos finalizar completamente, analisando as estatísticas sobre a compra de dispositivos disponíveis na rede:



Apesar de o foco deste artigo ser direcionado para os tomógrafos de ressonância magnética, e eu procurava principalmente informações sobre eles, também fiquei desagradavelmente surpreso com o pequeno número de tomógrafos computadorizados domésticos, que parecia ter um design mais simples.

Também é importante observar que estas são estatísticas apenas sobre compras do governo. Isso não inclui o diagnóstico privado de mel. centros nos quais há muito mais equipamentos, e a participação de dispositivos estrangeiros é provavelmente de cerca de 100%, porque, para rentabilidade, são utilizados principalmente tomógrafos de segunda mão do exterior.

Portanto, quando vir notícias como a que este artigo começou, ative seu ceticismo cem por cento. Como pode ser visto nas histórias e declarações revisadas, mesmo o desenvolvimento heróico de uma tecnologia "revolucionária" não é suficiente se ninguém precisar dela no mercado e, como resultado, o desenvolvimento simplesmente vai para a mesa. Um indicador particularmente bom de que algo obviamente estará errado é a possibilidade de criar equipamentos sofisticados a partir do zero, sem muita consideração pelas contrapartes existentes e passadas.

Obrigado pela atenção.