Медицинский факт, или Физика вооружает медицину

Растет число российских компаний, продвигающих на медицинском рынке аддитивные технологии: на основе компьютерной томографии создающие 3D-копии человеческих костей и титановых имплантатов для лечения костных переломов. Но мало кто знает, что это направление у нас в стране стартовало давно – в начале 1990-х, в самое сложное для отечественной науки и медицины время.

Мария Якубович

qr-code
Медицинский факт, или Физика вооружает медицину
После распада Советского Союза Научно-исследовательский центp по технологическим лазерам (НИТЦЛ АН СССР) в Шатуре, ставший потом Институтом проблем лазерных и информационных технологий (ИПЛИТ РАН), а затем вошедший филиалом в Федеральный научно-исследовательский центр «Кристаллография и фотоника», – не распался на части, не занялся коммерцией, а начал осваивать новое направление – лазерную стереолитографию (изготовление объектов по их трехмерным компьютерным моделям).Важно было получить объект «в цифре», в наборе точек, сечений, плоскостей; решив обратную задачу, восстановить этот образ сначала в компьютере, затем реально. И взять в руки физический объект.Это была их идея; именно они стали первопроходцами.Директором центра технологических лазеров, где была создана лаборатория лазерного синтеза объемных изделий, тогда был молодой доктор наук Владислав Панченко.
В НИТЦЛ еще в начале 1990-х сделали первый отечественный стереолитограф, позволяющий делать трехмерные объекты путем послойной полимеризации.
Данные оцифровываются, и компьютер задает план работы стереолитографической установке. Лазерный луч, управляемый специальным устройством – сканатором, строит точную копию объекта в емкости с жидким фотополимеризующимся композитом. «Освещенные» участки твердеют, неосвещенные остаются жидкими.Технология тогда собрала в себе последние достижения квантовой электроники, нелинейной оптики, физики и химии высокомолекулярных соединений, прецизионной механики.К тому времени уже была известна томография. До нее единственно объективным способом получения медицинской визуальной информации – о строении органов, повреждениях, опухолях, инородных телах – была рентгенограмма. Но двухмерная картинка неполноценна, двух рентгеновских проекций недостаточно, а информации о размере деталей рентгенограмма не несет. Томография обеспечила трехмерное послойное изображение в подлинных размерах и начала внедряться в клиническую практику, хотя аппаратов по стране еще было считанное количество.

Поскольку любая цифровая информация может быть сохранена и преобразована, то первые томографы натолкнули на мысль создавать идеальные дубликаты объектов и по данным, полученным с томографа.

Изображение
Поэтому в начале 1994 года оказалось совершенно закономерным участие НИТЦЛ в идентификации останков последнего российского императора Николая II, его семьи и оставшихся им верными слуг, расстрелянных в подвале дома Ипатьева в Екатеринбурге 17 июля 1918 года.В 1978 году группа геолога Александра Авдонина недалеко от Свердловска под насыпью Старой Коптяковской дороги обнаружила останки девяти человек. В 1991 году прокуратура Свердловской области провела там спешные и непрофессиональные раскопки. Солдаты-срочники промывали кости из брандспойтов. Установили, что это – захоронение последнего российского императора Николая II, Александры Фёдоровны, их дочерей Ольги, Татьяны и Анастасии, нескольких спутников. Останки цесаревича Алексея и княжны Марии тогда не нашлись.В октябре 1993 года Правительство РФ создало «Комиссию по исследованию и перезахоронению останков российского императора Николая II и членов его семьи». По расследованию причин их гибели возбудили уголовное дело. Председателем комиссии стал вице-премьер Правительства РФ Юрий Яров
Изображение
Были проведены генетические экспертизы: в 1993 году – в Олдермастонском центре криминалистических исследований (Aldermaston – Беркшир, Англия), в 1995 году – в Военно-медицинском институте Минобороны США. Но из-за плачевного состояния останков этого оказалось недостаточно.
Поэтому Владислав Панченко предложил сделать томограмму всех останков, а затем реконструировать уже копии.
Эту идею оценили и приняли. 7 ноября 1997 года вышло «Распоряжение Правительства РФ № 1606-р», подписанное премьер-министром Виктором Черномырдиным. В приложении к «Распоряжению» третьим пунктом значилось: «Фиксация анатомического строения и повреждений черепов путем компьютерной томографии для получения твердых копий методом лазерной стереолитографии».
Изображение
Яров вызвал Владислава Панченко к себе в Белый дом. По результату разговора группа специалистов центра во главе с директором выехала в Свердловск. Им показали останки. Каждый фрагмент лежал в отдельном пенале, похожем на пластмассовую хлебницу. Пеналы были разных размеров.
«Конечно, восстановить что-то по этим отдельным косточкам было просто невозможно. Их было страшно тронуть», – вспоминают участники событий.
Губернатор Эдуард Россель лично запретил вывозить останки. И стоило больших трудов договориться сделать томограммы на имевшемся в Екатеринбурге медицинском томографе.
Эту операцию произвели под руководством заслуженного врача РФ Сергея Абрамова, в то время – заведующего отделением математического и программного обеспечения Российского центра судебно-медицинской экспертизы Минздрава РФ.
Возникли проблемы с расшифровкой данных. Использованный томограф оказался достаточно старым, работал с 12-дюймовыми дискетами, и в Москве таких дисководов уже не было. Сотрудники НИТЦЛ нашли списанные «12-дюймовые» машины в Курчатовском институте и смогли перенести данные к себе в Шатуру.
Проекции компьютерной модели черепа великой княжны Анастасии. Фото из архива ИПЛИТ РАН.

Проекции компьютерной модели черепа великой княжны Анастасии. Фото из архива ИПЛИТ РАН.

Материалы работ по идентификации останков царской семьи в 1995—1998 годах. Препараты девяти черепов скелетов №№ 1—9. Фото из архива А.С. Абрамова.

Материалы работ по идентификации останков царской семьи в 1995—1998 годах. Препараты девяти черепов скелетов №№ 1—9. Фото из архива А.С. Абрамова.

Подключились Центр судебно-медицинской экспертизы Минздрава (проведший новые генетические анализы) и Центральный институт криминалистики Минздрава – специалисты высшего уровня по идентификации внешности. Их помощь оказалась неоценимой: в некоторых случаях сохранным осталось 20% от целого. Ученые из НИТЦЛ получили в свое распоряжение огромное количество фотографий и кадров из хроники. Используя законы криминалистики и математические вычисления, им вместе с криминалистами удалось восстановить останки и идентифицировать всех погибших.
Отреставрированные модели черепов на фоне фотографии императорской семьи. Фото А. Семехина, ТАСС (вот тут я не уверена за авторские права, хотя взяла фото на стороннем ресурсе)

Отреставрированные модели черепов на фоне фотографии императорской семьи. Фото А. Семехина, ТАСС (вот тут я не уверена за авторские права, хотя взяла фото на стороннем ресурсе)

После этого в Лаборатории антропологической реконструкции имени М.М. Герасимова были по скелетам восстановлены мягкие ткани и волосяной покров. И после многомесячной коллективной работы потомки получили не только собранные останки, но и серию бюстов – всех, кто тогда погиб в Ипатьевском доме. В январе1998 года правительственная комиссия завершила работу.

Похороны императорской семьи состоялись 17 июля 1998 года в Петропавловском соборе Санкт-Петербурга. Был исполнен нравственный и гражданский долг страны перед своей историей.

Через девять лет в 70 метрах от прежней могилы обнаружат кости двух пропавших детей – цесаревича Алексея и великой княжны Марии.
А НИТЦЛ, ставший ИПЛИТом, на рубеже веков получил почетнейший, бесценный опыт. На его основании они разработали серию методик, помогающих идентифицировать неизвестных – например, погибших в войнах или без вести пропавших, число которых каждый год достигает тридцати – сорока тысяч.

Кроме того, эта «криминалистическая» история послужила для ученых ИПЛИТа и мощной мотивацией для сотрудничества с медициной. Используя все освоенные методики, они стали делать для пациентов такие же трехмерные модели: череп, кости, суставы, даже сердце. Врачам открылись впечатляющие возможности.

Можно заранее построить операционный сценарий и подобрать оптимальные имплантаты из других материалов. Продолжительность операции уменьшается, количество удачных операций увеличивается, снижается травмирование и сокращается период выздоровления. Особенно это важно для оперирования детей. Подход получил наибольшее распространение в нейро- и онкохирургии. В Институте нейрохирургии имени Н.Н. Бурденко даже проводятся мастер-классы по подготовке операций с использованием объемных моделей.
Следующий этап – создание по томографическим данным не пластиковой модели, а имплантата, заменяющего дефектную кость. В ИПЛИТ РАН появилась другая технология «строительства» – поверхностное селективное лазерное спекание. Биосовместимые полимерные наночастицы послойно спекаются лазером до создания объекта нужных размера и топологии, а затем подвергаются обработке в так называемых сверхкритических жидкостях, вымывающих вредные радикалы. После чего становятся хорошо биосовместимы и могут использоваться для направленной регенерации костной ткани. По этому направлению возникло сотрудничество с английскими коллегами из Ноттингемского университета.
Биомоделирование стало дистанционным: данные могут быть получены хоть с другого конца земли. Современные лазерные технологии дистанционного моделирования биосовместимых имплантатов обеспечивают более пяти тысяч операций в год в полусотне клиник: в Институте имени Н.Н. Бурденко, Московской клинической больнице №  31, Российском онкологическом центре имени Н.Н. Блохина, Московском научно-исследовательском онкологическом институте имени П. А. Герцена, Самарской областной клинической больнице имени М.И. Калинина, Центре сердечнососудистой хирургии имени А.Н. Бакулева, Московском областном научно-исследовательском клиническом институте имени М.Ф. Владимирского (МОНИКИ) и так далее.
За создание отечественного оборудования и технологий лазерной стереолитографии академик Владислав Панченко и авторский коллектив от ИПЛИТ (и нескольких других организаций) получили Премию Правительства РФ 2003 года.

В будущем станет возможно по томограммам создавать медицинскую базу данных для каждого человека и в случае необходимости сразу восстанавливать фрагмент пострадавшего органа, – уверен Владислав Панченко.

Еще в начале «нулевых» ИПЛИТ РАН и его руководитель стали сотрудничать с кардиохирургами и создали для этого мощный лазерно-информационный комплекс «Перфокор», управляемый кардиоциклом пациента. И после многих экспериментов и раздумий Лео Антонович Бокерия, ныне – академик РАН, главный кардиохирург Минздрава РФ, директор НЦССХ имени А.Н. Бакулева, взял в руки манипулятор и провел первую трансмиокардиальную лазерную реваскуляризацию – минимально травматичное, малоинвазивное оперативное лечение инфаркта миокарда. Потом таких операций были тысячи.
За эту работу коллективы ученых центра имени Бакулева и ИПЛИТ РАН в 2003 году получили премию Правительства РФ.
В ИПЛИТ РАН созданы высокоразрешающая адаптивная лазерная система анализа глазного дна человека; технологии лазерного изменения форм хрящей и тканей межпозвонковых дисков, испарения тканей при воздействии на опухоль – «интеллектуальный лазерный скальпель»; для неинвазивного мониторинга кожи – лазерные сканеры; для ранней диагностики рака – лазерный томограф, и многое, многое другое. Всё это применяется в крупнейших клиниках. И всё это – материал для нескольких следующих статей.
За комплекс научных работ по развитию лазерно-информационных технологий для медицины научный руководитель ИПЛИТ РАН и председатель Совета РФФИ академик РАН Владислав Панченко, директор ННПЦН имени Н.Н. Бурденко академик РАН Александр Потапов и директор МНИОИ имени П. А. Герцена академик РАМН Валерий Чиссов в 2009 году получили Государственную премию РФ.

Великий ученый Сергей Петрович Капица не мог пройти мимо такого яркого явления. Одну из своих передач «Очевидное-невероятное» 21 января 2012 года «Физика вооружает медицину» он полностью посвятил беседе с Владиславом Яковлевичем Панченко – о новой роли лазерной техники в медицине.

«Создание рентгеновских аппаратов, кардиографов, томографов, других приборов стало свидетельством внедрения результатов физических исследований в практику современной медицины, в первую очередь – в диагностику. Сегодня в арсенале медиков присутствуют мощные источники излучения – лазеры, возможности которых велики: при помощи таких инструментов можно рассекать ткани, соединять их и делать многое другое. Это хороший пример междисциплинарного подхода, в котором использованы возможности лазерной физики, новейших информационных технологий и медицины», – сказал тогда Сергей Петрович.
А в октябре 2016 года СМИ взорвались заголовками «Витамин B2 оказался «убийцей» рака». В частности, «Российская газета» писала: «Российские ученые смогли уничтожить рак при помощи витамина В2. Результат инновационной терапии просто феноменальный: опухоль уменьшается на 90 процентов. Скоро исследователи планируют начать клинические испытания новой «витаминной методики», сотрудничая с медиками из Российского онкологического научного центра имени Н.Н. Блохина». Конечно, это «журналистская» постановка вопроса. В2 не уничтожает рак напрямую. Возбужденный особым способом лазерным излучением, он генерирует активный кислород, смертельный для раковых клеток, и как транспортёр энергии в клетку, «нацеливает» его на клетки опухоли. Но результат работы ученых ИПЛИТ РАН, вернее, теперь уже из ФНИЦ «Кристаллография и фотоника», обозначен абсолютно верно и вселяет большие надежды.
На эту тему и вообще на тему аддитивных технологий академик Панченко прочел лекцию в Совете Федерации Федерального собрания РФ. Он сказал, что «в настоящее время трудно найти ту область деятельности, куда не вошли аддитивные технологии. Однако самый бурный расцвет эти технологии получили в медицине. В этом направлении Россия и была лидером, и сохраняет эти позиции».
И это, конечно, удивляет пессимистов. Но налицо, как говорят, медицинский факт.
Мария Якубович

Поделитесь публикацией

  • 0
  • 0
  • 0

Подписаться на коллекцию удивительного

Нажимая кнопку, я соглашаюсь с обработкой моих персональных данных и Политикой конфиденциальности

Рекомендованные материалы

© 2018 Фонд «Общественное мнение»