פרס נובל לרפואה הוענק השנה עבור פיתוח טכניקת הדימות באמצעות תהודה מגנטית Magnetic Resonance Imaging או MRI.

שני הזוכים בפרס הם פאול לאוטרבור (Paul Lauterbur) מארה''ב ופיטר מנספילד (Peter Mansfield) מאנגליה. ישנה גם דמות שלישית הקשורה לנושא, ריימונד דמדיאן (Raymond Damadian) מארה''ב, שהיה מראשוני הפעילים בשטח, ולטענתו הוא הוא היחיד שהיה זכאי לפרס. היתה לי מעורבות רבה בתחום הדימות באמצעות תהודה מגנטית ואת שלושת האישים שהוזכרו למעלה הכרתי מקרוב. יש הרבה סממנים מעניינים בסיפור, ובמיוחד אפשר ללמוד ממנו הרבה על התנהגותם של אנשים מבוגרים ומפוכחים.

---

רקע

דימות באמצעות תהודה מגנטית מתבסס על התופעה הפיסיקלית של תהודה מגנטית גרעינית Nuclear Magnetic Resonance או NMR. התופעה התגלתה ב-‏1946 באופן בלתי תלוי ע''י שני פיסיקאים בארה''ב,

פליקס בלוךפליקס בלוך (Felix Bloch) ואדוארד פורסל (Edward Mills Purcell)

אדוארד פורסל, שזכו בפרס נובל עבור התגלית ב-‏1952. אין לי כוונה להכנס כאן לפרטים, זו תופעה מסובכת למדי שגם פיסיקאים צריכים להשקיע מאמץ רב כדי להבין אותה במלואה. בצורה פשטנית ניתן לתאר את התופעה באופן הבא: כאשר מגנט נמצא תחת השפעתו של שדה מגנטי הוא מגיב על אותות רדיו בתדר מתאים, הנקבע ע''י עוצמת השדה המגנטי, ומתחיל לבצע תנועה סיבובית הגורמת לו לשדר בחזרה אותות באותו תדר – ''הד''. זו תופעה המוכרת מהפיסיקה הקלאסית, בה יש לה הרבה שימושים. בלוך ופורסל גילו שהיא מתרחשת גם ברמה של גרעין האטום ופיתחו שיטות למדידת אותות הרדיו המשודרים כתוצאה ממנה. לצורך הסיפור מספיק לדעת שני פרטים. האחד הוא שלכל אחד מהמרכיבים הבסיסיים של גרעין האטום, הפרוטון והנויטרון, יש תכונות של מגנט. כתוצאה מכך גרעיני האטומים של הרבה יסודות מתנהגים גם כן כמגנטים, ותופעת התהודה המגנטית הגרעינית יכולה להתרחש בהם. השני, שהוא בעצם מה שיצר את האפשרות להשתמש בתופעה לצורך דימות, הוא שליסוד הפשוט ביותר, המימן, שגרעין האטום שלו מכיל פרוטון אחד בלבד, יש מומנט מגנטי חזק במיוחד (לא ניכנס כאן לשאלה למה, אם כי להלן אתייחס לזה במסגרת קוריוז). צריך לזכור שהמימן מצוי בגוף האדם בכמויות עצומות יחסית לשאר היסודות כי, למעט העצמות, תכולת המים של הרקמות השונות היא מעל ל-‏80 אחוזים. זה בנוסף לעובדה שגם המולקולות של חומרים אורגניים למיניהם מכילות הרבה מימן.

כמעט מייד עם גילוי התופעה היא הפכה לכלי מחקרי בעל חשיבות עליונה. הרבה פיסיקאים, וכמו כן הרבה כימאים, נעזרים בה באופן כמעט יום יומי לחקר התכונות ומבנה הגרעין של חומרים שונים. על שימושים רפואיים אף אחד עדיין לא חשב בשנים הראשונות אחרי הגילוי. המושג 'דימות' כלל לא היה קיים עדיין. אם מישהו היה מעלה את הרעיון של שימוש בתופעה למטרת דימות, היה זה נשאר בגדר חלום, כי באמצעים המיחשוביים של אותה תקופה זה לא היה בר ביצוע (היתה נדרשת לפחות שנה לצורך יצירת הדמות של מישור אחד וודאי שלא היה ניתן להשיג רזולוציה סבירה).


גודפריי האונספילדהמיפנה אירע ב-‏1972, עם פיתוח הטומוגרפיה הממוחשבת Computer Aided Tomography או CAT. באותה שנה החל לפעול הסורק הטומוגרפי הראשון, שהיווה את הדגם הראשון של שילוב בין טכנולוגיה רפואית – צילומי רנטגן - וטכנולוגיית מחשבים. גודפריי האונספילד (Godfrey Hounsfield) קיבל על זה את פרס נובל ב-‏1977. המחשבים של ראשית שנות השבעים היו רחוקים מאוד ממה שאנו מכירים היום. אלה היו בעיקר מחשבי ענק מסורבלים, Main Frames. מחשבי מיני רק החלו להופיע אז בשוק, מיקרו מחשבים היו אז עדיין על לוחות התיכנון בלבד ומחשבים אישיים היו נחלתה הבלעדית של סיפרות המדע הבידיוני.

הופעת הטומוגרפיה הממוחשבת עוררה מיד אצל חוקרים שונים את האתגר לנסות ולהשתמש בתופעת התהודה המגנטית הגרעינית לאותה מטרה. המניע העיקרי היה העובדה שהטומוגרפיה הממוחשבת נעזרת בקרינת רנטגן הגורמת נזק לרקמות ולכן חוקרים ורופאים מנועים מלהשתמש בה כשאין סיבה רפואית שמצדיקה זאת, דבר המקשה על מחקר ומגביל את חופש הפעולה של הרופא כשצריך לבצע בדיקות חוזרות. היכולת להשתמש בטכניקה שאיננה כרוכה בסיכון כלשהו לנבדק היוותה כשלעצמה גורם משיכה ראשון במעלה. בדיעבד התגלה שלטכניקה הזאת ישנם יתרונות רבים נוספים. היום כמעט שלא ניתן לתאר מרכז רפואי רציני שאין ברשותו סורק מגנטי אחד לפחות. בשנת 2002 היו ברחבי העולם כ 22,000 סורקים מגנטיים פעילים.

---

מ-NMR ל-MRI

לפני שנעבור לפרס נובל ולאישים המעורבים, כדאי להתעכב על צד אחר של הסיפור, ממנו ניתן ללמוד הרבה על הטבע האנושי.

כפי שתארתי למעלה, התופעה הפיסיקלית נקראת תהודה מגנטית גרעינית Nuclear Magnetic Resonance, וכך גם כינו את הטכניקה כשהחלו לפתח את המכשירים הראשונים. אם כך, איך ומתי זה הפך להיות Magnetic Resonance Imaging?

מעשה שהיה כך היה. בראשית שנות השמונים, כשהתחום הזה היה בחיתוליו, עבדתי בחברת אלסינט, בתפקיד מנהל המוצר. בראשית דרכי שם עדיין לא הכרתי כל כך את העולם הרפואי. אחד הרעיונות הראשונים שלי לקידום המוצר היה לנטרל את הקונוטציה השלילית שיש למילה ''גרעין'' בקרב הציבור. הצעתי לבוס שלי (גם הוא היה פיסיקאי) להחליף את השם (אינני מתיימר לזכות ראשונים, כי אחר כך נודע לי שהיו לפחות שלושה או ארבעה שהקדימו אותי עם הרעיון הזה). אחרי מחשבה קצרה הוא הורה לי לרדת מהנושא ונתן לי את השיעור הראשון ב''ריאל פוליטיק'' של בתי חולים. מסתבר שישנם מאבקי כוח בין המחלקות השונות בבתי חולים. כמו בתחומים אחרים של החיים, כשמגרדים קצת מעל לשטח מגלים שלשיקולים חומריים יש משקל רב (זה בלשון המעטה). שתי קבוצות ביניהן ניטשים מאבקים מרים במיוחד הן המחלקה הרדיולוגית והמחלקה לרפואה גרעינית (טכניקה המתבססת על החדרת איזוטופים רדיואקטיביים לגוף החולה, ומדידת הקרינה הנפלטת). למעט חריגים ספורים, בבתי חולים בכל העולם שורר מתח רב בין שתי המחלקות האלה, מתח שלעיתים מגיע לכך שהאנשים פשוט לא מדברים אחד עם השני. בדרך כלל ידם של הרדיולוגים על העליונה מהסיבה הפשוטה שהם שולטים על החלק הארי של התקציב בבית החולים (לדוגמא: מחירו של סורק טומוגרפי הוא בין חצי לשלושת רבעי מיליון דולר, לעומת מחירן של מצלמות גרעיניות, שהטובות שבהן עולות פחות ממאתיים אלף דולר). מחירו של סורק מגנטי נע בין מיליון למיליון וחצי דולר, ולכך יש להוסיף השקעה מכובדת בבניית אתר מיוחד, כך שמטבע הדברים בבתי החולים התחיל מהרגע הראשון מאבק מר על השליטה בתחום החדש, כשהמחלקות הגרעיניות נאחזו בשם כדי להצדיק את זכותן לנהל את העסק. ''שינוי השם'' אמר לי הבוס, ''עשוי להתפרש כנקיטת עמדה במאבק הזה''. מאחר והמצלמות הגרעיניות שאלסינט שיווקה היו להיט בשוק הרפואי ומרכיב נכבד בהכנסות החברה, הוחלט להימנע מנקיטת צעד שיכול היה לפגוע ביחסים עם השוק הזה. הנושא נשכח וירד מהפרק.

ב-‏1982 התקיים הכינוס המדעי-מסחרי הראשון בו נטלו חלק כל המי ומי בין העוסקים בפיתוח השימוש הרפואי של הטכנולגיה. בין המובילים במחקר והפיתוח היו גם רופאים שלא היו רדיולוגים. אחד מהם, קרדיולוג בהתמחותו, שעבד באחד מבתי החולים היוקרתיים ביותר בארה''ב (לא אנקוב בשמו למרות שהוא ידיד טוב שלי והרבינו לשתף פעולה) נבחר ליו''ר הכינוס וקיבל את הכבוד לשאת את הרצאת הפתיחה של המושב הראשון. כחוש ההומור הטוב עליו, הוא הכין לפתיחת דבריו שקף בזו הלשון:
תגובת הקהל היתה צחוק ומחיאות כפיים, אבל לא לכולם יש חוש הומור. באותו יום, בשעות אחה''צ, כונסה ישיבה מיוחדת של איגוד הרדיולוגים של ארה''ב (American College of Radiology) ובה התקבלה החלטה, שפורסמה למחרת כהודעה רשמית לעיתונות, על שינוי השם מ-Nuclear Magnetic Resonance ל-Magnetic Resonance Imaging, כשהסיבה הרשמית היא "הקונוטציה השלילית שיש בציבור לשימוש במילה 'גרעין'". וככה זה נשאר עד היום הזה. את החוברת של Diagnostic Imaging בה התפרסמה ההודעה הזאת שמרתי למזכרת עד שעזבתי את עבודתי בחברת אלסינט.

נחזור לפרס נובל.

---

הנפשות הפועלות

פאול לאוטרבורפאול לאוטרבור הוא כימאי בעל מוניטין. כמו הרבה כימאים אחרים הוא השתמש בתהודה המגנטית הגרעינית למחקריו. ב 1973 הוא הצליח ליצור את התמונות הראשונות בעזרת הטכנולוגיה הזאת ע''י שימוש בשדות מגנטיים משתנים. בכך נפתחה הדלת לטכנולוגיה החדשה. מקריאת הפירסומים מאותה תקופה, ספק רב אם הוא חשב מייד על שימושים רפואיים. הוא ראה את ההישג הייחודי שלו ביכולת להבחין בין מים רגילים למים כבדים (מים בהם המולקולות מכילות דאוטריום או ''מימן כבד'' במקום מימן רגיל). התמונות הראשונות אותן הוא פרסם היו של מבחנות של מים בתוך סביבה של מים כבדים. ככימאי, ידיעותיו בפיסיקה לא היו מי יודע מה, ולכן הוא כנראה גם לא הבין בדיוק את מה שהוא גילה. דבר זה בא לידי ביטוי בשם שהוא הציע לטכניקה – צאוגמטוגרפיה (Zeugmatography). המילה Zeugma מקורה ביוונית ומשמעותה היא ''לחבר ביחד'' דברים שאינם ניתנים לחיבור, ולאוטרבור בחר בשם הזה כי בהתחלה הוא חשב שהוא מצא דרך לעקוף את עקרון אי הוודאות – מעקרונות היסוד של הפיסיקה המודרנית. אחרי שהעמידו אותו על טעותו והוא הבין שהמדידות המתבצעות כלל לא קשורות לעקרון אי הוודאות, השם הזה נשאר כקוריוז שניתן למצוא אותו רק במאמרים ארכאיים מאותה תקופה ללא כל הסבר למקורו. הייתי נוכח בהזדמנויות רבות בהן פיסיקאים (כולל עבדכם הנאמן) ניסו לעקוץ אותו בנושא והציגו לו את השאלה מה משמעות השם ומדוע הוא בחר בו. הוא תמיד התחמק ממתן תשובה ישירה ולא תמיד קיבל את זה ברוח טובה. אבל אין בזה כדי לשלול ממנו את זכותו. היכולת של הטכניקה ליצור תמונות בהן אפשר להבחין בין ריכוזים שונים של מים היא הבסיס שמאפשר הבחנה בין רקמות רכות שונות בגוף וכן בין רקמות בריאות וחולות.

פיטר מנספילדפיטר מנספילד הוא פיסיקאי מהשורה הראשונה. גם הוא היה מראשוני החוקרים שעסקו בפיתוח הטכניקה. כפיסיקאי היתה לו הבנה מעמיקה של התאוריה והפרקטיקה של התהודה המגנטית הגרעינית וכן היתה לו שליטה מעולה בטכניקות המתימטיות הכרוכות ביצירת התמונות. הוא זיהה מייד את נקודת התורפה ביצירת התמונות כפי שבוצעה ע''י לאוטרבור – משך הזמן הנדרש לאסוף את האותות המשודרים. זמן סריקה ארוך יחסית לא מפריע כשמודדים מבחנות או עצמים דוממים אחרים, אבל כשמדובר ביצורים חיים ובבני אדם, אם זמן הסריקה יהיה מספר שעות זה לא יהיה פרקטי, שלא לדבר על סריקה של אברים הנמצאים בתנועה מתמדת כמו הלב, החזה והבטן. פיתוח שיטות למדידת האותות המשודרים ממישור (''חתך'') שלם בבת אחת ושיחזור מהיר ומדוייק של תמונת המישור היוו את המפתח להוצאת הטכניקה מבין כותלי המעבדה ולהפיכתה לכלי שימושי בבתי חולים וקליניקות. תוצאות מחקריו של מנספילד שפורסמו בין השנים 1973 ו 1977 הן אבן הפינה בכל הסורקים המגנטיים הפועלים בתחום הרפואה.

ריימונד דמדיאןריימונד דמדיאן, האישיות השלישית שהזכרתי, הוא אחת הדמויות השנויות ביותר במחלוקת בתחום הדימות המגנטי. הוא החל את הקריירה שלו כרופא קליני, ועסק במחקר רק באופן חלקי. בקהילית מפתחי הדימות המגנטי רואים בו עד היום outsider, מעמד שהוא בעצמו תרם לו לא מעט בשל הארוגנטיות שלו. גם הגישה המסחרית שלו לנושא - כבר ב-‏1972, בעיקבות מדידות שהוא ביצע על עכברים, מהן הוא הסיק שיש הבדל בין האותות המשודרים מרקמות בריאות ורקמות הנגועות בסרטן, הוא הוציא פטנט על ''השימוש בתהודה מגנטית גרעינית לאיבחון גידולים סרטניים'' – לא הוסיפה לו אוהדים. ישנן סיבות נוספות ליחס השלילי לו דמדיאן זוכה מהקהיליה המדעית. הוא דתי מאוד ושייך למה שנקרא כאן Born Again Christians – זה לא בדיוק מה שמכונה אצלנו חוזרים בתשובה כמו אורי זוהר, אבל זה לא רחוק מזה. בחוגים של אנשי מדע מתייחסים בחשדנות לכאלה. דמדיאן גם פעיל מאוד במסגרת חוגים הדוחים את תורת האבולוציה של דארווין ומאמינים בסיפור הבריאה כפי שהוא מופיע בספר בראשית - Creationists. החוגים האלה אינם מסתפקים באמונה פאסיבית, אלא גם מנהלים מאבק עיקש לשנות את תוכניות הלימודים בבתי הספר בהתאם. אין זה מפליא שבקרב המדענים רואים אותו כתמהוני.

לא רק שדמדיאן לא זכה בפרס נובל, וועדת הפרס אפילו לא מצאה לנכון להזכיר את שמו ולו רק ברמז, למרות שאין כל ספק שהוא היה בין הראשונים שהעלה את האפשרות של שימושים רפואיים לתופעת התהודה המגנטית הגרעינית.

דמדיאן אומנם לא קיבל את פרס נובל, אבל בעיקבות מאבק משפטי ממושך נגד ענק התעשיה ג'נרל אלקטריק בגין הפרת זכות יוצרים, הוא זכה לפיצוי בסכום הנאה של 128 מיליון דולר (זה ''קצת'' יותר מאשר הסכום המוענק מטעם פרס נובל). בעיקבות ההפסד של ג'נרל אלקטריק, חברות אחרות העדיפו להגיע אתו להסדר מחוץ לכתלי בית המשפט. הסכומים המדוייקים אותם הוא קיבל נשמרים בסוד אבל מבחינה כלכלית טהורה אין לו מה להתלונן.

הדבר היחיד שניתן לאמר לזכותה של וועדת פרס נובל והחלטתה שלא לכלול את דמדיאן בין הזוכים בפרס היא העובדה שהוא באמת לא חשב על דימות מגנטי כפי שהוא מתבצע כיום. הרעיון שלו היה למדוד באופן ישיר את האותות המשודרים מאזורים שונים בגוף בזה אחר זה באמצעות ''שדה מגנטי ממוקד'' – בדומה לקרן אור הסורקת שטח. בשל האנטגוניזם שהוא פיתח כלפי קהיליית מפתחי הדימות המגנטי הוא התעלם לחלוטין בראשית דרכו מעבודותיהם של אחרים – במיוחד מתגליותיו של לאוטרבור – והתעקש להתמיד בגישה שלו, שהיא בדיוק ההיפך משיטות הסריקה המקובלות. גם שמה של החברה המסחרית אותה הקים מצביע על קו המחשבה הזה FONAR - Field fOcused Nuclear mAgnetic Resonance.

ריימונד דמדיאן והסורק הראשון שבנה. הסורק מוצג כיום במוזיאון הסמיתסוניאן בוושינגטון.ב-‏1977 בנה דמדיאן את הסורק המגנטי הראשון שאיפשר סריקה של גופו של אדם מבוגר, ובעזרתו הוא הפיק תמונות גוף מלאות של חזהו של אדם מבוגר, בטכניקה שלו. הוא גילה מהר מאוד שלמקד שדה מגנטי זה לא כל כך פשוט ושהאנלוגיה עם קרן אור שנעה לאורך שטח הסריקה איננה פרקטית. זמן הסריקה היה מספר שעות, החישובים לצורך השיחזור נעשו off line והתמונות שהתקבלו היו בעלות רזולוציה עלובה. המתנדב עליו בוצעה הסריקה סיפר לי שהדבר הקשה ביותר היה הצורך לשבת עם הידיים מורמות (היקף הסלילים התאים בדיוק למידות החזה שלו) בלי לזוז במשך כל הסריקה. דמדיאן הזניח את הרעיון המקורי שלו ועבר לייצר סורקים המשתמשים בשיטות הסריקה המקובלות. את המכשיר המקורי של דמדיאן אפשר לראות במוזיאון ה-Smithonian בוושינגטון, בו מוצגים חידושים טכנולוגיים למיניהם.

את אי מתן הפרס לדמדיאן יכולה ועדת הפרס להצדיק בטענה הטכנית שהפרס הוענק עבור פיתוח טכניקת הדימות בלבד ולא עבור השימוש הרפואי. זה קצת קלוש, אבל כבר היו תקדימים שבהם ניסוח מתוחכם שימש כיסוי להענקת הפרס למגלה אחד ושלילתו מאחר, שגילה את אותו הדבר. מה שמראה ששיקולים פוליטיים מנחים לא רק את הוועדה הנורבגית המעניקה את פרס נובל לשלום, גם האקדמיה השוודית איננה מחוסנת.

לסיום סיפור ה-NMR קוריוז אחרון. ציבור הרופאים הוא עם מוזר (יובל, אני מתנצל מראש על ההכללות, אני יודע שבכל כלל יש יוצאים מן הכלל). אצל רבים מבין הרופאים קיימת האמונה שחלק חשוב מיכולתם להביא סעד ללקוחותיהם הוא הביטחון של החולה שלרופא יש תשובה לכל השאלות. לכן לרופאים נדמה שאם הם יודו שהם אינם יודעים מה שהוא זה יפגע בתדמית שלהם ויגרע מיכולתם לתפקד. נושא התהודה המגנטית הגרעינית, כפי שכבר ציינתי, הוא בכלל לא פשוט, וגם פיסיקאים טובים שזה לא בדיוק השטח שלהם מתקשים בהבנתו. לא כך הרופאים. מהרגע שהטכניקה הופיעה על הבמה, כל רדיולוג הפך להיות מומחה לנושא. היו לא מעט רופאים בקבוצות המחקר שעסקו בפיתוח הטכנולוגיה, שבאמת הבינו את הנושא אבל הם היו מיעוט. בערך שנה אחרי שהסורקים המסחריים הראשונים הופיעו בשוק, שני רופאים הוציאו ספר על הנושא. זה היה כרך עבה עם למעלה ממאה מראי מקום (references) לעבודות מחקר בסיסיות בתחום. כל מראי המקום, ללא יוצא מן הכלל, התייחסו לעבודות של רופאים אחרים – לא היתה אפילו התייחסות אחת למחקר שנעשה ע''י פיסיקאים או כימאים! כבר בעמוד השני של הספר היתה שגיאה גסה שכל סטודנט שנה שניה בפיסיקה היה מגלה אותה מייד. הם ניסו להסביר מדוע המומנט המגנטי של גרעין המימן הוא הרבה יותר גדול מזה של גרעיני אטומים אחרים. הם ייחסו את זה לעובדה שהמסה של הפרוטון היא כמעט פי אלפיים יותר גדולה מזו של האלקטרון. המספרים במקרה די קרובים, אבל אין לזה שום קשר וההסבר הוא שטות ממדרגה ראשונה. מה שעושה את זה עוד יותר מגוחך זאת העובדה שלצורך השימוש בתופעה זה בכלל לא משנה מדוע המומנט המגנטי של גרעין המימן הוא גדול. הכרתי מקרוב את שני המחברים. אחד מהם היה ישראלי לשעבר. כששאלתי אותם איך הם העיזו לקחת על עצמם משימה של כתיבת ספר בתחום בו מידת הבנתם מוגבלת ומדוע הם לא ביקשו מאיזשהו פיסיקאי לעבור על החומר לפני הפירסום, לא זכיתי לתשובה מספקת. הספר הזה משמש עד היום כספר לימוד בסיסי ממנו רדיולוגים רוכשים את הידע הראשוני שלהם בנושא.

זה מספיק להפעם, אני מקווה שלא השתעממתם.

קישור: ד''ר ריימונד דמדיאן: מחלת הנשמה של החברה המודרנית. מאמר במגזין ''תשובות בראשית''.

---