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Historia de la resonancia magnética

La historia de la resonancia magnética (RM) incluye el trabajo de muchos investigadores que contribuyeron al descubrimiento de la resonancia magnética nuclear (RMN) y describieron la física subyacente de la resonancia magnética , a principios del siglo XX. Un investigador fue el físico estadounidense Isidor Isaac Rabi , que ganó el Premio Nobel de Física en 1944 por su descubrimiento de la resonancia magnética nuclear , que se utiliza en la resonancia magnética. La resonancia magnética fue inventada por Paul C. Lauterbur , quien desarrolló un mecanismo para codificar información espacial en una señal de RMN utilizando gradientes de campo magnético en septiembre de 1971; publicó la teoría detrás de ella en marzo de 1973. [1] [2]

Los factores que provocan el contraste de las imágenes (diferencias en los valores del tiempo de relajación tisular) habían sido descritos casi 20 años antes por el médico y científico Erik Odeblad y Gunnar Lindström. [3] [4] Entre muchos otros investigadores a finales de los años 1970 y 1980, Peter Mansfield perfeccionó aún más las técnicas utilizadas en la adquisición y procesamiento de imágenes de RM, y en 2003 él y Lauterbur recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por sus contribuciones al desarrollo de la RM. Los primeros escáneres de RM clínicos se instalaron a principios de los años 1980 y en las décadas posteriores se produjo un desarrollo significativo de la tecnología, lo que llevó a su uso generalizado en la medicina actual.

Resonancia magnética nuclear

Isidor Isaac Rabi ganó el Premio Nobel de Física en 1944 por su descubrimiento de la resonancia magnética nuclear , que se utiliza en la obtención de imágenes por resonancia magnética. En 1950, Erwin Hahn detectó por primera vez los ecos de espín y la desintegración por inducción libre [5] [6] y en 1952, Herman Carr produjo un espectro de RMN unidimensional, como se informó en su tesis doctoral de Harvard . [7] [8] [9]

El siguiente paso (de los espectros a la obtención de imágenes) fue propuesto por Vladislav Ivanov en la Unión Soviética , quien presentó en 1960 una solicitud de patente para un dispositivo de obtención de imágenes por resonancia magnética. [10] [11] [12] La principal contribución de Ivanov fue la idea de utilizar un gradiente de campo magnético, combinado con una excitación/lectura de frecuencia selectiva, para codificar las coordenadas espaciales. En términos modernos, se trataba únicamente de imágenes de densidad de protones (no de tiempos de relajación), que también eran lentas, ya que solo se utilizaba una dirección de gradiente a la vez y la obtención de imágenes tenía que hacerse corte por corte. Sin embargo, era un verdadero procedimiento de obtención de imágenes por resonancia magnética. Originalmente rechazada por "improbable", la solicitud de Ivanov fue finalmente aprobada en 1984 (con la fecha de prioridad original). [13]

Tiempos de relajación y desarrollo temprano de la resonancia magnética

En 1959, Jay Singer había estudiado el flujo sanguíneo mediante mediciones del tiempo de relajación por RMN de la sangre en seres humanos vivos. [14 ] [15] Estas mediciones no se introdujeron en la práctica médica común hasta mediados de la década de 1980, aunque Alexander Ganssen presentó una patente para una máquina de RMN de cuerpo entero para medir el flujo sanguíneo en el cuerpo humano a principios de 1967. [15] [16] [17] [18] [19]

En la década de 1960, aparecieron en la literatura científica los resultados de los trabajos sobre relajación, difusión e intercambio químico del agua en células y tejidos de diversos tipos. [16] En 1967, Ligon informó sobre la medición de la relajación RMN del agua en los brazos de sujetos humanos vivos. [16] En 1968, Jackson y Langham publicaron las primeras señales RMN de un animal vivo, una rata anestesiada. [16] [20]

En la década de 1970, se descubrió que los tiempos de relajación son determinantes clave del contraste en la RMN y se pueden utilizar para detectar y diferenciar una variedad de patologías. Varios grupos de investigación habían demostrado que las células cancerosas tempranas tendían a exhibir tiempos de relajación más largos que sus células normales correspondientes y, como tal, estimularon el interés inicial en la idea de detectar el cáncer con RMN. Estos primeros grupos incluyen a Damadian , [21] Hazlewood y Chang [22] y varios otros. Esto también inició un programa para catalogar los tiempos de relajación de una amplia gama de tejidos biológicos, que se convirtió en una de las principales motivaciones para el desarrollo de la RMN. [23]

"Aparato y método para detectar cáncer en tejido" de Raymond Damadian.

En un artículo de marzo de 1971 en la revista Science , [21] Raymond Damadian , un médico armenio-estadounidense y profesor del Centro Médico Downstate de la Universidad Estatal de Nueva York (SUNY), informó que los tumores y el tejido normal se pueden distinguir in vivo por RMN. Los métodos iniciales de Damadian eran defectuosos para el uso práctico, [24] dependiendo de un escaneo punto por punto de todo el cuerpo y usando tasas de relajación, que resultaron no ser un indicador efectivo de tejido canceroso. [25] Mientras investigaba las propiedades analíticas de la resonancia magnética, Damadian creó una máquina hipotética de detección de cáncer por resonancia magnética en 1972. Patentó dicha máquina, patente estadounidense 3.789.832 el 5 de febrero de 1974. [26] Lawrence Bennett y el Dr. Irwin Weisman también descubrieron en 1972 que las neoplasias muestran tiempos de relajación diferentes a los del tejido normal correspondiente. [27] [28] Zenuemon Abe y sus colegas solicitaron la patente para un escáner de RMN dirigido, patente estadounidense 3.932.805 en 1973. [29] Publicaron esta técnica en 1974. [15] [16] [30] Damadian afirma haber inventado la resonancia magnética. [31]

La Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos señala que "la patente incluía la idea de utilizar RMN para 'escanear' el cuerpo humano y localizar tejido canceroso". [32] Sin embargo, no describía un método para generar imágenes a partir de dicho escaneo ni exactamente cómo se podría realizar dicho escaneo. [33] [34]

Imágenes

Paul Lauterbur, de la Universidad Stony Brook, amplió la técnica de Carr y desarrolló una forma de generar las primeras imágenes de resonancia magnética, en 2D y 3D, utilizando gradientes. En 1973, Lauterbur publicó la primera imagen de resonancia magnética nuclear [1] [35] y la primera imagen transversal de un ratón vivo en enero de 1974. [36] A finales de la década de 1970, Peter Mansfield , físico y profesor de la Universidad de Nottingham , Inglaterra , desarrolló la técnica de imágenes ecoplanares (EPI) que permitiría realizar exploraciones en segundos en lugar de horas y producir imágenes más claras que las que había obtenido Lauterbur. [37] Damadian, junto con Larry Minkoff y Michael Goldsmith, obtuvieron una imagen de un tumor en el tórax de un ratón en 1976. [38] También realizaron la primera exploración corporal por resonancia magnética de un ser humano el 3 de julio de 1977, [39] [40] estudios que publicaron en 1977. [38] [41] En 1979, Richard S. Likes presentó una patente sobre el espacio k patente estadounidense 4.307.343 .

Escáner de resonancia magnética Mark One
Escáner de resonancia magnética Mark One. El primer escáner de resonancia magnética que se construyó y utilizó en el Hospital Real de Aberdeen, en Escocia.

Escaneo de cuerpo completo

Durante la década de 1970, un equipo dirigido por John Mallard construyó el primer escáner de resonancia magnética de cuerpo completo en la Universidad de Aberdeen . [42] El 28 de agosto de 1980 utilizaron esta máquina para obtener la primera imagen clínicamente útil de los tejidos internos de un paciente mediante resonancia magnética, que identificó un tumor primario en el pecho del paciente, un hígado anormal y un cáncer secundario en sus huesos. [43] Esta máquina se utilizó más tarde en el Hospital St Bartholomew , en Londres, de 1983 a 1993. A Mallard y su equipo se les atribuyen los avances tecnológicos que llevaron a la introducción generalizada de la resonancia magnética. [44]

En 1975, el Departamento de Radiología de la Universidad de California en San Francisco fundó el Laboratorio de Imágenes Radiológicas (RIL). [45] Con el apoyo de Pfizer, Diasonics y, más tarde, Toshiba America MRI, el laboratorio desarrolló nueva tecnología de imágenes e instaló sistemas en los Estados Unidos y en todo el mundo. [46] En 1981, los investigadores del RIL, incluidos Leon Kaufman y Lawrence Crooks, publicaron Nuclear Magnetic Resonance Imaging in Medicine . En la década de 1980, el libro se consideró el libro de texto introductorio definitivo sobre el tema. [47]

En 1980, Paul Bottomley se incorporó al Centro de Investigación de GE en Schenectady, Nueva York. Su equipo encargó el imán de mayor intensidad de campo disponible en ese momento, un sistema de 1,5  T , y construyó el primer dispositivo de alto campo, superando los problemas de diseño de bobinas, penetración de RF y relación señal/ruido para construir el primer escáner de resonancia magnética/escáner de resonancia magnética de cuerpo entero. [48] Los resultados se tradujeron en la exitosa línea de productos de resonancia magnética de 1,5 T, de la que se fabricaron más de 20.000 sistemas. En 1982, Bottomley realizó la primera resonancia magnética localizada en el corazón y el cerebro humanos. Después de iniciar una colaboración sobre aplicaciones cardíacas con Robert Weiss en Johns Hopkins, Bottomley regresó a la universidad en 1994 como profesor Russell Morgan y director de la División de Investigación de Resonancia Magnética. [49]

Técnicas adicionales

En 1986, Charles L. Dumoulin y Howard R. Hart de General Electric desarrollaron la angiografía por resonancia magnética [50] y Denis Le Bihan obtuvo las primeras imágenes y posteriormente patentó la resonancia magnética de difusión . [51] En 1988, Arno Villringer y sus colegas demostraron que se pueden emplear agentes de contraste de susceptibilidad en la resonancia magnética de perfusión . [52] En 1990, Seiji Ogawa de los laboratorios AT&T Bell reconoció que la sangre desoxigenada con dHb era atraída por un campo magnético y descubrió la técnica que sustenta la resonancia magnética funcional (fMRI). [53]

A principios de los años 1990, Peter Basser y Le Bihan trabajando en el NIH , [54] y Aaron Filler, Franklyn Howe y colegas publicaron las primeras imágenes cerebrales tractográficas y DTI. [55] [56] [57] Joseph Hajnal, Young y Graeme Bydder describieron el uso de la secuencia de pulsos FLAIR para demostrar regiones de alta señal en materia blanca normal en 1992. [58] En el mismo año, John Detre y Alan P. Koretsky desarrollaron el etiquetado de espín arterial . [59] En 1997, Jürgen R. Reichenbach, E. Mark Haacke y colaboradores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington desarrollaron la imagen ponderada por susceptibilidad . [60]

Los avances en la tecnología de semiconductores fueron cruciales para el desarrollo de la resonancia magnética práctica, que requiere una gran cantidad de potencia computacional . [61]

Aunque la resonancia magnética se realiza con mayor frecuencia en la clínica a 1,5 T, los campos más altos, como 3 T para imágenes clínicas y, más recientemente, 7 T para fines de investigación, están ganando popularidad debido a su mayor sensibilidad y resolución. En los laboratorios de investigación, se han realizado estudios en humanos a 9,4 T (2006), [62] 10,5 T (2019), [63] y hasta 11,7 T (2024) <https://healthcare-in-europe.com/en/news/11-7-tesla-first-images-world-most-powerful-mri-scanner.html>. Se han realizado estudios en animales no humanos a hasta 21,1 T. [64]

Imágenes junto a la cama del paciente

En 2020, la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (USFDA) otorgó la aprobación 510(k) [ aclaración necesaria ] [65] al sistema de resonancia magnética de cabecera de Hyperfine Research. El sistema Hyperfine afirma tener un costo 1/20 del costo, un consumo de energía 1/35 del costo y un peso 1/10 del costo de los sistemas de resonancia magnética convencionales. [66] Utiliza una toma de corriente estándar para la alimentación. [67]

Premio Nobel 2003

Como reflejo de la importancia fundamental y la aplicabilidad de la resonancia magnética en medicina, Paul Lauterbur, de la Universidad de Stony Brook, y Sir Peter Mansfield, de la Universidad de Nottingham, recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2003 por sus "descubrimientos relacionados con la resonancia magnética". La cita del Nobel reconoció la idea de Lauterbur de utilizar gradientes de campo magnético para determinar la localización espacial, un descubrimiento que permitió la adquisición de imágenes 3D y 2D. A Mansfield se le atribuyó la introducción del formalismo matemático y el desarrollo de técnicas para la utilización eficiente de gradientes y la obtención rápida de imágenes. La investigación que ganó el premio se realizó casi 30 años antes, mientras Paul Lauterbur era profesor en el Departamento de Química de la Universidad de Stony Brook en Nueva York . [1]

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