El desarrollo de la
resonancia magnética

El estadounidense Paul Lauterbur y el británico Peter Mansfield han sido galardonados con el Premio Nobel de Fisiología y Medicina 2003 por sus descubrimientos en el campo de la resonancia magnética.

 

Dr. Paul Lauterbur, nacido en 1929, descubrió la posibilidad de crear una imagen en dos dimensiones al introducir gradientes en el campo magnético. Gracias al análisis de las características de las ondas de radio emitidas pudo determinar su origen, lo que hizo posible construir imágenes bidimensionales de estructuras que no podían visualizarse mediante otros métodos.
 

 

Por su parte sir Peter Mansfield, nacido en 1933, desarrolló más tarde la utilización de gradientes en el campo magnético. Mostró cómo las señales podían ser analizadas matemáticamente, lo que hizo posible desarrollar una técnica de imagen útil. Además mostró cómo podían obtenerse las imágenes muy rápidamente, lo que hizo posible que la resonancia magnética se utilizara en medicina una década después.
 

La aparición de los equipos informáticos de alta velocidad fue fundamental para el desarrollo de la técnica de obtención de imágenes por resonancia magnética, ya que permitían gestionar los numerosos y complejos cálculos que eran necesarios para obtener las imágenes. Además de estos avances en el campo de la informática, otros tres avances contribuyeron al nacimiento de la técnica de obtención de imágenes por resonancia magnética. Uno de estos avances fue el que realizó el ingeniero electrónico británico Godfrey Hounsfield, que en 1971 fabricó un instrumento que combinaba una máquina de rayos X con un ordenador y empleó algunos principios de reconstrucción algebraica para explorar el organismo en distintas direcciones, manipulando las imágenes para obtener una vista transversal del interior. Hounsfield desconocía que el físico nuclear sudafricano Allan Cormack había publicado básicamente la misma idea en 1957, utilizando una técnica de reconstrucción denominada transformada de radón. Aunque el trabajo de Cormack no tuvo una gran difusión, él y Hounsfield compartieron en 1979 el premio Nobel de fisiología o medicina por el desarrollo de la tomografía computerizada. Los principios fundamentales de la tomografía computerizada constituyen la base de muchos de los sofisticados métodos de obtención de imágenes que existen en la actualidad.

 

 

 

 

 

Los otros dos avances que contribuyeron a la obtención de imágenes por resonancia magnética estaban relacionados con la resonancia magnética nuclear. Uno fue la conceptualización de la resonancia magnética nuclear como herramienta de diagnóstico clínico y el otro la invención de un método práctico para producir imágenes útiles a partir de los datos de la resonancia magnética nuclear.

Ya en 1959, J. R. Singer, de la Universidad de California, Berkeley, propuso que la resonancia magnética nuclear podía utilizarse como herramienta de diagnóstico en medicina. Unos años más tarde, Carlton Hazlewood, del Baylor College of Medicine, publicó los resultados de una serie de trabajos en los que se utilizó la resonancia magnética nuclear para diagnosticar enfermedades musculares en pacientes humanos. En 1969, Raymond Damadian, un médico del Downstate Medical Center de Brooklyn (Nueva York), comenzó a idear la forma de utilizar esta técnica para detectar los primeros signos del cáncer en el organismo. En un experimento realizado en 1970, Damadian extirpó una serie de tumores de rápido crecimiento que se habían implantado en ratas de laboratorio y comprobó que la resonancia magnética nuclear de los tumores era diferente de la de los tejidos normales. En 1971, Damadian publicó los resultados de sus experimentos en la revista Science. Sin embargo, aún no se había demostrado la fiabilidad clínica del método de Damadian en la detección o diagnóstico del cáncer.

El gran avance técnico que hizo posible producir una imagen útil a partir de las señales de resonancia magnética nuclear de tejidos vivos lo realizó el químico Paul Lauterbur, que a principios de la década de 1970 dirigía la compañía NMR Specialties, ubicada en Pittsburgh. En 1971, Lauterbur observó al químico Leon Saryan repetir los experimentos de Damadian con tumores y tejidos sanos de ratas. Lauterbur llegó a la conclusión de que la técnica no ofrecía la información suficiente para diagnosticar tumores y se propuso idear un método práctico para obtener imágenes a partir de la resonancia magnética nuclear. La clave estaba en ser capaz de localizar la ubicación exacta de una determinada señal de resonancia magnética nuclear en una muestra: si se determinaba la ubicación de todas las señales, sería posible elaborar un mapa de toda la muestra.

La innovadora idea de Lauterbur consistía en superponer al campo magnético estático espacialmente uniforme un segundo campo magnético más débil que variara de posición de forma controlada, creando lo que se conoce como gradiente de campo magnético. En un extremo de la muestra, la potencia del campo magnético graduado sería mayor, potencia que se iría debilitando con una calibración precisa a medida que se fuera acercando al otro extremo. Dado que la frecuencia de resonancia de los núcleos en un campo magnético externo es proporcional a la fuerza del campo, las distintas partes de la muestra tendrían distintas frecuencias de resonancia. Por lo tanto, una frecuencia de resonancia determinada podría asociarse a una posición concreta. Además, la fuerza de la señal de resonancia en cada frecuencia indicaría el tamaño relativo de los volúmenes que contienen los núcleos en distintas frecuencias y, por tanto, en la posición correspondiente. Las sutiles variaciones de las señales se podrían utilizar entonces para representar las posiciones de las moléculas y crear una imagen. (Actualmente, los dispositivos de obtención de imágenes por resonancia magnética utilizan tres conjuntos de bobinas de gradientes electromagnéticos sobre el sujeto para codificar las tres coordenadas espaciales de las señales.)

Al otro lado del Atlántico, Peter Mansfield, de la Universidad de Nottingham, Inglaterra, tuvo una idea similar. En 1972, Mansfield estaba estudiando el modo de utilizar la resonancia magnética nuclear para obtener información detallada acerca de la estructura de materiales cristalinos. En un trabajo publicado en 1973, Mansfield y sus colegas también utilizaron un esquema de gradiente de campo. En 1976, Mansfield desarrolló una técnica ultrarrápida para obtener imágenes con resonancia magnética conocida como ecoplanar, que permite explorar todo el cerebro en cuestión de milésimas de segundo. La técnica ecoplanar es la clave para crear imágenes con resonancia magnética de forma rápida para el diagnóstico de infartos cerebrales e imágenes con resonancia magnética funcional en las investigaciones sobre el cerebro.

Mientras tanto, a los resultados de Lauterbur, publicados en 1972, se incorporaba una imagen de la muestra experimental: un par de tubos de ensayo sumergidos en un vial de agua. Mediante el pequeño escáner de resonancia magnética nuclear que él mismo había creado (y una técnica denominada proyección de fondo procedente de la tomografía computerizada), continuó explorando pequeños objetos, incluido un diminuto cangrejo que su hija capturó en la playa de Long Island situada junto a su casa. En 1974, valiéndose de un dispositivo de resonancia magnética nuclear mayor, obtuvo una imagen de la caja torácica de un ratón vivo. En 1975, Mansfield ya había obtenido imágenes de una serie de tallos de plantas y de un muslo de un pavo muerto. Al año siguiente, obtuvo la primera imagen de un dedo humano por resonancia magnética nuclear, en la que se podía diferenciar el hueso, la médula, los nervios y las arterias. Damadian, por su parte, también trabajó en la obtención de imágenes. En 1977, obtuvo una imagen de la caja torácica de un hombre vivo.

A principios de la década de 1980, la gran oleada de investigaciones relacionadas con la obtención de imágenes por resonancia magnética dieron lugar a un floreciente sector comercial. (El término "nuclear" se fue poco a poco eliminando del nombre debido a sus connotaciones negativas.) Los avances en el campo de la informática de alta velocidad y los imanes superconductores permitieron a los investigadores diseñar máquinas de resonancia magnética de mayores dimensiones con una sensibilidad y una resolución inmensamente mejores.