HISTORIA
1820, Hans Christian Oersted (1777-1851) químico y físico danés haciendo una demostración a sus alumnos, adjuntó una pila eléctrica a un cable conductor que se encontraba cerca de una brújula observando que la aguja se movía en dirección al cable, descubriendo la relación entre la electricidad y magnetismo. Este último fenómeno ya era conocido por las civilizaciones del Asia Menor donde, en una región llamada Magnesia, se reportaban algunas rocas que se atraían entre sí. Se las llamó magnets (imanes) aludiendo al lugar de su descubrimiento
Andre Marie Ampere (1775-1836) profesor de física y química en el Instituto de Bourg, y después profesor de matemáticas en la Escuela Politécnica de París, al tomar conocimiento del descubrimiento de Oersted, elaboró una completa teoría sobre el fenómeno. En ésta, formuló una ley sobre el electromagnetismo (ley de Ampére) en la cual se describe matemáticamente la fuerza magnética interac-tuando entre dos corrientes eléctricas
Michael Faraday (1791-1867), un químico y físico prácticamente autodidacta, estudió las leyes del magnetismo y logró en 1831 inducir electricidad en un conductor haciendo pasar corriente por un conductor cercano, fenómeno conocido como inducción electromagnética, mostrando además cómo un imán podía inducir corriente en un conductor
Wolfganf Pauli (1900-1930) físico austríaco, conocido por la proposición del cuarto número cuántico "el spin del electrón" (1924) y su famoso principio de exclusión que rige la posible posición de los electrones en los orbitales atómicos (1925): "dos electrones en un mismo átomo no pueden tener los mismos números cuánticos" En los años veinte demostró que muchas de las características de la estructura hiperfina de los espectros atómicos se podían explicar si los núcleos atómicos presentaban también spin y su respectivo momento magnético. Con posterioridad, en 1933, refinamientos del experimento de Otto Stern (1888-1969) y Walther Gerlach (1889-1979) que consiste en la separación de haces de átomos en un campo magnético no homogéneo de acuerdo a la orientación del momento magnético de sus electrones desapareados, confirmaron dicha proposición y calcularon valores aproximados para el momento magnético del protón
Cornelius Jacobo Gorter (1907-1980), físico alemán intentó medir la resonancia magnética de núcleos de 1H y 7Li en cristales de K[AI(S04)2]12H20 (alumbre potásico) y LiF respectivamente, sin éxito En su artículo de 1936 él escribió: "The only reasonable explanation of this negative result is that the absorption of energy by the nuclear spin disturbs the Boltzmann distribution over the nuclear energy levels".
1937, Gorter visitó a Isidor Isaac Rabi (1898-1988), físico estadounidense, visita fructífera pues en el intercambio de opiniones entre estos dos físicos, Gorter le sugirió a Rabi en vez de cambiar el estado Zeeman de las partículas pasando un haz a través de un campo estático pobremente definido, hacerlo irradiando la transición del dipolo magnético entre dos estados Zeeman, como en su propio infructuoso experimento. En 1938, Rabi et alpublicaron sus resultados exitosos en el artículo "A new method of measuring nuclear moment",denominando a la resonancia nuclear magnética, espectroscopia por radiofrecuencia. Al final del artículo estos autores agradecen a Gorter(13). Isidor I. Rabi, recibió en 1944 el premio Nobel de Física por este importante avance.
En 1940, Luis W Alvarez y Félix Bloch, publican un método cuantitativo para medir el momento magnético del neutrón. Sin embargo, la segunda guerra mundial interrumpió los estudios en este campo por un tiempo; después de terminada ésta en 1945, dos grupos de Estados Unidos, uno de Stanford dirigido por el físico suizo Félix Bloch y otro de Harvard dirigido por Edward M Purcell, ingeniero eléctrico estadounidense, retomaron la investigación de medir resonancia magnética en materia condensada Ambos grupos lo consiguieron independientemente en diciembre de 1945, por métodos completamente diferentes. Mientras el grupo de Purcell repitió esta vez con éxito la experiencia de Gorter obteniendo una señal RNM del protón en materia condensada, el grupo de Bloch diseñó un experimento diferente en el que la detección de la señal se realizaba a través de la fuerza electromotriz inducida por la precesión de los núcleos en una bobina receptora. El grupo de Bloch llamó a este método inducción nuclear
E. L. Hahn en 1949 quien siguió la idea de Bloch, de producir una corta excitación mediante un pulso de radiofrecuencia, induciendo una señal hoy conocida como FID (Free Induction Decay), base de las secuencias usadas actualmente. El trabajo de E. Hahn se publicó como una carta al editor en Physical Review en 1950. En el primero se da cuenta del desplazamiento químico del15N y en el segundo del mismo fenómeno en el 19F También en ese año, HS Gutowsky y CJ Ho-ffman(23) descubrieron la naturaleza química asociada al desplazamiento químico, describiendo el fenómeno conocido como acoplamiento escalar spin-spin, que ocurre cuando dos grupos de protones no equivalentes producen desdoblamiento mutuo de sus señales, de gran utilidad analítica en RM química
En 1965, se publicó un trabajo que comienza a tener repercusiones en medicina. Se trata de "Spin difussion meassurements: spin echoes in the presence of a time-dependent field gradient" de E. O. Stejskal y J. E. Tanner donde se establece la secuencia básica de las señales de difusión del protón, hoy de gran interés en RM médica. Sin embargo, en 1966 se publica un extraordinario avance que cambiaría la dirección del desarrollo de la RM: "Application of Fourier transform spectroscopy to magnetic resonance" en Review of Scientific Instruments de Richard R Ernst y Wess W Anderson. Curiosamente, este trabajo fundamental fue rechazado dos veces en el Journal of Chemical Physics por ser muy técnico y no lo suficientemente original. En este trabajo, los investigadores aplican una nueva técnica de transformada de Fourier a la espectroscopia por RM. Utilizando la FID de Hahn y analizando la transformada de la respuesta del sistema, aumentando la razón señal/ruido además de abrir las puertas al análisis computacional de las señales, reduciendo significativamente el tiempo de registro. Sin embargo, en palabras de Ernst: "cuando uno considera el complicado tratamiento de los datos adquiridos en un computador CAT 400, en papel, luego siendo transferidos a tarjetas perforadas a un IBM San José, luego traspasados a cinta magnética en el Service Bureau Corporation, Palo Alto, para realizar la transformada de Fourier en un IBM 7090 y dibujados en un Calcom Plotter, nadie podría haber estado convencido de un ahorro en tiempo. El físico-químico suizo Richard R. Ernst fue distinguido con el premio Nobel de Química de 1991 por su gran contribución al avance de la espectroscopia por RM. El trabajo de Ernst, pone de relevancia la importancia del trabajo de Fourier y sin duda repercute en todo el desarrollo posterior de la técnica, no sólo en la química, donde permaneció muchos años y sigue desarrollándose, sino también en la medicina.
La era médica comienza con Eric Odeblad y Gunnar Lindstrom reconocido por sus estudios de las propiedades físico-químicas e inmunológicas del moco cervical. Ambos, en 1955 obtuvieron espectros del protón de eritrocitos, músculo e hígado de ratas y fluidos humanos. Posteriormente a éste y otro trabajo pionero del mismo Odeblad, Lindstrom y B. N. Bhar en1956, en la década de 1960 comenzaron a trabajar los grupos de Jhon Mallard y Jim M.S. Hutchison, ambos físicos, en la Universidad de Aberdeen en Escocia, el médico Raymon V. Damadian en el Do-wnstate Medical Center de Brooklyn y el bioquímico Donald P. Hollis en la Universidad John Hopkins de Baltimore. Entre 1963 y 1971 Mallard en conjunto con PD. Cook primero, con M. Kent después y luego con J. Hutchison mostraron las diferencias en los espectros de resonancia de los electrones (electrón spin resonance) entre tumores de hígado y riñon y fallaron al intentar obtener señales de un ratón vivo
En 1971, apareció en escena Raymond V. Damadian con un trabajo que, como se refleja posteriormente Mallard y de Hollis, fue un aporte desafiante que estimuló el desarrollo posterior de la RM. Se publicó en Science bajo el título "Tumor detection by nuclear magnetic resonance" Aquí, Damadian propone: "Las medidas de resonancia spin-eco pueden ser usadas como un método para discriminar entre tumores malignos y tejido normal". El encontró diferencias en T1 y T2 entre seis muestras de tejidos normales y dos tumores sólidos del hígado y el riñon de la rata. Además, comparó fibroadeno-mas con dichos tumores, encontrando que también se diferenciaban de ellos. Así, los valores de T1 y T2 de tumores se encontraban fuera del rango de los valores normales y de los fibroadenomas. Damadian apodó al método analítico para diferenciar los valores de relajación "FONAR"(field focused nuclear magnetic resonance). Sus resultados los corroboró con tejido humano en 1974
Siguió trabajando con su equipo construyendo el primer tomógrafo de RM de cuerpo entero que llamaron "el indomable" obteniendo la imagen de un tumor en una rata, publicada en la revista Science en 1976.
Después de 1971, influenciado por el trabajo de Damadian, Mallard exploró las diferencias de resonancia del protón entre tejidos cancerosos y normales encontrando resultados menos claros que los que reportó Damadian en 1971, explicando que gran parte de las diferencias en T1 eran dadas por la presencia de agua en estos tejidos En 1973 Mallard exploró la posibilidad de obtener imágenes y en 1974 con Hutchison, la primera imagen de un ratón completo. Hollis y colaboradores entre 1972 y 1974 estudiaron las propiedades de relajación spin-lattice (T1) de diversos tejidos cancerosos, encontrando mayores T1 y exploraron su relación con el contenido de agua en lostejidos
El avance fundamental para la medicina se produjo cuando el químico estadounidense Paul Lauterbur, en la Universidad de New York, tuvo la idea de codificar espacialmente la señal mediante la aplicación de gradientes magnéticos y después reconstruir la imagen en forma similar a la tomografía computada. En su trabajo "Image formation by induced local interactions; example employing magnetic resonance" publicado en la revista Nature en 1973 mostró que agregando campos magnéticos adicionales al campo principal y obteniendo un conjunto de proyecciones de la distribución de la señal de dos tubos de prueba conteniendo agua normal dentro de un contenedor de agua deuterada, se podía reconstruir una imagen por medio de retroproyección filtrada (similar a la tomografía computada). Llamó a su método Zeugmatografía (de zeugma= unión), refiriéndose a la unión de un campo magnético con la radiofrecuencia. Como muchas veces sucede, primero su artículo fue rechazado, pero ante la persistencia de Lauterbur, finalmente se publicó. En este punto es importante recordar que la reconstrucción de imágenes RM está sustentada en la de la tomografía computada, es decir en el trabajo fecundo de Johan Radon quien en 1917 demostró la posibilidad de reconstrucción tridimensional de un objeto a partir de un juego infinito de sus proyecciones y de Alian M. Cormack (premio Nobel junto a G Hounsfield en 1979 por la invención de la tomografía computada), quien resolvió en 1963 y 1964, el problema de conocer el interior de una región a partir de conocer sus proyecciones
Este, en dos brillantes artículos mostró cómo resolver el conjunto de ecuaciones integrales generadas por la atenuación de un conjunto de voxels dispuestos en línea, uno al lado del otro, en función del ángulo de rotación de la proyección, mediante transformadas de Radon-Fourier, series de Fourier y el uso de polinomios de Tschebycheff.
Peter Mansfield, físico inglés, en el mismo año 1973, descubrió en forma independiente que el uso de gradientes de campo magnético producía señales que podrían ser analizadas directamente para proveer la información espacial, incluyendo una descripción matemática de la transformación de una señal temporal a la representación espacial, introduciendo el concepto del espacio-K(10). Posteriormente siguió trabajando en la selección del corte y en 1976 propuso las secuencias EPI (eco-planar imaging), o como llenar el espacio-K en forma rapidísima, en un solo disparo ("single shot")
Peter Mansfield y Paul Lauterbur posteriormente siguieron contribuyendo al desarrollo de la RM, con gran número de artículos en la revista Physics in Medicine and Biology y en un artículo clásico, Mansfield y A.A. Maudsley en 1977 publicaron la primera imagen seccional de una región de la anatomía humana, un dedo P. Mansfield y P. Lauterburfueron galardonados con el premio Nobel de Fisiología y Medicina de 2003 Sin duda, Raymond Damadian, es junto a Lauterbur y Mansfield, uno de los responsables de la aplicación médica de la RM. Lamentablemente, no recibió el premio Nobel junto a estos dos investigadores, y se enfrascó en una acida polémica, intentando por diversos medios publicitarios ser declarado el padre de dicha técnica. Algunos autores atribuyen el hecho a la personalidad exuberante de Damadian o a que el Nobel se otorgó por llevar la RM a una imagen médicamente útil y no por la aplicación al diagnóstico diferencial entre tejido tumoral y sano. Sea esto cierto o no, en la entrega de premios Nobel, siempre hay personajes que han sido dejados de lado, entre ellos, tal vez la más emblemática es la cristalógrafa Rosalind Franklin, esencial en el gran descubrimiento del siglo XX, la doble hélice del DNA.
Los hallazgos de Mansfield y Lauterbur y del mismo Damadian aceleraron el desarrollo de la técnica. En 1977, W. Hinshaw et a/.publicaron imágenes de RM de la muñeca, R. Damadian logró reconstruir la imagen del tórax y P. Mansfield desarrolló las secuencias EPI. R. C. Hawkes y Moore et alen 1980 obtuvieron las primeras imágenes de la cabeza y en 1981 se instaló el primer prototipo de tomógrafo por RM en el Hospital Hammersmith de Londres, dando inicio a los estudios pioneros de Graeme M. Vides, Ian R. Young en el departamento dirigido por el profesor Robert E Steiner
Sin embargo, en este período también hay que destacar un avance extraordinariamente relevante, que es base de la tecnología actual: Anil Kumar, Dieter Welti y R. Ernst, publicaron el artículo "NMR Fourier Zeugmatography" en donde sustituyen el algoritmo de retroproyección basado en la transformada de Radon-Fourier, por el uso de gradientes magnéticos codificadores y transformadas dobles de Fourier para reconstituir la imagen, lo que es la base de la formación actual de imágenes