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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Tomógrafo. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. La resonancia magnética nuclear (RMN), la resonancia magnética nuclear (NMRI) o la resonancia magnética nuclear (RMN), es la principal herramienta de imagen médica utilizada en radiología para la visualización detallada de estructuras y órganos internos humanos. El tomógrafo proporciona un buen contraste entre los diversos tejidos blandos del cuerpo, lo que lo hace particularmente útil en el diagnóstico del cerebro, los músculos, el corazón y el cáncer en comparación con otras modalidades de imágenes médicas, como la tomografía computarizada (TC) de rayos X o la radiografía. A diferencia de un escáner de tomografía computarizada o una máquina de rayos X tradicional, un escáner de resonancia magnética no utiliza radiación ionizante. En cambio, usa poderosos campos magnéticos para nivelar la magnetización de algunos de los átomos en el cuerpo y luego usa campos de radiofrecuencia para cambiar sistemáticamente la dirección de esa magnetización. Esto conduce a la aparición de un campo magnético giratorio registrado por el escáner y le permite construir una imagen del área escaneada del cuerpo. El escáner de imágenes por resonancia magnética utiliza una tecnología relativamente nueva. Las primeras imágenes de tomografías se publicaron en 1973 y la primera imagen transversal de un ratón vivo se publicó en enero de 1974. Los primeros estudios en humanos se publicaron en 1977. A modo de comparación, la primera radiografía humana se tomó en 1895.
Entre los métodos de diagnóstico que han aparecido en los últimos años, son especialmente informativos los llamados métodos intrascópicos, la tomografía computarizada de rayos X, la tomografía por resonancia magnética nuclear (RMN) y la espectroscopia de RMN, así como la tomografía por emisión de positrones (PET), según científicos médicos. Cuando un área u órgano sospechoso se ilumina con un pulso de láser, la respuesta espectral, una especie de firma óptica, del tejido canceroso difiere notablemente de la del tejido normal. La tomografía computarizada es el ejemplo más conocido de imágenes tridimensionales en la actualidad. Los métodos convencionales, incluso con un tubo de rayos X muy bueno y una película ultrasensible, dan una imagen borrosa y muy "ruidosa", además, solo bidimensional, por lo que interpretarla correctamente es una ciencia aparte. "Los métodos de diagnóstico han dado un salto sin precedentes en los últimos años", dice el académico Ternovoy, "gracias a la tecnología informática. Hace unos 20 años, se creó un tomógrafo computarizado de rayos X y fue posible estudiar la estructura del cerebro humano sin abriendo el cráneo Y el equipo actual tiene tales propiedades que puede observar directamente, por ejemplo, un corazón que late. Por lo tanto, los diagnósticos invasivos tradicionales ("invasión" significa "penetración") se están convirtiendo gradualmente en una cosa del pasado. , con la ayuda de un escáner de imágenes por resonancia magnética, los órganos internos son visibles en acción incluso sin la introducción de agentes de contraste que "perfilan sus contornos". ... El principio de su acción se basa en dos hechos triviales: en primer lugar, el cuerpo humano se compone principalmente de agua, y sus moléculas forman enlaces químicos con proteínas y otras estructuras que son diferentes en diferentes tejidos; en segundo lugar, la molécula de agua es un dipolo. En el cuerpo, estos dipolos están orientados, por supuesto, al azar y, además, giran. Pero si una persona se coloca brevemente en un campo magnético (bastante fuerte, pero no tan fuerte como para representar un peligro para la salud), todas las moléculas de agua giran en la dirección de sus líneas de fuerza. Luego se aplica una radiofrecuencia especial: le da a los dipolos energía adicional y los desvía de la orientación dada por el campo magnético en un ángulo u otro. En realidad, el punto es que los ángulos son diferentes, su tamaño depende de la estructura interna del órgano o tejido y también, lo que es especialmente importante, de la presencia de patologías. El pulso de radio externo se da solo por un momento, pero es suficiente. Luego, las moléculas de agua vuelven a su posición anterior, alineándose nuevamente en el campo magnético. Al mismo tiempo, descargan el exceso de energía: las bobinas especiales lo registran (¡incluso si es muy pequeño!). Los datos recibidos se envían a la computadora, donde se procesan..." A diferencia de los métodos tradicionales de rayos X, la tomografía es una reconstrucción volumétrica de órganos internos basada en datos numéricos que son características de las propiedades físicas de los tejidos. En un tomógrafo MRI, por ejemplo, se puede obtener una imagen tridimensional del feto. El médico puede examinar los más mínimos detalles, transformar la imagen de cualquier forma, también puede comprimirla, archivarla fácilmente, transmitirla por canales de comunicación para participar en teleconcilia, etc. Al examinar en un tomógrafo de rayos X, el paciente se acuesta sobre la mesa de modo que la parte del cuerpo, cuya imagen se desea obtener, quede dentro del orificio circular en el marco del tomógrafo. En la parte superior del marco, generalmente hay una fuente de rayos X y un colimador, un dispositivo que convierte un haz divergente de rayos en una corriente delgada dirigida. En la parte inferior del marco hay una línea de detectores de rayos X, como si reemplazaran la película. Si es necesario, el médico puede introducir preliminarmente un químico en el cuerpo del paciente, lo que mejora el contraste visual entre el órgano en estudio y los tejidos circundantes. Cuando se enciende la fuente de rayos X, los rayos, tan delgados como un lápiz, atraviesan el cuerpo y los datos registrados por el detector se transmiten a la computadora. A medida que el marco gira alrededor del paciente, este proceso se repite muchas veces, y cada vez que la computadora procesa los datos de los detectores, correspondientes a un conjunto de posiciones diferentes.
Gracias a un algoritmo matemático basado en la transformada de Radon conocida en geometría integral clásica, un conjunto de lecturas numéricas de los detectores se convierte en una imagen en la pantalla. Una tomografía por resonancia magnética nuclear (tomógrafo NMR) suele ser un tubo que contiene un imán cilíndrico largo y bobinados en los que se excita una corriente correspondiente a las señales de radiofrecuencia enviadas y recibidas. Estrictamente hablando, la resonancia magnética es un fenómeno puramente cuántico, y para su explicación es necesario utilizar conceptos estándar de mecánica cuántica. La esencia del fenómeno es que un fuerte campo magnético constante creado por un imán cilíndrico genera giros orientados al azar de los núcleos de los átomos de hidrógeno en el cuerpo del paciente a lo largo de una sola dirección, al igual que las limaduras de hierro se alinean a lo largo de líneas de campo invisibles cerca de un imán. Cuando un pulso de radiofrecuencia especialmente excitado - sondeo - pasa a través del tubo de la cámara del tomógrafo, el campo magnético del pulso, aunque débil, desvía ligeramente los espines alineados de la dirección dada durante algún tiempo, y comienzan a oscilar, como dicen, a la precesión, alrededor de la dirección del campo fuerte de un imán permanente, como un trompo que se empuja suavemente. Al mismo tiempo, los núcleos de los átomos resuenan, es decir, también emiten una señal de radio débil que puede ser detectada por detectores sensibles. Cuando se apaga el pulso de RF de sondeo, los espines vuelven a un estado ordenado y la señal generada por los núcleos decae. En el momento de este decaimiento y otras características de la señal procesada por la computadora, se puede juzgar la composición química y las propiedades biológicas de los tejidos. Para cada punto de la imagen en la pantalla, se recopilan y promedian los datos de los núcleos de hidrógeno resonantes (protones) en el órgano interno en estudio, y a cada valor obtenido se le asigna su propio color. Como resultado, las regiones con diferentes densidades de protones y, en consecuencia, los tejidos no homogéneos se marcan con diferentes colores. A diferencia de un examen de rayos X, el método de RMN es absolutamente inocuo y garantiza un contraste mucho mejor entre los diferentes tipos de tejidos, lo que facilita la distinción entre áreas sanas y enfermas. La tomografía de RMN se utiliza especialmente con éxito en el diagnóstico de patologías del sistema nervioso central y del sistema musculoesquelético, así como para el reconocimiento de tumores en el contexto de tejidos sanos. Sin embargo, la tomografía de RMN está ganando nuevas posiciones. En Alemania, por ejemplo, se desarrolló un método prometedor para diagnosticar los pulmones mediante tomografía por resonancia magnética. Fue presentado en la exposición "Expo-2000" en Hannover y fue muy apreciado por los especialistas y la prensa. Para el diagnóstico de enfermedades pulmonares, los médicos alemanes toman veintiún millones de radiografías cada año. Sin embargo, estas imágenes no tienen suficiente contraste y los rayos X son dañinos para el cuerpo. Otra cosa es la tomografía de resonancia magnética. En muchas enfermedades que cursan con insuficiencia respiratoria, como el asma o el enfisema, el tomógrafo de RMN proporciona una imagen insuficientemente clara, debido a la escasa densidad del tejido pulmonar. Y tan importante para el diagnóstico de una sustancia ligera, como el oxígeno y el nitrógeno, no se registra en absoluto. Por lo tanto, los investigadores están tratando de mejorar las imágenes de los pulmones haciendo que los pacientes inhalen gases inofensivos como agente de contraste. Los gases raros polarizados son especialmente prometedores. Las pruebas han demostrado que saturar el pulmón con ellos le permite obtener una imagen clara. La mejor magnetización de los gases inertes polarizados en comparación con el hidrógeno facilita el trabajo del tomógrafo. Por lo tanto, los médicos no solo pueden diagnosticar el asma, la fibrosis quística y otras enfermedades pulmonares en una etapa temprana, sino también verificar la efectividad del tratamiento. En Alemania, Ernst Wilhelm Otten y Werner Geil, del Instituto de Física de la Universidad de Mainz, sentaron las bases del nuevo método. Otten y Gail eligieron helio-3 como agente de contraste para sus experimentos. En su opinión, el xenón no es muy adecuado aquí, ya que es absorbido por la sangre y tiene un efecto narcótico en los pacientes. Y así, utilizando un escáner de resonancia magnética y helio-3 polarizado como agente de contraste, Otten y Geil, junto con el radiólogo de Mainz, Manfred Thelen, y expertos del Centro Alemán de Investigación del Cáncer en Heidelberg, finalmente obtuvieron una imagen clara del aire. distribución en el pulmón. El nuevo método en un experimento con un sujeto de treinta años permitió determinar los signos de un enfisema pulmonar ya antiguo. Y esto a pesar de que aunque la persona fumaba, se sentía completamente sana y no se quejaba de sus pulmones. Otro ejemplo es el uso de un escáner de RMN para diagnosticar un infarto en lugar de un catéter cardíaco. El examen del corazón mediante ECG, ultrasonido y exposición a la radiación de isótopos radiactivos no siempre conduce a resultados satisfactorios. En tales casos, el diagnóstico a menudo se indica mediante un catéter cardíaco, que se inserta en el corazón a través de los vasos sanguíneos. Esta es una carga grave para el cuerpo del sujeto, y muchos pacientes prefieren los campos magnéticos nuevos, más modernos e inofensivos para los humanos al método tradicional: el corazón se "muestra a través" de un tomógrafo de resonancia magnética nuclear. Los modelos anteriores de tomógrafos de RMN, debido a períodos de medición demasiado largos, daban imágenes insuficientemente claras (el corazón late constantemente y la imagen de "exposición prolongada" es borrosa). Los dispositivos más recientes, el hardware y el software mejorados le permiten tomar imágenes bastante claras del corazón entre latidos. "La precisión ahora es claramente mayor que con los métodos no invasivos anteriores”, explica Eike Nagel, del Centro Alemán del Corazón en Berlín. "Usando la técnica, la cantidad de exámenes con un catéter cardíaco puede reducirse al menos en un 20 por ciento". Y según los optimistas, la mitad. Como un instrumento de diagnóstico integral, el generador de imágenes por resonancia magnética representa espacialmente el corazón y las arterias grandes, mide los parámetros del suministro de sangre y reconoce el tejido muerto. Un método suave de alta tecnología es adecuado tanto para la prevención como para el tratamiento de pacientes cardíacos. La tomografía por resonancia magnética salva a los pacientes cardíacos de un estrés innecesario. Con este método, es posible predecir si la expansión del vaso o la operación de la anastomosis prometen algún éxito. Esto fue demostrado por científicos de la Universidad Northwestern en Chicago en su estudio clínico. Es muy importante que la nueva técnica pueda proteger a muchos pacientes jóvenes de intervenciones peligrosas. Los fuertes campos magnéticos a los que están expuestos los sujetos son prácticamente inofensivos, al menos según la ciencia moderna. Los métodos alternativos, por ejemplo, la tomografía computarizada y por emisión de positrones, funcionan, por el contrario, con sustancias que no son seguras para el cuerpo: rayos X e isótopos radiactivos. Una especie de auge está experimentando la tomografía de prevención de enfermedades cardiovasculares en la capital de Taiwán, Taipei. Recientemente se inauguró allí un centro de examen especial, donde un examen del corazón y los vasos sanguíneos con un tomógrafo de RMN de aproximadamente media hora cuesta mil dólares, mientras que las gafas de video y la música agradable ayudan a los pacientes a relajarse... Autor: Musskiy S.A.
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