La historia de la tomografía computarizada de rayos X se remonta al menos a 1917 con la teoría matemática de la transformada de radón [1] [2] En octubre de 1963, William H. Oldendorf recibió una patente estadounidense para un "aparato de energía radiante para investigar áreas seleccionadas de objetos interiores oscurecidos por material denso ". [3] La primera tomografía computarizada clínica se realizó en 1971 utilizando un escáner inventado por Sir Godfrey Hounsfield . [4]
Teoría matemática
La teoría matemática detrás de la reconstrucción tomográfica computarizada se remonta a 1917 con la invención de la transformada Radon [1] [2] por el matemático austriaco Johann Radon , quien demostró matemáticamente que una función podía reconstruirse a partir de un conjunto infinito de sus proyecciones. [5] En 1937, el matemático polaco Stefan Kaczmarz desarrolló un método para encontrar una solución aproximada a un gran sistema de ecuaciones algebraicas lineales. [6] [7] Esto, junto con el trabajo teórico y experimental de Allan McLeod Cormack , [8] [9] sentó las bases para la técnica de reconstrucción algebraica , que fue adaptada por Godfrey Hounsfield como el mecanismo de reconstrucción de imágenes en su primer comercial Escáner de tomografía computarizada. [ cita requerida ]
En 1956, Ronald N. Bracewell utilizó un método similar a la transformada de radón para reconstruir un mapa de radiación solar . [10] En 1959, el neurólogo de UCLA William Oldendorf concibió una idea para "escanear una cabeza a través de un haz de rayos X transmitido y poder reconstruir los patrones de radiodensidad de un avión a través de la cabeza" después de observar un aparato automatizado construido para rechazar fruta congelada mediante la detección de porciones deshidratadas. En 1961, construyó un prototipo en el que una fuente de rayos X y un detector acoplado mecánicamente giraban alrededor del objeto a ser fotografiado. Al reconstruir la imagen, este instrumento podría obtener una imagen de rayos X de un clavo rodeado por un círculo de otros clavos, lo que imposibilitó la radiografía desde un solo ángulo. [ aclaración necesaria ] [11] En su artículo histórico de 1961, describió el concepto básico que más tarde utilizó Allan McLeod Cormack para desarrollar las matemáticas detrás de la tomografía computarizada.
En octubre de 1963, Oldendorf recibió una patente estadounidense para un "aparato de energía radiante para investigar áreas seleccionadas de objetos interiores oscurecidos por material denso", por lo que compartió el Premio Lasker de 1975 con Hounsfield. [3] El campo de los métodos matemáticos de la tomografía computarizada continúa siendo un área de desarrollo activo. [12] [13] [14] [15]
En 1968, Nirvana McFadden y Michael Saraswat establecieron pautas para el diagnóstico de patologías abdominales comunes, como apendicitis aguda , obstrucción del intestino delgado , síndrome de Ogilvie , pancreatitis aguda , invaginación intestinal y atresia de piel de manzana . [dieciséis]
La tomografía de plano focal convencional siguió siendo un pilar del diagnóstico radiológico hasta finales de la década de 1970, cuando la disponibilidad de miniordenadores y el desarrollo de la exploración axial transversal llevaron a la TC a suplantar gradualmente como modalidad preferida de obtención de imágenes tomográficas. En términos de matemáticas, el método se basa en el uso de Radon Transform. Pero como Cormack recordó más tarde, [17] tuvo que encontrar la solución él mismo, ya que solo en 1972 se enteró del trabajo de Radon, por casualidad.
Escáneres comerciales
El primer escáner de TC comercialmente viable fue inventado por Sir Godfrey Hounsfield en Hayes , Reino Unido , en EMI Central Research Laboratories utilizando rayos X. Hounsfield concibió su idea en 1967. [4] El primer EMI-Scanner se instaló en el Hospital Atkinson Morley en Wimbledon , Inglaterra, y el primer escáner cerebral de un paciente se realizó el 1 de octubre de 1971. [18] Se anunció públicamente en 1972.
El prototipo original de 1971 tomó 160 lecturas paralelas a través de 180 ángulos, cada una con 1 ° de separación, y cada escaneo tomó un poco más de 5 minutos. Las imágenes de estos escaneos tardaron 2,5 horas en procesarse mediante técnicas de reconstrucción algebraica en una computadora grande. El escáner tenía un solo detector fotomultiplicador y funcionaba según el principio de traslación / rotación. [18]
A menudo se afirma que los ingresos de las ventas de discos de The Beatles en la década de 1960 ayudaron a financiar el desarrollo del primer escáner CT en EMI [19], aunque esto ha sido cuestionado recientemente. [20] La primera máquina de TC de rayos X de producción (de hecho llamada "EMI-Scanner") se limitó a hacer secciones tomográficas del cerebro, pero adquirió los datos de la imagen en aproximadamente 4 minutos (escaneando dos cortes adyacentes), y el El tiempo de cálculo (utilizando una minicomputadora Data General Nova ) fue de aproximadamente 7 minutos por imagen. Este escáner requería el uso de un tanque de metacrilato lleno de agua con una "tapa de cabeza" de goma preformada en la parte delantera, que encerraba la cabeza del paciente. El tanque de agua se utilizó para reducir el rango dinámico de la radiación que llega a los detectores (entre la exploración fuera de la cabeza en comparación con la exploración a través del hueso del cráneo). Las imágenes tenían una resolución relativamente baja, estando compuestas por una matriz de solo 80 × 80 píxeles.
En Estados Unidos, la primera instalación fue en la Clínica Mayo . Como tributo al impacto de este sistema en las imágenes médicas, la Clínica Mayo tiene un escáner EMI en exhibición en el Departamento de Radiología. Allan McLeod Cormack de la Universidad de Tufts en Massachusetts inventó de forma independiente un proceso similar, y tanto Hounsfield como Cormack compartieron el Premio Nobel de Medicina de 1979 . [21]
El primer sistema de TC que podía tomar imágenes de cualquier parte del cuerpo y no requería el "tanque de agua" fue el escáner ACTA (Automatic Computerized Transverse Axial) diseñado por Robert S. Ledley, DDS , en la Universidad de Georgetown . Esta máquina tenía 30 tubos fotomultiplicadores como detectores y completaba un escaneo en solo nueve ciclos de traslación / rotación, mucho más rápido que el EMI-Scanner. Utilizaba una minicomputadora DEC PDP11 / 34 tanto para operar los servo-mecanismos como para adquirir y procesar las imágenes. La farmacéutica Pfizer adquirió el prototipo de la universidad, junto con los derechos para fabricarlo. Luego, Pfizer comenzó a hacer copias del prototipo, llamándolo "200FS" (FS que significa Fast Scan), que se vendían tan rápido como podían. Esta unidad produjo imágenes en una matriz de 256 × 256, con una definición mucho mejor que la 80 × 80 del EMI-Scanner.
Desde el primer escáner CT, la tecnología CT ha mejorado enormemente. Las mejoras en la velocidad, el recuento de cortes y la calidad de la imagen han sido el principal objetivo de las imágenes cardíacas. Los escáneres ahora producen imágenes mucho más rápido y con mayor resolución, lo que permite a los médicos diagnosticar a los pacientes con mayor precisión y realizar procedimientos médicos con mayor precisión. A finales de la década de 1990, los escáneres de TC se dividieron en dos grupos principales, "TC fija" y "TC portátil". Los "escáneres CT fijos" son grandes, requieren una fuente de alimentación dedicada, armario eléctrico, sistema HVAC, una sala de estación de trabajo separada y una sala grande con revestimiento de plomo. Los "escáneres CT fijos" también se pueden montar dentro de remolques de tractores grandes y se pueden conducir de un sitio a otro y se conocen como "escáneres CT móviles". Los "escáneres de tomografía computarizada portátiles" son livianos, pequeños y están montados sobre ruedas. Estos escáneres a menudo tienen blindaje de plomo incorporado y funcionan con baterías o con alimentación de pared estándar.
En 2008, Siemens presentó una nueva generación de escáneres que podía tomar una imagen en menos de 1 segundo, lo suficientemente rápido como para producir imágenes claras de corazones y arterias coronarias que latían.
Técnicas ampliamente reemplazadas
La TC reemplazó a la neumoencefalografía más invasiva para la obtención de imágenes del cerebro, así como a la mayoría de las aplicaciones de la tomografía de plano focal .
Tomografía de plano focal
Antes de la tomografía computarizada, las imágenes tomográficas se podían realizar mediante radiografía mediante tomografía de plano focal , que representaba un solo corte del cuerpo en una película radiográfica. Este método fue propuesto por el radiólogo italiano Alessandro Vallebona a principios del siglo XX. La idea se basa en principios simples de geometría proyectiva : mover sincrónicamente y en direcciones opuestas el tubo de rayos X y la película, que están conectados entre sí por una varilla cuyo punto de pivote es el foco; la imagen creada por los puntos en el plano focal parece más nítida, mientras que las imágenes de los otros puntos se aniquilan en forma de ruido. [22] Esto es solo marginalmente efectivo, ya que el desenfoque ocurre solo en el plano "x". Este método de adquirir imágenes tomográficas utilizando solo técnicas mecánicas avanzó hasta mediados del siglo XX, produciendo imágenes más nítidas de manera constante y con una mayor capacidad para variar el grosor de la sección transversal que se examina. Esto se logró mediante la introducción de dispositivos multidireccionales más complejos que pueden moverse en más de un plano y realizar un desenfoque más efectivo. Sin embargo, a pesar de la creciente sofisticación de la tomografía de plano focal, siguió siendo ineficaz para producir imágenes de tejidos blandos. [22] Con el aumento de la potencia y la disponibilidad de las computadoras en la década de 1960, se inició la investigación de técnicas computacionales prácticas para crear imágenes tomográficas, lo que condujo al desarrollo de la tomografía computarizada (TC).
Referencias
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