Η εφεύρεση απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού (MRI)

Η απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (κοινώς ονομάζεται "μαγνητική τομογραφία") είναι μια μέθοδος εμφάνισης μέσα στο σώμα χωρίς χειρουργική επέμβαση, επιβλαβείς χρωστικές ή Ακτίνες Χ. Αντ 'αυτού, οι σαρωτές μαγνητικής τομογραφίας χρησιμοποιούν μαγνητισμό και ραδιοκύματα για να παράγουν σαφείς εικόνες της ανθρώπινης ανατομίας.

Η μαγνητική τομογραφία βασίζεται σε φαινόμενο φυσικής που ανακαλύφθηκε στη δεκαετία του 1930 με την ονομασία «πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού» ή NMR όπου τα μαγνητικά πεδία και τα ραδιοκύματα προκαλούν άτομα να εκπέμπουν μικροσκοπικά ραδιοσήματα. Ο Felix Bloch και ο Edward Purcell, που εργάζονται στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ και στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, αντίστοιχα, ήταν αυτοί που ανακάλυψαν NMR. Από εκεί, η φασματοσκοπία NMR χρησιμοποιήθηκε ως μέσο για τη μελέτη της σύνθεσης των χημικών ενώσεων.

Το 1970, ο Raymond Damadian, ιατρός και επιστήμονας της έρευνας, ανακάλυψε τη βάση για τη χρήση της απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού ως εργαλείου ιατρικής διάγνωσης. Διαπίστωσε ότι διάφορα είδη ζωικών ιστών εκπέμπουν σήματα απόκρισης που ποικίλουν σε μήκος, και πολλά άλλα σημαντικό, ότι ο καρκινικός ιστός εκπέμπει σήματα απόκρισης που διαρκούν πολύ περισσότερο από τα μη καρκινικά ιστός.

Λιγότερο από δύο χρόνια αργότερα, κατέθεσε την ιδέα του για χρήση απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού ως εργαλείου ιατρικής διάγνωσης με το Γραφείο Διπλωμάτων Ευρεσιτεχνίας των Η.Π.Α. Έχει τίτλο "Συσκευή και μέθοδος ανίχνευσης του καρκίνου στον ιστό". Ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας χορηγήθηκε το 1974, παράγοντας την πρώτη στον κόσμο ευρεσιτεχνία που εκδίδονται στον τομέα της μαγνητικής τομογραφίας. Μέχρι το 1977, ο Δρ Damadian ολοκλήρωσε την κατασκευή του πρώτου σώματος σαρωτή MRI ολόκληρου του σώματος, την οποία ονόμασε "ακαταμάχητη".

Από τότε που εκδόθηκε το πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, η ιατρική χρήση της απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού αναπτύχθηκε γρήγορα. Ο πρώτος εξοπλισμός MRI στον τομέα της υγείας ήταν διαθέσιμος στις αρχές της δεκαετίας του '80. Το 2002, περίπου 22.000 φωτογραφικές μηχανές MRI χρησιμοποιήθηκαν παγκοσμίως και πραγματοποιήθηκαν περισσότερες από 60 εκατομμύρια εξετάσεις μαγνητικής τομογραφίας.

Το 2003, ο Paul C. Ο Lauterbur και ο Peter Mansfield έλαβαν το Βραβείο Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής για τις ανακαλύψεις τους σχετικά με την απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού.

Ο Paul Lauterbur, καθηγητής της χημείας στο κρατικό πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης στο Stony Brook, έγραψε ένα έγγραφο σχετικά με μια νέα τεχνική απεικόνισης που ονόμασε «ζευγατογραφία» (από την ελληνική zeugmo που σημαίνει "ζυγός" ή "ενώνει μαζί"). Τα πειράματα απεικόνισης μετατόπισαν την επιστήμη από τη μοναδική διάσταση της φασματοσκοπίας NMR στη δεύτερη διάσταση του χωροταξικού προσανατολισμού-ένα θεμέλιο της μαγνητικής τομογραφίας.

Ο Peter Mansfield του Nottingham, Αγγλία ανέπτυξε περαιτέρω τη χρήση κλίσεων στο μαγνητικό πεδίο. Έδειξε πώς τα σήματα θα μπορούσαν να αναλυθούν μαθηματικά, πράγμα που επέτρεψε την ανάπτυξη μιας χρήσιμης τεχνικής απεικόνισης. Ο Mansfield έδειξε επίσης πως θα μπορούσε να επιτευχθεί εξαιρετικά γρήγορη απεικόνιση.

Το νερό αποτελεί περίπου τα δύο τρίτα του σωματικού βάρους ενός ανθρώπου και αυτή η υψηλή περιεκτικότητα σε νερό εξηγεί γιατί η απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού έχει γίνει ευρέως εφαρμόσιμη στην ιατρική. Σε πολλές ασθένειες, η παθολογική διαδικασία έχει ως αποτέλεσμα μεταβολές στην περιεκτικότητα σε νερό μεταξύ των ιστών και των οργάνων, και αυτό αντικατοπτρίζεται στην εικόνα MR.

Το νερό είναι ένα μόριο που αποτελείται από υδρογόνο και οξυγόνου. Οι πυρήνες των ατόμων υδρογόνου μπορούν να δράσουν ως μικροσκοπικές βελόνες πυξίδας. Όταν το σώμα εκτίθεται σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο, το πυρήνες των ατόμων υδρογόνου κατευθύνονται σε στάση "σε προσοχή". Όταν υποβάλλονται σε παλμούς ραδιοκυμάτων, το ενεργειακό περιεχόμενο των πυρήνων αλλάζει. Μετά τον παλμό, οι πυρήνες επιστρέφουν στην προηγούμενη κατάσταση τους και εκπέμπεται ένα κύμα συντονισμού.

Οι μικρές διαφορές στις ταλαντώσεις των πυρήνων ανιχνεύονται με προηγμένη υπολογιστική επεξεργασία. είναι δυνατόν να δημιουργηθεί μια τρισδιάστατη εικόνα που αντικατοπτρίζει τη χημική δομή του ιστού, συμπεριλαμβανομένων των διαφορών στην περιεκτικότητα σε νερό και στις κινήσεις των μορίων του νερού. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια πολύ λεπτομερή εικόνα των ιστών και των οργάνων στην ερευνηθείσα περιοχή του σώματος. Με αυτόν τον τρόπο, μπορούν να τεκμηριωθούν παθολογικές αλλαγές.