Los Beatles y la invención de la Tomografía Computerizada (TC)

Dr. Vicente Belloch
Director Científico del Grupo Ascires

La invención de la tomografía computarizada (TC) conocida coloquialmente como “Tac” proporciona un ejemplo casi de libro de texto de cómo el progreso de la ciencia se basa tanto en la creencia y defensa de las ideas, como en la calidad de las ideas mismas. La combinación del éxito económico de los Beatles con el sistema británico de subvenciones a la investigación y la genialidad de un ingeniero rompió la barrera del dinero y cambió el rostro de la medicina moderna.

Sin el trabajo del visionario Hounsfield, hoy en día careceríamos de áreas extensas de medicina diagnóstica, quirúrgica o terapéutica. Todo, desde el diseño asistido por computadora hasta la inteligencia artificial utilizada en la medicina actual, tiene vínculos con esta aplicación temprana de las computadoras al mundo de la imagen.

Y es que, el innovador concepto de Godfrey Hounsfield de ver los órganos desde fuera del cuerpo era tan ambicioso que para llegar a buen término necesitó del capital generado por el grupo de música de pop más exitoso de la historia, y de médicos visionarios.

Los Beatles traspasaron constantemente los límites de la innovación en la música popular. No sorprende descubrir que su éxito económico ayudó a impulsar otros avances, y uno de ellos fue nada menos que el desarrollo de la herramienta de diagnóstico por imagen más importante en la historia de la Medicina del siglo XX.

Al mismo tiempo que los Beatles terminaban su álbum, “Sargeant Pepper’s Lonely Heart’s Club Band”, y mientras paseaba por la campiña inglesa, Godfrey Hounsfield, un ingeniero eléctrico que trabajaba en Electric and Musical Industries (EMI) , concibió una idea maravillosa pero ambiciosa. Una idea que precisaba una inversión financiera considerable.

A mediados de la década de 1960, los Beatles no eran solo una fuerza cultural, sino económica. En su apogeo, sus ventas generaban el equivalente de 650 dólares por segundo en dinero de hoy.

En términos de ventas de discos, en 1967 los Beatles casi habían duplicado las ganancias de la discográfica EMI desde que firmaron con su sello Parlophone cinco años antes. Esta solvencia económica permitió a EMI invertir una cantidad considerable de dinero en la financiación de ideas de investigación audaces.

En 1972, 5 años después, la idea de Hounsfield, la tomografía computarizada (TC) se haría realidad, y desde el descubrimiento de los Rayos X por Roentgen en 1895, pocos logros médicos serían recibidos con un entusiasmo tan incondicional.

Hounsfield se unió a EMI en 1951, donde inicialmente trabajó en radares y armas guiadas. Entre sus logros, se destacó el desarrollo de la primera computadora de transistores de Gran Bretaña, EMIDEC 1100, en 1958. EMI trasladó a Hounsfield a sus Laboratorios Centrales de Investigación después de vender su división de computadoras en 1962, y lo asignó al proyecto de diseñar una memoria de computadora de película delgada de acceso inmediato de un millón de palabras. Este proyecto fracasó por razones comerciales, pero confiando en las capacidades creativas de Hounsfield, sus supervisores le dieron rienda suelta para elegir su próximo proyecto de investigación.

Fue en este punto que Hounsfield tuvo su destello de inspiración en su paseo por el campo. Hounsfield estaba pensando en su investigación de radares, en particular en los problemas del reconocimiento de patrones. Los sistemas de radar escanean su entorno enviando ondas de radio desde un punto central y detectando patrones en la periferia. ¿Por qué no probar el proceso inverso, pensó Hounsfield mientras caminaba, y estudiar el patrón central o interior de un objeto desde el exterior? ¿Por qué no enviar rayos a través de un paquete para descubrir qué se esconde dentro?

“Pensé, ¿no sería bueno si tuviera muchas lecturas tomadas desde todos los ángulos a través de una caja”, dijo Hounsfield. «¿No sería bueno si pudiera reconstruir en 3-D lo que realmente había en la caja a partir de estas lecturas de direcciones aleatorias tomadas a través de la caja?» El truco, pensó Hounsfield, consistía en ver el objeto tridimensional como una serie de escaneos transversales o cortes, y comenzó a calcular matemáticamente cómo podía hacerlo.

Hounsfield pensó que los rayos X podrían cumplir este propósito. Los rayos X son una herramienta fenomenalmente poderosa para diagnosticar fracturas de huesos. Sin embargo, los rayos X son menos útiles para diagnosticar afecciones que afectan los tejidos blandos como el cerebro, ya que los rayos no pueden distinguir un tipo de tejido de otro, por lo que aparecen en las fotografías de rayos X como una masa gris similar a una niebla.

La idea de Hounsfield se centró en el hecho de que la intensidad de un haz de rayos X se reduce cuando pasa a través de un objeto, un proceso llamado atenuación. Diferentes partes del cuerpo humano, por ejemplo, huesos y tejidos blandos como el cerebro, amortiguan los rayos X de manera diferente. Si se pudiera observar los diferentes patrones de atenuación de un objeto humano dirigiendo un haz de rayos X a través de él desde diferentes ángulos, según la hipótesis de Hounsfield, podrías distinguir entre diferentes tipos de tejidos y reconstruir una imagen de una «rebanada» de ese objeto.

Hounsfield envió su propuesta de investigación a EMI bajo el título “Una forma mejorada de radiografía X”, en la que proponía que una serie de exposiciones a rayos X tomadas desde diferentes ángulos alrededor de un área del cuerpo podría construir una imagen transversal de una ‘rebanada’ de esa área. Las diferentes exposiciones a rayos X podrían detectarse mediante un dispositivo de detección que siempre apuntaba hacia la fuente de los rayos gamma, y estas lecturas se digitalizarían y se enviarían a una computadora para crear una imagen cruda del material dentro de la «rebanada».

Hounsfield desconocía que el matemático austríaco Johann Radon y el físico sudafricano Allan Cormack ya habían demostrado en teoría que se podía obtener tal imagen. Por ejemplo, Cormack ideó una solución matemática para medir la distribución de la densidad del tejido dentro del cuerpo. Sobre esta base, propuso que los rayos X podrían tomarse desde diferentes ángulos alrededor del cerebro o el cuerpo, y teniendo en cuenta los diferentes efectos de los tejidos blandos y densos en los rayos X, una computadora podría ensamblar estas imágenes en tres dimensiones. representaciones, pero no llevó esta idea más allá en términos de crear un instrumento que pudiera llevar esto a cabo.

Sin embargo, gracias a los grandes recursos financieros de EMI, Hounsfield pudo comenzar a convertir su idea en tecnología funcional. El proyecto generó tanto entusiasmo que el Departamento de Salud británico se involucró a través de su asesor radiológico Evan Lennon.

El primer sistema experimental de Hounsfield utilizó rayos gamma del elemento radiactivo americio para escanear botellas o frascos de metacrilato llenos de agua y piezas de metal y plástico, y fue «muy improvisado», como recordó en su Conferencia Nobel. Una cama de torno proporcionó los medios para mover y rotar la fuente de rayos gamma, y se colocaron detectores sensibles a cada lado de las botellas o frascos. El proceso de escaneo tomó nueve días y creó 28,000 mediciones, que una computadora de alta velocidad tardó dos horas y media en calcular y procesar. Sin embargo, las imágenes creadas por la computadora fueron lo suficientemente buenas como para convencer tanto a EMI como al Departamento de Salud de invertir 6.000 libras esterlinas cada uno en la adquisición de un tubo de rayos X y un generador, lo que reduciría el tiempo de escaneo a nueve horas.

Las imágenes de cerebros de animales mostraron que el método funcionaba, pero Hounsfield necesitaba colaborar con un médico para demostrar si funcionaría en cerebros humanos. Lennon, del Departamento de Salud, trató en vano de encontrar ese contacto, pero se topó con un muro de escepticismo. «¿Por qué debería encontrarme con un chiflado así?» respondió el primer radiólogo que Lennon se acercó, y varios más rechazaron una solicitud para reunirse con Hounsfield.

Lennon persistió y finalmente encontró oro con un radiólogo llamado James “Jamie” Ambrose, que trabajaba en el departamento de radiología del Hospital Atkinson Morley en Wimbledon, Londres. Ambrose estaba explorando formas de obtener imágenes del cerebro vivo utilizando métodos como el ultrasonido y la ecoencefalografía, y accedió a conocer a Hounsfield. La primera reunión no fue bien. Ambrose encontró a Hounsfield un personaje difícil; un hombre que no era muy hablador, desconfiado de explicar cualquier detalle de su invento, y que respondía a todas las imágenes neurológicas más recientes que Ambrose le mostraba con un desdeñoso «Puedo hacerlo mejor que eso».
Mientras se despedían después de lo que pareció una reunión infructuosa, Ambrose le entregó a Hounsfield un frasco que contenía un cerebro con un tumor y le pidió alguna prueba de su invento. Cuando Hounsfield regresó, trajo consigo una imagen del cerebro que mostraba el tumor e incluso áreas de sangrado dentro del tumor. Ambrose se quedó atónito al instante.

La previsión y el entusiasmo de Ambrose demostrarían ser un estímulo muy necesario para Hounsfield y su invento.

El prototipo de lo que se llamó el escáner cerebral EMI se instaló en el Hospital Morley de Atkinson y el primer paciente humano fue examinado el 1 de octubre de 1971. (El escáner cerebral EMI pasó a llamarse tomografía computarizada y el método también se conoce como tomografía axial computarizada) , o TAC.) Para la primera tomografía computarizada, Ambrose eligió a una mujer de poco más de cuarenta años con sospecha de tumor cerebral.

“Había una imagen hermosa de un quiste circular justo en el medio del lóbulo frontal”, recordó Hounsfield, “y, por supuesto, entusiasmó a todos en el hospital que conocían este proyecto”. Tras ver la imagen, Hounsfield y Ambrose se sintieron, según recordó este último, como futbolistas que acababan de marcar el gol de la victoria. El cráneo ya no era inaccesible desde el exterior, las complejidades del cerebro ahora eran visibles y podían distinguir entre tejido sano y enfermo. Durante las próximas semanas, confirmaron las capacidades del escáner con otros diez pacientes, en quienes diagnosticaron y localizaron sus enfermedades cerebrales y, por lo tanto, las hicieron accesibles para la intervención quirúrgica.

Cuando Ambrose presentó estas primeras imágenes clínicas en el Congreso Anual del Instituto Británico de Radiología, la sociedad radiológica más antigua del mundo, el 20 de abril de 1972, la audiencia quedó atónita. Ver imágenes del cerebro que mostraban claramente lesiones, tumores y hemorragias hizo desaparecer instantáneamente todo el escepticismo que tenían los radiólogos sobre la técnica. Estas poderosas imágenes convencieron a los radiólogos de que estaban presenciando una nueva era en la detección y evaluación de enfermedades.

El Departamento de Salud compró los primeros tres escáneres EMI producidos y los colocó en los Royal Infirmary Hospital de Manchester y Glasgow y en el Instituto de Neurología de Londres. Se enviaron dos escáneres más a la Clínica Mayo y al Hospital General de Massachusetts en los Estados Unidos. En octubre de 1972, Jamie Ambrose mostró y presentó imágenes de un escáner EMI a una audiencia de 2000 médicos en la reunión de Chicago de la Sociedad Radiológica de América del Norte (RSNA). Recibió una ovación de pie, una de las muchas que él y Hounsfield recibirían en los próximos años, ya que las mejoras en la TC permitieron analizar secciones del cuerpo y la literatura radiológica comenzó a revelar el impacto total de la técnica en el diagnóstico y tratamiento de pacientes.

Y así, la innovación en las computadoras de la época aplicada al diagnóstico por imagen fue posible gracias al capital generado por EMI en su gran apuesta por los Beatles.