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    Storia del neuroimaging


    La nascita delle Bioimmagini viene fatta risalire a un preciso luogo e una precisa data: Wuerzburg, 1895. Avvengono infatti in tale anno le ricerche di Wilhelm Röntgen, il quale scoprì che quando, in un apposito tubo, i raggi catodici colpiscono un bersaglio metallico (anodo), si rileva l’emissione di una radiazione invisibile che ha la proprietà di attraversare anche corpi opachi alla luce. Per sottolineare la natura sconosciuta di questi raggi, li indicò con la lettera x.


    Il primo evento nella Storia delle Bioimmagini fu dunque l’esposizione a tali radiazioni da parte di Wilhelm Röntgen della mano della propria moglie Bertha, per mezz’ora (un tempo oggi ritenuto inammissibile per una radiografia). Il risultato di questo famoso esperimento è la nascita della prima bioimmagine.



    Radiografia della mano di Bertha Röntgen

    La Storia che ne segue può essere suddivisa in cinque periodi:

    1. 1895-1944: Periodo della “Risoluzione Spaziale”, nel quale la ricerca tecnologica ha avuto l'obiettivo di realizzare immagini in cui potessero evidenziarsi particolari sempre più piccoli
    2. 1944-1970: Avvento dell’elettronica e dell’informatica
    3. 1971-1980: Periodo della “Risoluzione in Ampiezza”, con l'obiettivo tecnologico di migliorare la capacità di distinguere fra loro tessuti anche molto simili
    4. 1981-1994: Periodo della “Risoluzione temporale”, con l'obiettivo di ottenere le immagini in tempi sempre minori
    5. 1991-oggi: evoluzione verso tecniche di imaging biomedico senza l’utilizzo della pellicola (imaging digitale), creazione di immagini di strutture microscopiche, messa a punto di tecniche di fusione di immagini o imaging integrato (compe i sistemi PET/TC).
    (tratto da: Valli, Coppini Bioimmagini, Patron, 2002)


    Principali avvenimenti e scoperte

    La cronologia che segue è una selezione di eventi rilevanti nella storia dell'evoluzione delle tecniche di imaging biomedico. Si evidenziano i principali avvenimenti e le principali scoperte che hanno portato alle sofisticate tecniche oggi disponibili: tecniche radiologiche (radiografia e tomografia computerizzata, TC), tecniche medico-nucleari (scintigrafia e tomografie da emissione, SPECT e PET) e tecniche di risonanza magnetica.

    Legenda:

    • RX: avvenimenti riguardanti lo sviluppo della radiografia
    • RM: avvenimenti riguardanti lo sviluppo della Risonanza Magnetica
    • TC: avvenimenti riguardanti lo sviluppo della Tomografia Computerizzata
    • ET: avvenimenti riguardanti lo sviluppo delle tecniche di Tomografia ad Emissione

    1895
    (Francia)
    RX

    Wilhelm Röntgen scopre i raggi X.


    Wilhelm Röntgen
    1896
    (Francia)
    RX

    Thomas Edison inventa uno schermo luminescente che converte in luce visibile l'energia dei raggi X (base delle tecniche fluoroscopiche).

    Henri Becquerel scopre l'emissione naturale di raggi X da sostanze fluorescenti.


    Thomas Edison e Henry Becquerel
    1897
    (Regno Unito)
    RM

    Il fisico irlandese Joseph Larmor, docente al St John's College di Cambridge, dimostra che la frequenza di precessione dello spin (cioè del momento della quantità di moto) di un nucleo atomico è proporzionale all'intensità del campo magnetico in cui il nucleo stesso si trova immerso. La relazione di Larmor sarà alla base delle scoperte di Felix Bloch ed Edward Purcell che, mezzo secolo dopo, svilupperanno le tecniche di analisi basate sulla Risonanza Magnetica Nucleare.


    Joseph Larmor
    1898
    (Francia)
    ET

    I coniugi Marie e Pierre Curie, che studiano da qualche anno le radiazioni osservate da Becquerel, scoprono due elementi radioattivi: il polonio (così denominato in ricordo della patria di origine di Marie Curie) e il radio.


    Marie e Pierre Curie
    1901

    Wilhelm Röntgen riceve il Premio Nobel per la Fisica

    .
    1903

    Marie e Pierre Curie ed Henri Becquerel ricevono il Premio Nobel per la Fisica.

    1913
    (Germania)

    Il fisico Hans Geiger, assistente di Rutherford al Cavenish Laboratory, inventa un apparecchio per rivelare le radiazioni elettromagnetiche (contatore di Geiger), basato sul principio della ionizzazione dell'aria al passaggio di un fascio di radiazioni.


    Hans Geiger
    1917
    TC

    Johann Radon pubblica uno studio su un metodo matematico (la Trasformata di Radon) che sarà utilizzato nella ricostruzione di immagini tomografiche.


    Johann Radon
    1924
    (Danimarca)
    ET

    Il fisico ungherese Georg Hevesy esegue le prime sperimentazioni con traccianti radioattivi iniettati negli animali, e apre la via all’imaging medico-nucleare in vivo.


    Georg Hevesy
    1932
    (Stati Uniti)
    ET

    Al California Institute of Technology, il fisico Carl David Anderson scopre nella radiazione cosmica il positrone, una particella elementare che ha la stessa massa dell'elettrone e una carica elettrica uguale ma di segno opposto (carica elementare positiva). I positroni, che possono essere generati anche per effetto del decadimento dei radioisotopi, troveranno applicazione, negli anni Settanta, nella tomografia a emissione di positroni PET (Positron Emission Tomography).


    Carl David Anderson
    1936
    (Stati Uniti)
    ET

    Emilio Gino Segrè isola il primo elemento artificiale, il tecnezio, il cui isotopo Tc-99m diverrà uno degli isotopi radioattivi più utilizzati in medicina nucleare.


    Emilio Gino Segrè
    1939
    (Stati Uniti)
    ET

    Il fisico Ernest Orlando Lawrence realizza un ciclotrone per la produzione di elementi radioattivi artificiali.

    Fine anni Trenta
    (Stati Uniti)
    RM

    Il fisico Isidor Rabi mette a punto un metodo di osservazione degli spettri atomici, basato sulla Risonanza Magnetica Atomica e Nucleare.


    Isidor Rabi
    1944

    Isidor Rabi riceve il Premio Nobel per la Fisica.

    1946
    (Stati Uniti)
    RM

    Due ricercatori statunitensi, Felix Bloch all'Università di Stanford, ed Edward Purcell all'Università di Harvard, eseguono, indipendentemente il primo esperimento di Risonanza Magnetica Nucleare.


    Felix Bloch ed Edward Purcell
    1952

    Felix Bloch ed Edward Purcell ricevono il Premio Nobel per la Fisica.

    1955
    (Stati Uniti)
    RX

    Viene realizzato il primo intensificatore d'immagini a raggi X, usato nelle tecniche fluoroscopiche.

    1959

    Emilio Gino Segrè riceve il Premio Nobel per la Fisica.

    1963/64
    (Stati Uniti)
    ET

    • David E. Kuhl e Roy Q. Edwards presentano le prime immagini di Tomografia ad Emissione di Fotone Singolo (SPECT).
    • Con due lavori pubblicati nel 1963-64, il fisico statunitense Allan M. Cormack, Istituto di Fisica della Tufts University (Medford), propone una funzione matematica bidimensionale in grado di descrivere l'attenuazione subita dai raggi X, attraversando le diverse regioni di una sottile "fetta" del sistema biologico in esame.
    • Hal Anger asviluppa, presso l'Università della California, la gamma camera (o camera a scintillazione, o Anger camera) in grado di rivelare i raggi gamma, emessi per decadimento spontaneo di isotopi radioattivi e formare immagini scintigrafiche in medicina nucleare.


    Allan M. Cormack
    1968
    (Regno Unito)
    TC

    Godfrey N. H. Hounsfield, della Ditta EMI, brevetta il primo tomografo assiale computerizzato che entra in produzione, con il nome EMI-scanner, a metà degli anni Settanta.


    Godfrey N. H. Hounsfield
    Primi anni Settanta
    (Stati Uniti)

    Le soluzioni analogiche tradizionali di diagnostica medica vengono trasformate gradualmente in digitali, adattando opportunamente i convertitori analogico-digitali, sviluppati per le telecomunicazioni.

    1973
    (Stati Uniti)
    RM

    Il chimico Paul Lauterbur pubblica sulla rivista "Nature" l'articolo "Image formation by induced local interaction" con la prima immagine da lui ottenuta utilizzando la Risonanza Magnetica Nucleare.


    Paul Lauterbur
    1974
    (Stati Uniti)
    RM

    Il medico Raymond Damadian osserva che il segnale di Risonanza Magnetica in tessuti affetti da tumore è alterato.


    Raymond Damadian
    1975
    (Stati Uniti)
    ET

    Alla Washington University di St. Louis, Michel M. Ter Pogossian mette a punto il primo tomografo PET, chiamato PET III.

    1977
    (Stati Uniti)
    ET

    • Alla Michigan University John W. Keyes realizza la prima apparecchiatura SPECT a camera rotante.
    • Primo simposio sulla Neurology Computed Tomography.


    John W. Keyes
    1977
    (Stati Uniti)
    RM

    R. Damadian completa la costruzione del primo scanner a Risonanza Magnetica.
    Damadian esegue inoltre la prima scansione a Risonanza Magnetica su una persona viva. La formazione dell'immagine richiede quattro ore.

    1979

    Godfrey N. H. Hounsfield ed Allan M. Cormack ricevono il Premio Nobel per la Medicina.

    1981
    (Stati Uniti)

    Al convegno della Radiological Society of North America viene presentata la Computer Radiography (CR) che consente di fornire immagini radiologiche digitali senza bisogno di ricorrere a pellicole fotografiche.

    Anni Ottanta
    RM

    A fianco dell'angiografia radiologica, che consente di osservare i vasi sanguigni per contrasto (cioè con previa introduzione di sostanze radiopache) si sviluppa l'angiografia a Risonanza Magnetica Nucleare.

    1985
    (Stati Uniti)

    L'ACR (American College of Radiology) e la NEMA (National Electrical Manufactures Association) sviluppano congiuntamente la prima versione del protocollo DICOM (Digital Imaging and COmmunication in Medicine) che consente il colloquio fra macchine di diversa tecnologia e di diverso fabbricante e il trattamento fuori linea delle bioimmagini.

    1989
    (Stati Uniti)
    RM
    TC

    • Viene introdotta la tecnica EPI (Echo-Planar Imaging) che permetterà di sviluppare tecniche di risonanza magnetica funzionale (fMRI-functional Magnetic Resonance Imaging)
    • E' introdotta la tomografia computerizzata del tipo a spirale, o elicoidale (spiral Computer Tomography), dove un movimento traslatorio del tavolo dà alla sorgente un movimento elicoidale rispetto all'organo in esame.

    1991
    (Stati_Uniti)
    RM

    Presso il Massachusetts General Hospital e Harvard Medical School, Jack Belliveau e il suo gruppo eseguono il primo esperimento di Risonanza Magnetica volto allo studio delle funzioni cerebrali: visualizzazione della corteccia cerebrale di un soggetto sottoposto a uno stimolo visivo.

    1995
    (Stati Uniti)

    Viene sviluppato un sistema di radiografia digitale DR (Digital Radiography) che utilizza pannelli di silicio amorfo accoppiati a uno strato scintillatore formato da una matrice di rivelatori che permette la formazione digitale diretta dell'immagine radiologica.

    Fine anni 90
    (Stati Uniti)
    TC

    Nasce la multislice spiral CT con più file di rilevatori, per una riduzione del tempo di scansione.

    1998
    (Stati Uniti)
    ET
    TC

    David Townsend dell'Università di Pittsburgh, in collaborazione con CTI PET di Knoxville, sviluppa il primo prototipo di sistema integrato PET/TC.

    2003

    Paul C. Lauterbur e Peter Mansfield ricevono il Premio Nobel per la Medicina.


    (tratto da: Museo storico virtuale dell'AEIT)


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