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.
La Storia che ne segue può essere suddivisa in cinque periodi:
- 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
- 1944-1970: Avvento dell’elettronica e dell’informatica
- 1971-1980: Periodo della “Risoluzione in Ampiezza”, con l'obiettivo tecnologico di migliorare la capacità di distinguere fra loro tessuti anche molto simili
- 1981-1994: Periodo della “Risoluzione temporale”, con l'obiettivo di ottenere le immagini in tempi sempre minori
- 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).
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. |
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| 1896 (Francia) RX |
Thomas Edison inventa uno schermo luminescente che converte in luce visibile l'energia dei raggi X (base delle tecniche fluoroscopiche). |
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| 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. |
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| 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. |
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| 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. |
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| 1917 TC |
Johann Radon pubblica uno studio su un metodo matematico (la Trasformata di Radon) che sarà utilizzato nella ricostruzione di immagini tomografiche. |
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| 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. |
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| 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). |
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| 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. |
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| 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. |
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| 1944 | Isidor Rabi riceve il Premio Nobel per la Fisica. |
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| 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. |
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| 1952 | Felix Bloch ed Edward Purcell ricevono il Premio Nobel per la Fisica. |
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| 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 |
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| 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. |
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| 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. |
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| 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. | ||
| 1974 (Stati Uniti) RM |
Il medico Raymond Damadian osserva che il segnale di Risonanza Magnetica in tessuti affetti da tumore è alterato. |
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| 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 |
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| 1977 (Stati Uniti) RM |
R. Damadian completa la costruzione del primo scanner a Risonanza Magnetica. | ||
| 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 |
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| 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)