LAS TECNOLOGÍAS DE LA IMAGEN EN MEDICINA - rac.es · PDF filede cristales bajo la...

LAS TECNOLOGÍAS DE LA IMAGEN EN MEDICINA

PEDRO GARCÍA BARRENO

Real Academia de Ciencias

INTRODUCCIÓN

Hacia mediados del siglo XVI tuvo lugar en Europa un re-planteamiento del lugar que el hombre ocupaba en la na-turaleza. Las nuevas imágenes del hombre y del universosurgieron simultáneamente. De la misma manera que lageografía ptolomeica dominó y sometió al pensamiento geo-gráfico durante la Edad Media, la doctrina médica de Ga-leno tiranizó el pensamiento anatómico durante cerca de milaños. Aunque la disección humana comenzó en el períodomedieval, la presión religiosa y el prejuicio académico laconvirtieron en práctica furtiva. Cuando el flamenco An-dreas Vesalio (figura 1), acudió a la Universidad de París, en-

Fig 1-Andreas Ve alio (Bruselas, 1514-lsla de Zante, Grecia, 1564).

tre 1533 y 1536, sólo estaban permitidas dos diseccionesanuales; en parte por esta razón, Vesalio se trasladó a Padua,donde realizó las primeras tablas o mapas de anatomía hu-mana. Vesalio publicó las Tabulae Anatomicae Sex en 1538;ese mismo año, su compatriota Gerardo Mercator (figu-ra 2), el más famoso cartógrafo de su tiempo, publicó sumapa del mundo. Poco después, en 1543 —el mismo año enque Copérnico publicaba su teoría heliocéntrica-, Vesaliopublicó una de las obras más importantes del siglo XVI, DeHumani Corporis Fabrica (figuras 3a, 3b y 3c).

Un hecho importante fue la influencia que tuvieron elcontexto intelectual e ideológico en la interpretación delas imágenes observadas. Mientras que Galileo vio montañassobre la Luna, Harriot sólo vio extrañas formas, y lo que Ga-lileo interpretó como manchas solares, el jesuíta Scheinerlo describió como pequeños planetas. El aristotelismo y elcopernicanismo influyeron de manera decisiva, y la mismainfluencia ejercieron la Reforma y la Contrarreforma. Lageografía de la Tierra y, con ello, la imagen de nuestro pla-neta cambiaron radicalmente en el siglo XVI. A diferenciade los mapas de Mercator (figura 4a), que muestran con fia-bilidad el mundo geográfico que conocemos (figura 4b),la nueva cartografía anatómica desarrollada en los últimosaños hace que el noble esfuerzo vesaliano sea prácticamenteirreconocible. Lo más significativo es la reconstrucción,punto a punto, del cuerpo sin transgredir lo más mínimosu integridad. La nueva tecnología es, sin duda, no inva-siva o, al menos, miniinvasiva.

Las imágenes que visualizan las estructuras internas delorganismo implican la transmisión de diferentes tipos deradiación a través de medios opacos dispersantes. Las imá-genes pueden formarse mediante tomografía de rayos X,resonancia magnética, ultrasonido, emisión de positro-nes, emisión térmica o impedancia eléctrica; todas ellaspresentan algún inconveniente que limita su uso para lamonitorización continua, no invasiva, del organismo. To-das ellas ofrecen posibilidades que son aprovechadas porlas modernas técnicas de imagen; tecnología que está cam-biando el modo de hacer la medicina. Las actuales tec-nologías posibilitan la recogida de enormes cantidades dedatos a partir de los diferentes órganos, lo que permite su

81


Fig. 2.- Gerhard Kremer, conocido como Mercator (Rupelmonde,Flandes, 1512-Duisburgo, Prusia, 1594).

reproducción en medios visuales. De este modo, puedeaccederse a la exploración detallada de la estructura y dela función sin invadir el organismo.

Tan espectacular progresión ha supuesto profundas trans-formaciones, entre las que destacan, primero, un cambioradical en el papel de la computadora: la nueva era de laimagen se debe a la conjunción de esta tecnología con de-tectores extraordinariamente sensibles. También, la posi-bilidad de nuevos campos de estudio; por ejemplo, la com-binación de técnicas de imagen y espectroscopia medianteresonancia magnética (MR), de tomografía de emisión depositrones (PET) y de electroencefalografía (EEG) hapermitido el acceso a las funciones cerebrales superiores.Y, en tercer lugar, la aparición de nuevas oportunidades paralos investigadores. El poder seductor de las imágenes nosólo abre nuevas áreas en los campos clínico e investiga-dor, sino que entraña nuevos riesgos. La imagen destapala estructura y el proceso biológicos; induce, con ello, a laacción, clínica o quirúrgica. La imagen exige, por todoello, mayor responsabilidad.

LA IMAGEN DIAGNÓSTICA: ICONOMEDICINA

Los rayos X

El fenómeno que Wilhelm Conrad Róntgen (figura 5)refirió, poco después de su descubrimiento, como unanueva clase de rayos ha existido desde los orígenes del Uni-verso. Desde su descubrimiento, hace ahora poco más decien años, tales rayos X pueden crearse artificialmente,modificarse y utilizarse con diferentes fines. Róntgen atri-buyó su descubrimiento al azar, pues no los buscaba so-bre la base de una hipótesis o de una teoría. Cuando losdescubrió, el 8 de noviembre de 1895, estaba ocupado enel estudio de la descarga eléctrica y de la emisión asocia-

Fig. 3..- De Humani Corporis Fabrica, a. Portada, b-1. Huesos, ligamentos y músculos, b-2. Hombre arterial, b-3. Hombre venoso, b-4. Hom-bre neural. c-5. Cavidad abdominal, c-6. Cavidad torácica, c-7. Cavidad cefálica. Orden descriptivo de la Fabrica: sistemas constructivos oediticativos (huesos, ligamentos y músculos), sistemas unitivos o correctivos (venas, arterias y nervios) y sistemas animadores o impulsivos

(órganos de las cavidades abdominal, torácica y cefálica).

82


Fig. 4.- a. Islas de las Indias Orientales, donde las principales son las Molucas, que son las más célebres. Del mapa de Mercator de 1610.b. Mapa fotográfico tomado por un satélite.

da de rayos catódicos (electrones) en recipientes de vidrioen los que se había practicado el vacío (tubos de Hittorfy Crookes); hallazgo que presentó en la Sociedad Físico-Médica de Würzburg el día 28 de diciembre (tabla I y fi-gura 6). Pocos descubrimientos han abierto tantos cami-nos. De todas las propiedades de los rayos X, su capacidadde hacer visible lo invisible fue, sin duda, la más fasci-nante; por ello, durante años, la temática principal de lasinvestigaciones se refirió a las imágenes anatómicas. Con-forme creció el conocimiento de tal radiación se expandióel campo de sus aplicaciones, que incluyó el estudio de lacomposición y de la estructura de la materia y la estruc-tura y el desarrollo del universo.

Rayos X

Rayos catódicos

Rayos a

Rayos ¡)

Rayos y

Forma de radiación electromagnética -fotones-, libe-rada en los fenómenos de transición electrónica, ca-paz de penetrar los cuerpos sólidos y de ionizar losgases. Los fotones se liberan en la colisión de elec-trones (e~) contra un anticátodo metálico (tubos deCoolidge). Los rayos X tienen una frecuencia de 10" Hz(vibraciones s~') y una longitud de onda de 0,1 -10 nm.Mientras que los rayos X de mayor longitud de ondase utilizan en la obtención de imágenes, los de menorlongitud de onda se utilizan en radioterapia.

Electrones (e~) emitidos en la colisión de iones* contrael cátodo (tubos de Crookes).

Núcleos de 2He4 emitidos por algunos núcleos ra-diactivos.

Negatrones (e~) o positrones (e*), emitidos por algunosnúcleos radiactivos.

Fotones energéticos emitidos por algunos núcleos ra-diactivos.

La radiobiología -el estudio de los efectos de la radia-ción ionizante sobre células, tejidos y organismos-, quetuvo su origen en las investigaciones con rayos X, facilitó

las bases científicas de la radioterapia y de la radioprotec-ción. Las lesiones cutáneas causadas por el manejo inicialde aparatos de rayos X, sin las debidas precauciones, se-ñalaron los efectos perjudiciales de la nueva radiación y su-girieron su uso potencial en el tratamiento de lesionesdérmicas específicas. En 1902 se adoptó la descoloraciónde cristales bajo la influencia de radiación como un mé-todo dosimétrico, y poco después comenzó la utilización

Fig. 5.-Wilhelm Conrad von Róntgen (Lennep, Renania, 1845-Munich, 1923).

83


sistemática de la radiación X en el tratamiento de carci-nomas superficiales.

Inmediatamente, tras el anuncio del descubrimiento delos nuevos rayos, el sensacionalismo creado por las pri-meras imágenes de una mano humana (figura 7) condu-jo a la investigación masiva de las posibilidades diagnós-ticas de los rayos X. El concepto de imagen del interiorcorporal ha supuesto una de las mayores contribucionesde todos los tiempos a la medicina. La imagen de la manode Bertha Róntgen daría origen -comenta Gálvez- a unanueva era en la medicina y también a la aparición de lo quesería una poderosa especialidad de ella: el radiodiagnóstico.

tSTn

frecuencia (Hz) longitud de onda (cm)

1023

1022

1021

1020

1019

1018

1017

1016

1015

10 ' "

1 0 "

1012

1 0 "

1010

ros

108

107

106

TO5

104

r. cósmicos

rayos X

rayos UV

LUZ VISIBLE

rayos IR

microondas (radar)

TV y radio FM

onda corta

radio A M

comunicaciones marítimas

onda cortafrecuencia alta

1 0 1 2

10 - "

1o-io

10-9

io-8

10- '

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

io-1

1

10

102

103

10"

105

106

onda larga

frecuencia corta

Fig. 6.- Radiación electromagnética (espectro).

Sin embargo, la aplicación del diagnóstico radiológicono fue la esperada, pues no todo fue optimismo y ala-banza en torno al nuevo método. En la misma prensa en

Fig. 7.- Radiografía de la mano de la Sra. de Róntgen.

la que se había difundido de forma sensacionalista, co-menzaron a aparecer opiniones en las que algunos expre-saban su creencia de que se trataba tan sólo de una cu-riosidad científica. No fue infrecuente que los médicosclínicos consideraran el diagnóstico radiológico como unaintrusión, a la vez que despreciaran la estática de una fo-tografía por rayos X frente a la dinámica de la auscultación.Ello no fue óbice para que ArtJiur Holly Compton (P. N. F.1927, por el descubrimiento del efecto que lleva su nom-bre) sentenciara años después, en 1957, que durante eseperíodo los rayos X habían salvado tantas vidas como lasque se habían perdido entre las dos Guerras.

Uno de los principales problemas de la radiografía con-vencional es que produce una imagen que es una super-posición de todas las estructuras atravesadas por el haz derayos X; en 1934 se aportaron dos soluciones: la plani-grafía o tomografía convencional, que representó el ante-cedente de la tomografía computarizada (CT) desarrolla-da en la década de 1970, y la substracción, que lo fue dela angiografía por substracción digital. La veintena de añoscomprendida entre 1950 y 1970 representó un período deexpansión. Una de las razones para el incremento de lademanda lo supuso la aceptación del radiodiagnóstico porla profesión médica, el cual arrancó con la puesta en mar-cha de un departamento de radiodiagnóstico en un hos-pital holandés. Por aquellas fechas y con el antecedente

84


del primer medio de contraste yodado para radiografía *vascular, la angiografía fue una técnica rápidamente adop-tada que permitió, en 1964, introducir la angioplastiatransluminal; la cateterización angiográfica permite loca-lizar la obstrucción y guiar la introducción del catéter. Lairrupción de las computadoras en las técnicas radiológi-cas estándar (radiología digital) supuso un gran paso; en-tre otras, la angiografía mediante substracción digital(DSA) permite visualizar, selectivamente, los vasos (figu-ra 8). La DSA ha permitido el enorme desarrollo de laangioplastia transluminal percutánea (PTA); en la actua-lidad se practican millones de PTAs al año, y representanel ejemplo más extendido de las técnicas mínimamente

invasivas.

La Tomografía Computarizada (CT) por rayos X

En el año 1979, dos físicos, Alian MacLeod Cormack(figura 9) y Godfrey Newbold Hounsfield (figura 10), re-cibían el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por su par-ticipación en el desarrollo de la técnica basada en los ra-yos X denominada tomografía ayudada por computadora(computed tomography, CT). Ninguno de ellos tenía for-mación en medicina o en biología y ambos pertenecían alcampo de la denominada investigación aplicada. La his-toria del desarrollo de la CT es fascinante e instructiva. Cor-mack era miembro de la Facultad de Física de la Univer-sidad de Capetown cuando, en 1956, el hospital asociadoa esa universidad, el Groóte Shuur, perdió al físico delDepartamento de Radiología; ello motivó una solicitud de

Fig. 8 . - Menos es más con la magia de la DSA, que visualiza, única-mente, lo que el médico quiere examinar. Primero, se realiza una ra-diografía del tórax del paciente con un escáner digital de rayos X. Acontinuación, utilizando un catéter introducido a través de la arteriafemoral, se inyecta un medio de contraste en las arterias coronarias(1), y se efectúa una segunda radiografía mientras el contraste fluyepor el árbol coronario. Una computadora sustrae la primera imagende la segunda, reproduciendo solamente las estructuras que no hanvariado: los vasos coronarios contrastados (2) que, en caso de enfer-medad, mostrarán la patología (-» «-). La DSA es una de las aplica-ciones de la radiología computarizada (modificada de Sochurek, 1989).

Fig. 9.-Al ian MacLeod Cormack (Johannesburgo, 1924).

Fig. 10. - Godfrey Newbold Hounsfield (Newark, Arkansas, 1919).

85


colaboración al Departamento de Física. Cormack era,en ese momento, el único físico disponible, por lo quefue destinado al hospital jornada y media a la semana; enese tiempo supervisaba la administración de isótopos, lacalibración de las fuentes de radiación, etc.

Su relación con la planificación del tratamiento radio-terápico le sugirió la necesidad de conocer, de manera pre-cisa, los valores de atenuación -la cuantía del haz de ra-diación que se debilita al atravesar el cuerpo— y si dichoscálculos podrían efectuarse a partir de mediciones realizadasfuera del organismo. Cormack pensó que si se obtuvierael suficiente número de proyecciones con ángulos dife-rentes, podría conseguirse la información suficiente paracuantificar la estructura interna del organismo y, poste-riormente, reconstruir las imágenes de manera que tuvie-ran utilidad diagnóstica. Aquel mismo año se trasladó a laUniversidad de Harvard, donde se ocupó en desarrollar unateoría matemática para la reconstrucción de las imágenes;retornó a Sudáfrica al año siguiente y realizó una com-probación de la teoría mediante una simulación en el la-boratorio. En 1963, después de otros viajes para desarro-llar herramientas matemáticas más potentes, repitió susexperimentos, esta vez con resultados muy favorables. Esemismo año publicó sus resultados en espera de despertaralgún interés, lo que no consiguió. Debe recordarse queen el Hospital Groóte Shuur se realizó, pocos años después,el primer alotrasplante de corazón humano por el equipodirigido por Christian N. Barnard.

El trabajo de Hounsfield comenzó diez años despuésque el de Cormack y de manera totalmente independiente.Su interés tampoco llegó de un ambiente médico, sino delos estudios de reconocimiento de modelos en los labora-torios EMI. En 1967 trabajó sobre técnicas matemáticasutilizadas en la reconstrucción de la estructura interna deun cuerpo a partir de un determinado número de medi-ciones sobre la transmisión de radiación. El método uti-lizado por Hounsfield fue menos elegante desde el pun-to de vista matemático. Es curioso que el métodomatemático utilizado en la CT actual no corresponde a losmétodos originales de los inventores, sino que data de1917. Ya en su artículo de 1963, Cormack señalaba: «... pu-diera pensarse que este problema podría ser una parte es-tándar de las matemáticas del siglo XIX...». Las herra-mientas matemáticas que hoy se utilizan derivan de lasempleadas, a comienzos de nuestro siglo, por el matemá-tico Johann Radon para solucionar las ecuaciones del cam-po gravitatorio, y que nada tuvo que ver con la recons-trucción de imágenes.

Hounsfield, como Cormack, intuyó que un método to-mográfico sería el más práctico; cualquier cuerpo podríatrocearse en lonchas, y cada una de ellas podría reconstruirsea partir de la información obtenida al detectar la radiaciónque la había atravesado. Esta metodología reduce elproblema tridimensional de la estructura al bidimen-sional de las lonchas, que se detectan como superficies.Hounsfield calculó la exactitud teórica de la técnica, con-cluyendo que con niveles normales de radiación podría

medirse el valor absoluto del coeficiente de atenuacióncon una fiabilidad de un error menor del 0,5%, una fia-bilidad casi cien veces mayor que la de los métodos con-vencionales. Ese fue un hecho de la máxima importan-cia, pues el éxito de la CT se debe a que la estructurainterior puede ser visualizada distinguiéndose diferenciasmínimas de intensidad; ello permitió, al nivel cerebral,distinguir las sustancias gris y blanca. Tras una serie deensayos de laboratorio que concluyeron con el cambio dela fuente de radiación -hasta entonces, Cormack y Houns-field habían trabajado con fuentes radiactivas- por untubo de rayos X, Hounsfield se puso en contacto con elDepartamento de Salud británico, consiguiendo la co-laboración de dos radiólogos, James Ambrose y Louis Kre-el. El primer aparato clínico se utilizó en el Hospital At-kinson Morley de Wimblendon, en el año 1971, y supusoel comienzo de una nueva era en la Medicina; era defini-da no sólo por el imperio de la imagen, sino también porla eclosión de la denominada Alta Tecnología Médica (fi-guras 11 y 12). En aquel mismo año, Dennis Ganor eragalardonado con el Premio Nobel de Física por sus trabajossobre el desarrollo del método holográfico, y RaymondDamadian apuntaba el diferente comportamiento del te-jido canceroso ante el fenómeno de resonancia magné-tica.

La Imagen por Resonancia Magnética (MR)

La imagen por resonancia magnética (MRI) figura en-tre las tecnologías de vanguardia; sus indicaciones abar-can desde el estudio del cerebro en los esquizofrénicoshasta el de los ligamentos de la rodilla en los atletas. La

Fig. 11. - Utilizando un delgado haz de rayos X en forma de abani-co, la tomografía computarizada (CT) de rayos X produce una ima-gen seccional del organismo. Las radiografías convencionales porrayos X, que visualizan el cuerpo desde un solo ángulo, pueden ofre-cer dificultades interpretativas al superponerse las sombras de losdiferentes tejidos y órganos. Diferentes moléculas, como el caldo, ab-sorben los rayos X cuando atraviesan el cuerpo (1), enmascarandolo que se sitúa detrás de ellas. Las máquinas de CT visualizan, des-de diferentes ángulos, una sección completa del organismo me-diante la circunvalación de un tubo de rayos X alrededor del pa-ciente. (2) Numerosos detectores recogen lo que cada proyecciónve, y una computadora integra las diferentes perspectivas ofrecien-do una imagen compuesta (3) (modificada de Sochurek, 1989).


Fig. 12.- a. Imagen convencional de tórax medíante rayos X. b. Imagen CT-rayos X de una sección abdominal.

rapidez no es, precisamente, el punto fuerte de la técni-ca; tanto, que en sus veinte años de historia, la MRI se haocupado del estudio estático de las estructuras biológicasmás que de las funciones que implican movimiento rá-pido.

El fenómeno subyacente a la resonancia magnéticanuclear —así se llamó la técnica originalmente— fue ob-servado, de manera independiente, por Félix Bloch (fi-gura 13), de la Universidad de Standford en California,y por Edward Purcell (figura 14), de la Universidad deHarvard, en el año 1946. La técnica se aplicó a la quí-mica analítica y a la física, pero no a la medicina. La re-sonancia magnética (MR) se basa en que ciertos núcleos

atómicos, en particular el núcleo de hidrógeno o protón,se comportan como nanoimanes. Si se aplica un cam-po magnético de suficiente intensidad, los protones—como los imanes— se alinean en el sentido del campo;cuando, una vez alineados, se someten a una señal de ra-diofrecuencia, los núcleos se perturban, rotan hacia ladirección del campo especificado por la señal (prece-sión de Larmor). Si la señal cesa, los núcleos vuelven aalinearse con el campo magnético, retornan a su posi-ción original, período de reorientación denominadotiempo de relajación. Esa precesión produce una señal,proporcional al tiempo de relajación, que puede detec-tarse mediante receptores adecuados (figuras 15, 16 y17). Al igual que en la CT, la MR utiliza potentes he-rramientas matemáticas para reconstruir la imagen que,en este caso, se ocupan directamente de los campos mag-néticos.

Sobre la base expuesta, la imagen por MR (MRI) utili-za la información proporcionada por la distribución delhidrógeno en el organismo (tabla II). Como el hidróge-no es un componente de las moléculas de agua, la MRImostrará su distribución en cualquier región anatómica;además, como la duración de la señal emitida —tiempo derelajación— está influida por la combinación química delas moléculas de agua, la MRI puede discriminar con pre-cisión entre los diferentes tipos de tejidos y entre tejidossanos y patológicos.

Fig. 13.- Félix Bloch (Zurich, 1905-Zurich, 1983).

Tabla II. Parámetros de l a M R S H isímbolo

N, p

T2

T1

o o 6

términodensidad es-pines

t. de relaja-ción espín-espín

t. de relaja-ción de lared de espi-nes

desplaza-miento quí-mico

significadonúmero de señales nucleares por uni-dad de volumen

tiempo transcurrido entre la aplica-ción de un pulso de radiofrecuenciay la pérdida de coherencia de fasede los magnetos nucleares (proto-nes).

tiempo transcurrido entre el cese delpulso de radiofrecuencia y la recu-peración de los protones a su alinea-miento original con el campo mag-nético inducido.

variación de la frecuencia de reso-nancia de los protones en diferen-tes ambientes.

unidad

mol mi"1

ms

ms

ppm o Hz

87


Fig. 14.- Edward Mills Purcell (Taylorville, Illinois, 1912).

En 1971, Raymond Damadian sugirió que los átomosde hidrógeno del agua de tejidos cancerosos se relajabanen tiempo diferente al de los protones de los tejidos nor-males; la intuición de Damadian hizo que solicitara la pa-tente de la MRI en 1972, pero fue Paul Lauterbur quienlogró la primera imagen por MR; lo consiguió en su la-boratorio de la Universidad del Estado de New York, enStony Brook. Si la mano de la señora Róntgen fue la pri-mera imagen obtenida mediante los rayos X, la imagende una almeja fue la primogénita de la nueva técnica.

Los estudios clínicos han demostrado que la MRI tie-ne una excelente sensibilidad para detectar una ampliavariedad de lesiones; son los parámetros de relajación losque proporcionan la casi totalidad de la información re-cuperada en la imagen. Sin embargo, dado que los dife-rentes tiempos de relajación en las diferentes patologíasse solapan y no proporcionan, por tanto, una informa-ción diagnóstica específica, se hizo necesaria la investiga-ción sobre posibles agentes de contraste —iones paramag-néticos— que incrementen el poder discriminatorio de laMR. El mecanismo por el que los compuestos paramag-néticos aportan contraste a la MRI es diferente al de losmedios de contraste radiográfico o al de las sondas isotó-picamente marcadas utilizadas en medicina nuclear; loscontrastes radiográficos y las sondas marcadas son obser-vadas por su capacidad de absorber los rayos X o por emi-tir radiación, respectivamente. La eficacia de los agentesde contraste en MRI depende de su capacidad de modi-ficar las propiedades magnéticas de los protones, en es-

pecial su tiempo de relajación en la molécula de agua conla que interactúan.

Una de las principales limitaciones de la MRI fue, comose ha señalado, la lentitud de la técnica. Las señales de ra-diofrecuencia -pulsos- son breves, apenas unos pocoscientos de milisegundos. La tecnología convencional deMRI construye las imágenes de un volumen dado de te-jido línea a línea; cada nueva línea exige que los núcleosretornen al equilibrio magnético, un proceso que lleva al-gún tiempo. La denominada MRI eco-planar (EPI) re-suelve ese problema al interpretar varios cientos de líneas

Fig. 15.- Como el director de un coro, la técnica de la MR dirige elcanto de los átomos de hidrógeno en el organismo. La máquina deMR rodea el cuerpo con potentes electroimanes que, refrigerados conhelio líquido, originan un campo magnético sesenta mil veces máspotente que el campo magnético terrestre. Este campo tiene unmarcado efecto sobre los protones, los núcleos de los átomos de hi-drógeno. Los protones giran como las peonzas, es decir, no mantienenun eje perpendicular ni fijo de giro, sino que oscilan al azar en dife-rentes direcciones (A). Sin embargo, dentro del campo magnéticogenerado por los electroimanes (B), los protones alinean sus ejes degiro en la dirección de los polos del campo magnético. Pero inmer-sos en el campo magnético generado, los protones, aunque alinea-dos, se tambalean o precesan, a una frecuencia específica; a mayorcampo magnético mayor frecuencia (f+). Cuando el escáner excitaa esos protones mediante un pulso de ondas de radio de la mismafrecuencia con que ellos se tambalean (frecuencia de las ondas deradio = frecuencia de precesión de los protones alineados), las on-das de radio noquean a los protones que se desalinean (C). Milise-gundos después de que ha desaparecido el pulso de radiofrecuen-cia (tiempo de relajación), los protones se realinean (D) emitiendo unaseñal (resonancia). La intensidad de la resonancia es proporcional ala densidad nuclear (p), que se cuantifica en mmol mi'1. El tiempo derelajación se denomina T1 o t. de relajación de la red de espines(spin-lattice). El tiempo que transcurre desde que se aplica el pulsode radiofrecuencia hasta que los p pierden la coherencia de fase sedenomina T2 o t. de relajación espín-espín (spin-spin). T1 y T2 semiden en ms. Las múltiples señales emitidas por el realineamientode los protones al cesar el pulso de radiofrecuencia son detectadasy procesadas por una computadora que las traduce en una imagenpor MR (MRI). La imagen revela el diferente contenido de hidróge-no de los tejidos; dado que el hidrógeno refleja el contenido deagua, la imagen obtenida distingue los diferentes tejidos. El hidró-geno es el átomo de referencia por su abundancia y por sus cuali-dades magnéticas, aunque también es posible estudiar otros ele-

mentos (fósforo, sodio) (modificada de Sochurek, 1989).


Fig. 16.- Estructura básica de una máquina de MR.

a partir de cada pulso mediante la utilización de potentesy rapidísimos gradientes oscilatorios del campo magnéti-co. Desde el punto de vista utilitario, el nuevo diseño re-duce el tiempo de exploración por paciente incremen-tando su rendimiento. Pero además, la EPI elimina losartefactos debidos al movimiento secundario a los ciclosrespiratorio y cardíaco que pueden distorsionan las imá-genes en la MR1. Mas aún, la EPI permite la evaluaciónde la función cardíaca en tiempo real; es posible determi-nar los flujos laminares y turbulentos tanto en las cáma-ras cardíacas como al atravesar las válvulas, lo que permi-te el diagnóstico y estudio de diferentes patologíascardiovasculares.

La ecografía

La aplicación diagnóstica del ultrasonido tiene su ori-gen en aplicaciones militares e industriales. Durante laGran Guerra, científicos franceses llevaron a cabo experi-mentos encaminados a detectar submarinos enemigos; sutrabajo resultó en el desarrollo del SONAR, sistema quesería utilizado durante la Segunda Guerra Mundial. A lavez, científicos soviéticos utilizaron los ultrasonidos paraestudiar, sin provocar alteraciones, diferentes materialesindustriales. En la década de los cincuenta, ingenieros yclínicos norteamericanos cooperaron en el desarrollo de téc-nicas ultrasónicas diagnósticas. Reid y Wild se ocuparonen el estudio de la estructura tisular en condiciones nor-males y patológicas, y Bliss y Howry investigaron la re-flexión de los haces ultrasónicos en las interfases tisula-res. A pesar de que en las primitivas máquinas deultrasonidos el paciente tenía que sumergirse en una ba-ñera, los ultrasonidos ofrecían la ventaja de que no utili-zaban radiación ionizante, por lo que su valor en obstetriciay en ginecología fue rápidamente reconocido. En 1957se diseñó un escáner de contacto muy similar a las sondastransductoras utilizadas en la actualidad.

Hacia 1980 el diagnóstico por ultrasonido estaba per-fectamente establecido; las exploraciones ultrasónicas du-rante el embarazo llegaron a ser una rutina en las consultasobstétricas. Rutina «amenazada» por la microimagen por

Fig. 17.- MR I de una sección craneal.

MR (MRM) (figura 18). Desde entonces, los ultrasoni-dos ofrecen numerosas posibilidades como técnica no in-vasiva; exámenes de rutina de mama y de próstata, diag-nóstico diferencial en patología intraabdominal y estudioscardiovasculares sofisticados, son sus aplicaciones más so-bresalientes. Los desarrollos más recientes se refieren alas técnicas de imagen vascular; el flujo sanguíneo pue-de visualizarse en tiempo real utilizando el efecto Dop-pler. En la aplicación más común, Doppler-color, los va-sos son visualizados mediante la asignación de colores.Un método alternativo, la imagen dinámica en color (co-lour velocity imaging, CVI), facilita el examen de los pe-queños vasos, y la CVI cuantitativa (CVI-Q) permite

Fig. 18.- 3-D MRM: estadio Carnegie 18 (embrión de 44 días).Secciones embrionarias. BR Smith, Center for In Vivo Microscopy,

Duke University Medical Center.

89


cuantificar el flujo de sangre y la pulsatilidad de la paredde un vaso. Todas estas técnicas están abriendo la puer-ta a una nueva técnica diagnóstica: el cateterismo vascu-lar funcional.

El ultrasonido es una técnica ecográfica cuyas imáge-nes revelan las propiedades ecogénicas de los tejidos. Du-rante muchos años se ha intentado obtener imágenes to-mográficas a partir del ultrasonido transmitido; hastaahora, los intentos no han tenido éxito, aunque se diseñauna nueva generación de ecotomógrafos para el estudio ma-mográfico. Con todo, hoy día, los ultrasonidos están fir-memente establecidos como técnica no invasiva y de fá-cil manejo; sin embargo, esa facilidad puede acarrearproblemas. Que se conozca, no existe riesgo inherente ala técnica, pero su uso indiscriminado puede conducir ainterpretaciones y a diagnósticos erróneos.

La optoimagen

La luz, por su parte, es una emisión no ionizante bas-tante segura, cuyas aplicaciones médicas son conocidasdesde antiguo; el diagnóstico por la observación de loslíquidos corporales al trasluz fue una práctica habitualplasmada en las obras de diversos maestros de la pintu-ra (sirvan de ejemplo el Cristo médico, de Werner van denValckert (1575-1625); El Doctor rural, de David Te-niers el joven (1582-1649), o La mujer hidrópica, deGerad Dou (1613-75). En un medio turbio, como lostejidos biológicos, los fotones son absorbidos y, en su ma-yor parte, dispersados. Las variaciones espaciales en laabsorbancia luminosa de los tejidos se han utilizadopara formar sombragramas por transiluminación de al-gunos tumores, así como para detectar hemorragias ce-rebrales; por ejemplo, la atenuación de la luz es mayoren los tumores de mama que en los tejidos adyacentes.Las variaciones temporales, que pueden estar causadaspor cambios en las propiedades ópticas de ciertas pro-teínas cuando varía la presión de oxígeno, se utilizanpara estimar los cambios en la oxigenación tisular. A suvez, los análisis espectrales pueden permitir la cuantifi-cación in vivo de sustancias tales como la glucosa y el co-lesterol.

La tomografía de coherencia óptica (OCT) es una nue-va tecnología de imagen que puede proporcionar imáge-nes seccionales de diferentes órganos y tejidos. La técni-ca es similar a las imágenes por ultrasonido tipo B o porradar, excepto que utiliza luz en vez de sonido u ondas deradio. La OCT puede conseguir resoluciones <10 mm,aproximadamente diez veces más resolutiva que el ultra-sonido convencional. Por su parte, a diferencia de estaúltima técnica, no requiere contacto directo con el teji-do que debe ser visualizado. Como la luz se dispersa enla mayoría de los tejidos, la profundidad de la imagenpor OCT se limita a unos pocos milímetros; ello impi-de examinar las estructuras profundas del organismo. Sinembargo, numerosos tejidos pueden visualizarse directa-mente, mediante cateterismo o a través de un endosco-

pio. La capacidad ultrarresolutiva de la OCT puede pro-porcionar información de la microestructura tisular, queno se consigue mediante otras técnicas de imagen. Porsupuesto que la información morfológica de los tejidospuede obtenerse mediante biopsia convencional e histo-patología; pero, en ocasiones, la excisión de una muestrade tejido está contraindicada o su obtención es imposi-ble. La OCT puede actuar como una modalidad de biop-sia óptica no quirúrgica; la micromorfología puede ob-tenerse de manera directa y en tiempo real a partir de laimagen in situ obtenida mediante un catéter o un en-doscopio.

La imagen obtenida mediante OCT se basa en una téc-nica de medición óptica clásica conocida como interfero-metría de baja coherencia o de luz blanca (LCI), descritapor vez primera por Isaac Newton. La LCI ha sido utili-zada en óptica para realizar medidas muy precisas de fibrasy otros componentes ópticos. Una de las primeras aplica-ciones de la LCI en sistemas biológicos fue la medición deleje anteroposterior del ojo y del grosor corneal. La LCI essimilar a las técnicas ultrasónicas de tipo A, que permitenestudios axiales. La OCT es una ampliación de la técni-ca que permite estudios bidimensionales o imágenes sec-cionales con resolución micrométrica.

La utilización de la OCT está especialmente indicada enel diagnóstico por imagen en oftalmología, dado que el ojoes transparente y permite el acceso a la cámara ocular an-terior y a la retina. Al contrario que la visualización directade la retina en el examen convencional del fondo del ojo,la OCT proporciona una imagen tomográfica seccional,por lo que representa una buena herramienta diagnósti-ca en las retinopatías. Quizá, el futuro de la OCT sea eldesarrollo de técnicas de biopsia óptica en tejidos no trans-parentes.

Una de las áreas de investigación más activas se refie-re a la imagen intravascular por OCT, donde el diag-nóstico histopatológico no quirúrgico puede representarun impacto significativo en el diagnóstico y en el trata-miento. Se ha señalado que la morfología de las placasarterioscleróticas son un predictor importante del in-farto del miocardio; las técnicas de imagen angiográficasconvencionales pueden señalar la oclusión de un vaso,pero no pueden distinguir su morfología. Otras técnicasintravasculares, como el ultrasonido intravascular, pue-den sugerir la morfología pero no ofrecen la resoluciónsuficiente —que si la proporciona la OCT— para identi-ficar las morfologías de alto riesgo de las placas arte-rioscleróticas.

La biopsia óptica no quirúrgica puede incrementar susensibilidad mediante la inyección de marcadores fluo-rescentes tejido-específicos o la aplicación de longitudesde onda específicas que induzcan florescencia natural.El objetivo del sistema es lograr el análisis espectroscó-pico de la fluorescencia tisular provocada, tanto a partirde moléculas estructurales (elastina, colágeno) o enzi-mas (NADH), como de metabolitos de diferentes fár-

macos.

90


LA IMAGEN FUNCIONAL: CARTOGRAFÍA CEREBRAL

La imagen funcional por resonancia magnética

Quizá, lo más atractivo sea la posibilidad de estudiaren tiempo real las funciones cerebrales; ello lo consigue laMR]funcional (fMRI), término que, hoy, se reserva paralos estudios del cerebro humano que detectan los efectosde estímulos externos. Los estímulos visuales o auditivosprovocan mínimos, pero suficientes, cambios de contras-tes causados por fluctuaciones del flujo sanguíneo y de laoxigenación de la hemoglobina, que pueden ser detecta-dos y observados. La fMRI está en fase de investigaciónclínica, que persigue el desarrollo de mapas cerebrales (car-tografía cerebral), aunque no cabe duda de su futura uti-lización en el estudio de diferentes patologías. Otro nuevodesarrollo es la utilización de gases nobles hiperpolariza-dos en la MRI pulmonar.

Un campo especializado de la MR es la espectroscopia,que mide la concentración de compuestos bioquímicos. Laespectroscopia humana comenzó en los años ochenta, cen-trándose en el estudio de los cambios metabólicos secunda-rios a diferentes patologías. Los primeros intentos tuvieronal fósforo, elemento esencial en el metabolismo energético,como objetivo inmediato; poco después, el interés se desplazóal hidrógeno. La atención también cambió desde la espec-troscopia a la imagen espectroscópica: la imagen de un de-terminado compuesto bioquímico, en especial la imagen es-pectroscópica del hidrógeno en el cerebro.

La Tomografía de Emisión de Positrones (PET)

Introducida en los años setenta, la Tomografía de Emi-sión de Positrones es, hoy, una técnica restringida; unas 250estaciones de diagnóstico se distribuyen por todo el mun-do. La PET ha supuesto una herramienta insustituiblepara estudiar y medir diversas actividades cerebrales: me-tabolismo de glucosa, consumo de oxígeno, flujo sanguí-neo e interacciones de diferenres fármacos y drogas. Ellopermite estudiar los mecanismos de las reacciones quí-micas in vivo y las bases moleculares de la adición a lasdrogas y del síndrome de abstinencia, del envejecimien-to, de diferentes trastornos neurológicos y de diversas en-fermedades mentales. Al contrario que las imágenes pro-porcionadas por la CT y la MR, que son eminentementeestructurales, las imágenes por PET muestran la bioquí-mica y la fisiología.

La idea de que el flujo sanguíneo local está íntimamenterelacionado con la función cerebral tiene, sorprendente-mente, muchos años. Los fisiólogos ingleses Charles S. Royy Charles S. Sherrington publicaron la idea en 1890; su-girieron que un mecanismo automático regulaba el apor-te de sangre al cerebro, y que la cantidad de sangre de-pendía de variaciones locales de la actividad. La PETcuantifica el flujo de sangre en el cerebro humano normaladaptando una técnica utilizada por Seymor S. Kety en ani-males de laboratorio, a finales de la década de los cuaren-

ta. Por su parte, la estrategia para el mapeo funcional dela actividad neuronal ha surgido en los últimos quinceaños, aunque la idea la introdujo el fisiólogo holandésFranciscus C. Donders, que propuso un método generalpara medir el proceso del pensamiento sobre una lógicasimple. Donders restó el tiempo necesario para respon-der a un estímulo luminoso (por ejemplo, presionar un bo-tón) del tiempo necesario para responder a un color deluz determinado; encontró que la discriminación del co-lor requería alrededor de 50 ms. Donders aisló y cuanti-ficó un proceso mental por primera vez. La estrategia ac-tual de la PET sigue la idea de Donders, pero en términosde que lo que se mide son las diferencias entre el estímu-lo y la respuesta (flujo sanguíneo, consumo de glucosa) deun área cerebral determinada.

Detrás de una imagen PET hay un isótopo emisor depositrones que la hace posible. Son isótopos pobres enneutrones de vida media muy corta producidos en un ci-clotrón cercano y que son incorporados rápidamente endiferentes sustratos que serán inyectados de forma intra-venosa en el paciente. Con ello, la PET puede estudiar elaporte local de sangre y los consumos de oxígeno, ácidosgrasos, aminoácidos y de cualquier otro metabolito delmetabolismo intermediario. Tales datos son aplicables alestudio de un órgano dado, en especial en cuadros isqué-micos (cerebrales o miocárdicos), cuadros neurodegene-rativos o de diferentes tumores; en este último caso, laPET es útil para conocer el grado de captación de un de-terminado fármaco antineoplásico. Especial atención me-rece el estudio de los diferentes neurotrasmisores, lo quepuede aportar información necesaria para el estudio detrastornos motores, sensoriales o psiquiátricos.

La PET utiliza las propiedades físicas de los radioisóto-pos emisores de positrones (figura 19). Tras una corta dis-tancia, entre 0,5-4 mm (dependiendo de su energía ciné-tica), el positrón colisiona con un electrón, produciéndoseun suceso de aniquilación, cuya energía se disipa en for-ma de dos fotones, de idéntica y constante energía, que di-vergen, aproximadamente, 180°. Los fotones, que se pro-yectan por tanto en direcciones divergentes, serándetectados mediante pares de sensores opuestos. Una téc-nica pareja es la tomografía de emisión de fotón único(SPECT), que utiliza radioisótopos naturales emisores defotones. Los fotones son paquetes minienergéticos de ra-diación electromagnética que se emiten en procesos dedesintegración nuclear. Al contrario que los fotones ge-nerados en los sucesos de aniquilación, utilizados en laPET, los fotones de la SPECT tienen diferentes energíasy sus trayectorias son aleatorias. La detección de estos fo-tones se realiza siguiendo los mismos principios que laPET. Las resoluciones espacial y temporal de la SPECT soninferiores a las de la PET.

La magnetografía

La magnetoencefalografía (MGE) y la magnetocar-diografía (MCG) detectan cambios en los débiles cam-

91


Fig. 19.- La PET estudia la manera en que las neuronas consumendiferentes sustratos, en especia! la glucosa. El sustrato que va a es-tudiarse se marca con un radioisótopo en un ciclotrón de baja ener-gía. El isótopo incorporado tiene una vida media breve, es decir,pierde la mitad de su actividad en unos pocos minutos o en escasashoras tras su fabricación. Una vez inyectado en el organismo por víaendovenosa, la sustancia radiactiva emite positrones mientras se dis-tribuye por toda la economía. La colisión de los positrones con elec-trones conduce a la aniquilación de ambos y a la producción de undestello energético que se disipa en la forma de dos rayos gamma.Tales rayos se dispersan en direcciones opuestas (1) y chocan con unanillo de detectores (2) que rodean la zona del paciente que se pre-tende estudiar. Una computadora registra la localización de cadadestello y ubica la fuente de la radiación, que traduce en una ima-

gen (3) (modificada de Sochurek, 1989).

pos biomagnéticos generados por la actividad eléctricacerebral y cardíaca, respectivamente. La actividades cor-ticales producen campos de 10-100 femto (1O'1S) tes-las detectables en las proximidades del cráneo; el cora-zón emite campos de 20-50 pico (10~12) teslas. MGE yMCG utilizan sensores superconductores de interfe-rencia cuántica (Superconducting Quantum Interferen-ce Devices, SQUIDs) hipersensibles al campo magnéti-co y que operan a la temperatura del helio líquido(—268 °C). Las variaciones en el campo magnético se de-tectan en diferentes puntos del cuero cabelludo y de lapared torácica. Los primeros sistemas MEG comercia-les, con siete canales, se introdujeron a mediados delos ochenta; en la actualidad, existen sistemas con másde cien canales, cuya área de aplicación clínica se res-tringe al estudio de las epilepsias. La MCG no es tancompleja, pues al ser mayor la intensidad del campomagnético generado pueden utilizarse magnetómetrosSQUIDs que operan a la temperatura del nitrógeno lí-quido (-195 °C).

Localización de las funciones cognitivas: ¿visualizaciónde la mente?

La historia de la conciencia se remonta, más o menos,45 mil años atrás, cuando el cerebro humano emergió con sucomplejidad actual. Una serie de acontecimientos jalonanuna historia de autocomprensión; el cerebro humano -unode los atractores paradigmáticos- necesita conocerse. Hi-pócrates (h. 480 a. C.), que definió el cerebro como órga-no de pensamiento; Platón (h. 390 a. C.), que declaró queel alma es incorpórea y superior al cuerpo, y Aristóteles, quedio un paso atrás atribuyendo al corazón la ubicación dela consciencia, son los mojones iniciales de una larga bús-queda. Unos cuantos siglos pasaron hasta que Réné Des-cartes (1637) separó la res cogitans de la res extensa y glori-ficó la glándula pineal. En 1748, Julien Offiray de la Mettriedijo que el alma era superflua, y en 1810, Franz JosephGall propuso por vez primera el papel de la corteza cere-bral como sustrato de la actividad cognitiva y desarrollóla idea de que el cerebro es una colección de órganos condiferentes funciones (frenología). Durante la segunda mi-tad del siglo XIX se suceden una serie de importantes des-cubrimientos: Pierre Paul Broca localizó el centro del len-guaje; Camillo Golgi inventó la tinción de plata que permitevisualizar las neuronas; Cari Wernicke identificó un área es-pecializada del centro del lenguaje que permite su com-prensión, y Sigmund Freud inventó el psicoanálisis.

El siglo XX se inició con el descubrimiento del reflejo con-dicionado por Ivan Pavlov y la teoría neuronal de Santia-go Ramón y Cajal: las neuronas son entidades discretas,separadas entre sí por espacios sinápticos. A partir de en-tonces, el estudio del cerebro es uno de los de mayor aten-ción investigadora, y los resultados no tardan en llegar.Charles Sherrington (1906) describió los circuitos neu-ronales; Eugen Bleuler (1911) acuñó el término esquizo-frenia; Otto Loewi (1921) identificó la acetilcolina, el pri-mer neurotrasmisor conocido; Egas Moniz (1935) realizóla primera lobotomía prefrontal; Albert Hofman (1943)realizó el primer viaje LSD; Alan L. Hodgkin y AndrewHuxley (1952) describieron la activación neuronal; PaulMacLean describió el sistema límbico; Vernon Mount-castle (1957) estudió la arquitectura cortical; David Hu-bel y Torsten Wiesel (1959) publicaron sus primeros es-tudios sobre el sistema visual; Roger Sperry y Joseph Bogen(1961) realizaron la primera desconexión interhemisféri-ca quirúrgica, etc. El año 1973 representa el comienzo dela nueva neurología; por vez primera, el PET muestra laactividad metabólica cerebral. Ese mismo año, CandacePert y Solomon Snyder descubrieron el receptor de opiá-ceos, y dos años más tarde, John Hughes y Hans Koster-litz identificaron la encefalina, el primer opiáceo endóge-no. En 1982 se practicó, sin éxito, el primer trasplantecerebral (un injerto de tejido rico en dopamina proce-dente de las glándulas suprarrenales de un donante) enun paciente con enfermedad de Parkinson.

Durante toda esta historia, la principal orientación enla ciencia del cerebro -esa caja negra inexpugnable- ha sido

92


localizadora. Durante los últimos cien años, los estudiospara entender cómo el cerebro lleva a cabo las funcionescognitivas se han realizado, casi exclusivamente, en pa-cientes con diversas lesiones cerebrales. El famoso casode Phineas Cage, cuya personalidad cambió radicalmen-te tras una lesión traumática de la corteza cerebral orbi-tofrontal, brindó las primeras informaciones respecto a laorganización de la personalidad y la motivación. Por suparte, las observaciones de Broca y de Wernike sobre pa-cientes afásicos con lesiones corticales de las regionesfrontal y témporo-parietal, proporcionaron las bases dela localización cortical del lenguaje. Por otro lado, las ba-ses neurales de la memoria a largo plazo derivan del es-tudio de un solo individuo, a quien se practicó una ex-tirpación bilateral de los lóbulos temporales medios(MTLs) como tratamiento de una epilepsia farmacoló-gicamente intratable. Tras la cirugía, el paciente sufrióuna amnesia anterógrada global que persiste actualmen-te. Dicha amnesia afecta a la memoria a largo plazo, quele incapacita para recordar los acontecimientos inmedia-tos más allá de unos pocos segundos; sin embargo, lascapacidades perceptoras y cognitivas permanecen intac-tas. Finalmente, algunos estudios han involucrado la cor-teza prefrontal en el procesamiento memorístico; sin em-bargo, la repercusión de las lesiones prefrontales en lamemoria es menor que la de las lesiones de los MTLs. És-tos y otros estudios han sido fundamentales para esta-blecer los pilares de la arquitectura neuronal de las fun-ciones cognitivas.

El desarrollo de las técnicas de imagen cerebral funcio-nal, en particular la tomografía por emisión de positrones(PET) y la imagen funcional por resonancia magnética(fMRI), ha proporcionado unas herramientas que permi-ten profundizar en el estudio de los pacientes lesionados.La PET y la fMRI ofrecen una imagen indirecta de la ac-tividad cerebral a través de mediciones del flujo sanguíneo(PET) y de la presencia de hemoglobina oxigenada (fMRI),en determinadas zonas cerebrales; parámetros que varíande acuerdo con la actividad sináptica local. Ambas técni-cas permiten el estudio de sujetos normales in vivo, lo quehace posible el análisis comparado anatomo-funcional. LafMRI ofrece las posibilidades de objetivar la función cere-bral con precisas resoluciones temporal (1-3 s) y espacial(2 mm), y de relacionar la anatomía y la función, dadoque las imágenes anatómica y funcional pueden conse-guirse durante la misma sesión exploratoria. Los diferen-tes estudios realizados han confirmado los resultados clí-nicos derivados del estudio de pacientes lesionados.

Cómo el conocimiento semántico se codifica en el ce-rebro es un tema central en la neurociencia cognitiva. Seplantea la hipótesis de que los humanos hayan incorpo-rado evolutivamente determinantes biológicos de predis-posición para la adquisición de conocimientos de domi-nios específicos; por ejemplo, las bases del sentido numérico(comprensión de cantidades y sus interrelaciones) son uni-versales y compartidas por humanos adultos, niños pre-verbales y animales. En todos ellos, las lesiones anatómi-

cas y las técnicas de imagen señalan que el procesamien-to numérico se asocia con el área intraparietal inferior deambos hemisferios. Ello no respalda la idea frenológicade que una determinada área cerebral garantice un do-minio de competencia como la aritmética o el lenguaje; seconoce que una red de áreas cerebrales participa en la ela-boración de los diferentes dominios.

El cerebro alberga 1010 células nerviosas (neuronas) re-lacionadas a través de 1014 interconexiones (sinapsis). Lassinapsis actúan de intérpretes bioquímicos entre las neu-ronas, traduciendo la actividad eléctrica en informaciónbioquímica y viceversa. Los agentes que llevan a cabo estainterpretación se denominan neurotransmisores. Dife-rentes técnicas con diversas propiedades (tabla III) pre-tenden comprender los principios funcionales del cere-bro estudiando cuatro diferentes procesos biológicos, conla finalidad de describir las regiones cerebrales, fisiológi-cas y anatómicas, que participan en diferentes funciones:

1. Consumo energético. La actividad neuronal se acom-paña de un incremento del consumo energético, quepuede medirse directamente valorando el meta-bolismo de la glucosa en las regiones cerebralescomprometidas; el 95% de la demanda energéticacerebral se aporta a través de la vía glicolítica. El me-tabolismo regional cerebral se estudia mediante 18F-fluorodesoxiglucosa y PET.

2. Flujo y volumen de sangre. Un aumento de la de-manda energética se acompaña de un incrementodel flujo y del volumen de sangre regional destina-dos a satisfacer la demanda de oxígeno neuronal. LaPET, la SPECT y la fMRI son las herramientas ade-cuadas.

3. Actividad de los receptores de neurotransmisores. Lafunción de los neurorreceptores puede estudiarsemediante sondas que emiten positrones o fotones yque se ligan, de manera específica, con un determi-nado receptor, utilizando PET o SPECT.

4. Cambios en la actividad eléctrica. La activación neu-ronal produce pequeños flujos de corriente eléctri-ca que inducen débiles campos magnéticos detecta-bles con MEG.

Tabla III. Comparación entre las modalidades de imagenbioquímica y/o funcional

técnica

MEG

EEG

MRI

PET

SPECT

resolución temporal

1 ms

1 ms

3-5 s

45 s

>60s

resolución espacial

5 mm

10-15 mm

1-1.5 mm

4 mm

6-8 mm

sensibilidad

10"3 molar (mM)

1tr12 molar (pM)

1CT'2 molar

Las diferentes técnicas han hecho posible identificar lasregiones corticales activadas cuando una persona realiza al-gún acto voluntario o recibe algún estímulo sensorial es-pecífico; ha sido posible demostrar cómo la imagen cere-

93


bral puede correlacionar las operaciones mentales queconstruyen un determinado comportamiento con las di-ferentes áreas cerebrales involucradas en dicha operación.Como anticiparon los especialistas en neurociencias, elhecho, aparentemente simple, de generar un verbo rela-cionado con un nombre (perro —» ladrar), no se localizaen una única zona cerebral, sino que se activan diversas áreasque se organizan en redes neuronales. La lectura en voz altade una serie de palabras escritas moviliza una serie de áreascorticales motoras, pero, sorprendentemente, no activalas áreas de Broca y de Wernike; ello indica que ese tipode lenguaje es un acto automático sin participación cons-ciente. Tales áreas sí intervienen cuando se precisa aten-ción expresa, como valorar el significado de una palabrao elegir una contestación adecuada.

Pero el estudio recabado hasta ahora de la función ce-rebral está, aún, lejos de formar parte de una teoría delcerebro. La mente bien pudiera ser la última frontera dela ciencia. Marvin Minsky utiliza unas líneas de SamuelJohnson, a poco de comenzar su libro La sociedad de la men-te'y como encabezamiento del epígrafe «La mente y el ce-rebro»: «Nunca se ha supuesto —dijo el poeta Imlac— queel pensamiento es inherente a la materia o que cada par-tícula es un ser pensante. Sin embargo, si todas las partesde la materia están desprovistas de pensamiento, ¿qué par-te podemos suponer que piensa? La materia puede dife-rir de la materia solamente en la forma, el volumen, ladensidad, el movimiento y la dirección del movimiento;¿a cuáles de estas propiedades, variadas o combinadas decualquier forma, es posible atribuir conciencia? Ser re-dondo o cuadrado, sólido o fluido, grande o pequeño, rá-pido o lento, son todos modos de la existencia material,todos igualmente ajenos a la naturaleza del pensamiento.Si la materia careció de pensamiento, sólo es posible quepiense por medio de alguna nueva modificación, pero to-das las modificaciones que pueda admitir están igualmentedesvinculadas de la facultad de pensar».

¿Cómo es posible que el cerebro, aproximadamente1.500 g de sustancia semisólida, albergue algo tan incor-póreo como el pensamiento? Este interrogante inquietó amuchos y buenos pensadores del pasado. El mundo delas ideas y el mundo de las cosas parecían demasiado ale-jados para intentar relacionarlos. Mientras el pensamien-to se contempló como algo absolutamente diferente a todolo demás, no fue posible hallar un punto de partida. Haceunos cuantos siglos parecía igualmente imposible explicarla vida, porque los seres vivos eran igualmente distintos delresto de las cosas. Luego, ese abismo comenzó a cerrarse.El pasado siglo quedó zanjada la discusión sobre la com-posición química de la vida. Pero fue sólo en este siglocuando John von Neumann demostró, teóricamente, cómolograban reproducirse las máquinas celulares, y Watson yCrick demostraron las bases del código hereditario. Ya noes necesario buscar fuerzas especiales que animen cada

samiento. Sigmund Freud y Jean Piaget desarrollaron susteorías psicoanalíticas y, algo más tarde, matemáticos comoKurt Gódel y Alan Turing comenzaron a revelar lo quelas máquinas son capaces de hacer. Estas dos corrientesde pensamiento comenzaron a fusionarse cuando, en la dé-cada de los cuarenta, Warren McCulloch y Walter Pittsmostraron cómo era posible lograr que las máquinas vie-ran, razonaran y recordaran. La investigación en la cien-cia de la inteligencia artificial no se inició hasta la décadade los cincuenta, con el estímulo de las modernas com-putadoras; ello inspiró una avalancha de nuevas ideas entorno a la forma en que las máquinas podrían llegar a rea-lizar lo que antes estaba exclusivamente reservado a lamente humana. Los términos perceptrón, red neural, den-drónypsicón, se acuñaron para describir algunos de los he-chos básicos que soportan la conciencia; también, los depsicobiología, ciencia cognitiva y neurología computacionalintentan resumir las diferentes teorías desarrolladas.

El estado actual del tema lo resume con claridad Fran-cis Crick. Su libro La búsqueda científica del alma se en-carrila con una sentencia de Hipócrates (460-370 a. C) :«Los hombres deberían saber que del cerebro, y nada másque del cerebro, vienen las alegrías, el placer, la risa y el ocio,las penas, el dolor, el abatimiento y las lamentaciones».Alicia, de Lewis Carroll, lo hubiera resumido, dice Crick,en un «No eres más que un montón de neuronas». Sobrela base del sustrato neuroanatómico existente, la menteno parece ser más que una propiedad emergente de lacomplejidad cerebral. Emergente, no en sentido trascen-dente ni teleológico; emergente en cuanto Gelstalt: la apa-rición inesperada, en un sistema complejo, de un fenómenoque no aparecía intrínseco a las partes que forman ese siste-ma. Estos fenómenos emergentes, colectivos u holísticosmuestran que un todo es algo más que la suma de laspartes. Sin dejar de lado las teorías computacionales (prin-cipalmente las basadas en la física cuántica), la teoría dela complejidad y la teoría del caos, parecen ser, en la ac-tualidad, las herramientas más eficaces para descifrar la

mente.

cosa viviente.Del mismo modo, hace escasamente un siglo no existía

punto de referencia alguno que permitiera abordar el pen-

LA IMAGEN INTERVENCIONISTA: NEOCIRUGÍA

La radiología intervencionista y la cirugía miniinvasiva

La angiografía diagnóstica -el estudio del corazón y losvasos- alcanzó su mayoría de edad en la década de los se-tenta; fue una técnica eficaz para estudiar la enfermedadvascular arteriosclerótica y, quizá más importante, pararecabar información diagnóstica específica sobre la pre-sencia de tumores y otros tipos de patología. En este pa-norama, muchos de los pioneros de la radiología inter-vencionista se preguntaron si los catéteres que introducíanen el sistema vascular podrían tener otras aplicaciones ade-más de las diagnósticas. Los intereses clínicos se referíana si los catéteres podrían utilizarse para vehicular al mis-mo foco patológico fármacos antihemorrágicos, antican-

94


cerígenos, etc. Pronto se comprobó que los fármacos eranmucho más activos cuando se aplicaban en el lugar de lapatología. Otros investigadores, interesados en la enfer-medad vascular oclusiva, iniciaron técnicas desobstructi-vas utilizando tecnologías basadas en los catéteres. Unanueva generación de médicos comenzó a mostrar interésen el desarrollo de este campo de actuación; hubo unatransición gradual desde el angiógrafo, interesado en eldiagnóstico, al intervencionista, interesado en la terapéu-tica. Cuando la antigua rivalidad entre clínicos y radiólo-gos había desaparecido, la introducción de las técnicas in-tervencionistas abrió una nuevo frente, esta vez entre elradiólogo y el cirujano.

El intervencionismo se benefició de una simbiosis conla tecnología; los pioneros de la técnica pronto se dieroncuenta de que la imaginación está limitada, exclusiva-mente, por la capacidad de conseguir las herramientasadecuadas para desarrollarla. La combinación del accesopercutáneo a las diferentes estructuras orgánicas, el dise-ño de guías teledirigidas y de miniherramientas, la intro-ducción de nuevos materiales de contraste y el desarrollode una imagen de altísima calidad permitieron al radió-logo visualizar, virtualmente, todas y cada una de las es-tructuras internas del organismo. Para conseguirlo, nun-ca hubo tan estrecho diálogo entre la industria y los centrosmédicos académicos.

A finales de la década de los setenta, la llegada de nue-vos programas para el procesamiento de imágenes per-mitió el desarrollo de la imagen digital vascular (DVI)que más tarde se conocería como angiografía por subs-tracción digital (DSA). En la actualidad, la DVI ha re-emplazado a la placa radiográfica del laboratorio inter-vencionista; el acceso inmediato a las imágenes y suexcepcional calidad y la mínima exposición a la radiaciónhan sido las causas. La imagen digital permite controlar losmovimientos de diferentes instrumentos dentro del or-ganismo, de manera precisa y en tiempo real. La dispo-nibilidad de nuevos materiales y la miniaturización delinstrumental también ayudaron a reconvertir técnicas qui-rúrgicas clásicas en otras capaces de operar a través de in-cisiones externas mínimas y con anestesia local; técnicasque, en conjunto, se denominaron «cirugía mínimamen-te invasiva».

El área que tiene mayor impacto en la atención a lospacientes es el sistema cardiovascular, donde la angio-plastia coronaria transluminal percutánea representa elprototipo de terapia miniinvasiva de la enfermedad oclu-siva coronaria, que mejora la calidad de vida de cientos demiles de pacientes cada año. Las nuevas tecnologías in-cluyen varios tipos de arteriectomías —por ejemplo, me-diante rayo láser conducido por una fibra óptica acopla-da al catéter-, así como la colocación de diferentes diseñosde recanalización intraluminal (stents). Todo ello ha su-puesto un gran impacto en el tratamiento de la enferme-dad vascular. Junto al tratamiento de la enfermedad oclu-siva, las técnicas de intervención percutánea han reducidoel número de operaciones requeridas en las enfermedades

vasculares periféricas tradicionales, tales como las oclu-siones de las arterias ilíacas que hasta hace sólo diez añoseran tratadas universalmente mediante los puentes vas-culares (bypass) tradicionales.

Un concepto importante de las técnicas intervencio-nistas es que, al ofrecer una terapia menos invasiva, pue-den aplicarse en los estadios iniciales de la manifestaciónclínica. En especial, pacientes con estadios precoces deenfermedad vascular periférica pueden ser tratados me-diante angioplastia con balón o con stent, y necesitan me-nos de 24 horas de estancia hospitalaria; técnicas quemejoran notablemente la calidad de vida y evitan inter-venciones quirúrgicas mayores. Estas técnicas están co-menzando a aplicarse en el tratamiento de los aneurismasde los grandes vasos.

En este contexto, aunque la anestesia había hecho de lacirugía un procedimiento tolerado por el paciente, losprincipios quirúrgicos básicos de «cortar y coser» habíancambiado poco desde la época romana. Las aplicacionesno vasculares de las técnicas intervencionistas miniinva-sivas incluyen la restauración del tránsito en las visceras hue-cas obstruidas por un tumor, o el drenaje de abcesos y labiopsia percutánea, situaciones donde la imagen posibilitael acceso a cualquier zona del organismo. Otras aplica-ciones han dado al traste con el panorama médico clási-co. Sirvan dos ejemplos. La derivación (shunt) portosis-témica intrahepática transyugular (TIPS) ha eliminado lanecesidad de las derivaciones portosistémicas y otras re-vascularizaciones quirúrgicas mayores en pacientes conhipertensión portal, lo que ha ocurrido en un tiempo sor-prendentemente corto; la primera TIPS data de 1990.

La radiocirugía estereotáxica pertenece, también, a estecontexto. En 1951, el equipo de neurocirugía del InstitutoKarolinska, en Suecia, describió un método para dirigir conprecisión los haces de radiación hacia lesiones inaccesi-bles intracerebrales. Para localizar la lesión utilizaron,como técnica de partida, la estereotaxia, diseñada en elaño 1906; se trata de un andamiaje que se fija al cráneoy define un sistema de coordenadas por el que la imagenradiológica puede asignarse a la anatomía del paciente.Inicialmente, la fuente radiactiva era un haz de protonesgenerado por un ciclotrón; la complejidad de la técnica hizoreemplazar la fuente energética por cobalto-60 (la prime-ra unidad gamma fue instalada en el año 1968). La ra-diocirugía estereotáxica exige la localización precisa deltumor; ello permitirá concentrar en el tejido canceroso elmáximo de radiación. El registro o mapeo de alta resolu-ción exige modalidades de imagen que incluyen tomo-grafías digitales (CT y MR) y angiogramas cerebrales tras-femorales. Como fuentes de radiación se emplean pequeñasbarras de cobalto (gamma-bisturíes), fotones producidospor aceleradores lineales y partículas cargadas. Aunque latécnica se diseñó, en un principio, para realizar psicocirugíaminiinvasiva, sus indicaciones se han ampliado al trata-miento de malformaciones arteriovenosas, tumores be-nignos de la base del cráneo y cánceres metastásicos. Lastécnicas que evitan la utilización de la carcasa estereotáxica

95


permiten una mayor flexibilidad, mientras que mantie-nen una gran exactitud mediante la utilización de las mo-dernas técnicas de imagen. La aplicación extracraneal dela técnica (radiocirugía espinal, hepática y prostática) estáen vías de aplicación clínica. Por su parte, el Cyberknife con-trola, mediante robótica, la aplicación de las dosis ra-diactivas; a la vez, está en fase experimental un bisturí defotones computarizado. También se investiga la combi-nación de PET y fMRI en el tratamiento de la epilepsiaintratable médicamente y en diferentes procedimientosde ablación funcional.

Otro escenario típico es el denominado punto de cita.En un paciente con ictericia obstructiva se introduce un ca-téter-guía en los conductos biliares a través de un canalcreado por debajo del reborde costal derecho bajo controlultrasónico; el radiólogo empuja el catéter hasta sobrepa-sar la obstrucción y alcanzar el duodeno. Mientras tanto,el gastroenterólogo espera con su endoscopio en el duodenoa que aparezca la guía introducida por el radiólogo; una vezhecho el contacto, el gastroenterólogo conectará una son-da al catéter-guía que el radiólogo retirará hasta asegurarla conexión, por medio de la sonda, del conducto biliarproximal a la obstrucción con el duodeno. Estas técnicascombinadas pueden utilizarse en pacientes cuya condicióngeneral impide una intervención quirúrgica clásica.

Uno de los territorios que se ha beneficiado de la ra-diología intervencionista ha sido el cerebro. Los neuro-rradiólogos fueron pioneros en el tratamiento de los aneu-rismas, la embolización de malformaciones arteriovenosasy, más recientemente, en aproches más agresivos del stro-ke y en la prevención de los efectos devastadores de la is-quemia intracraneal, mediante la utilización de angio-plastia y trombolisis local. El ambiente intervencionistatambién ha contagiado a otras especialidades; la cirugía la-paroscópica es un buen ejemplo. Aquí, los cirujanos uti-lizan imagen endoscópica en vez de fluoroscópica paraacceder a la cavidad abdominal; pequeñas incisiones porlas que se introducen los sistemas de imagen y los artilu-gios quirúrgicos necesarios, permiten realizar interven-ciones (colecistectomía, nefrectomía, ligadura de trom-pas, herniorrafía) que hace pocos años exigían, las más de lasveces, amplias laparotomías (figura 20). La técnica es tam-bién aplicable a la cavidad torácica y a las articulaciones.

El futuro de la radiología intervencionista se vislumbraapasionante y en ella la imaginación es el único límite. Uncondicionante es que la técnica exige un entrenamiento yunas habilidades diferentes; exige una conceptualizaciónabstracta necesaria para lograr la coordinación entre el ojoy la mano, mientras se observa un monitor situado en unlugar remoto respecto al sitio de la intervención. Ello esconsiderablemente diferente al entrenamiento quirúrgi-co tradicional, donde la coordinación entre el ojo y lamano se desarrolla sobre la base de la visualización direc-ta del lugar donde se está realizando el trabajo. La diferenciaes crítica y ha sido la causa de la morbilidad y de la mor-talidad asociadas al desarrollo de las técnicas laparoscópi-cas sin, en ocasiones, el adecuado entrenamiento.

La función de la imagen médica es determinar la seve-ridad y el lugar de la lesión; esto es, definir el estadio y lalocalización. La localización es, también, el primer paso enla navegación. Los datos necesarios para navegar a travésde las estructuras las proporcionan las variadas formas deimagen volumétrica, sea por ultrasonidos, mediante to-mografía computarizada o por resonancia magnética. Esosdatos incluyen tamaño (volumen), forma (fronteras) yorientación (posición en un eje de coordenadas). La na-vegación intraoperatoria está en sus albores; se conforma,en la actualidad, con una cirugía miniinvasiva, practicadacon herramientas flexibles y guiada por imagen. Las imá-genes preoperatorias CT y MR (por ejemplo, del cerebro)pueden procesarse para producir imágenes volumétricas otridimensionales (3-D), imágenes que son representadasen un monitor durante la cirugía. El cirujano utiliza unpuntero (navegador) cuya posición es detectada y super-puesta, en tiempo real, en la imagen reconstruida a par-tir de imágenes preoperatorias; ello permite al cirujanoconocer con precisión la posición exacta de su bisturí y pro-ceder con seguridad, por ejemplo, a la extirpación de untumor. El objetivo es lograr la imagen tridimensional delcampo de actuación también en tiempo real y no me-diante imágenes preoperatorias. Los ultrasonidos puedenser una herramienta perfecta para ir recomponiendo ycomparando la imagen actual con la reconstruida con an-terioridad; el denominado ultrasonido intravascular (IVUS),en el que la sonda sónica avanza con un catéter, propor-ciona información 3-D de las condiciones internas delvaso explorado, lo que ayuda a elegir la mejor estrategiapara la inserción del catéter y la elección de la técnica aseguir.

LA IMAGEN VIRTUAL: TELEMEDICINA

Quirobótica

La robótica es la representante más espectacular de lacompleja tecnología con orientación terapéutica. Una delas exigencias de este ambicioso proyecto es la interrelación

Fig. 20 . - Cirugía laparoscópica minünvasiva.

96


entre disciplinas que, hasta hace muy poco tiempo, casinada tenían que decirse entre sí; neurofisiólogos e inge-nieros que diseñan robots comparten intereses comunesrespecto a los mecanismos mediante los que percibimos yrespondemos a la textura, forma y orientación de un ob-jeto. Ingenieros y fisiólogos están enfrascados en idénticosproblemas; a la vez, y desde el lado de la tecnología, la ro-bótica inicia su penetración en el campo de la cirugía, en-tre otros.

Vesículas litiásicas, tumores cerebrales o caderas artró-sicas podrán ser operadas con la ayuda de robots. Se es-pera que lleguen a reemplazar a los cirujanos en aquellastareas que exigen mayor precisión y estabilidad que lasque la mano y el ojo del hombre pueden garantizar. Yaestá listo para funcionar un robot que puede contribuir ala cirugía laparoscópica y sustituir a los ayudantes, que noson sino versiones costosas de un modelo estándar, según laspalabras de Patrick Finlay —fundador de la firma británi-ca especializada en el diseño y producción de robots qui-rúrgicos—. La solución es un Laparobotque manipula el sis-tema visual del equipo laparoscópico de acuerdo con losmovimientos de la cabeza del cirujano; utiliza el mismo fun-damento que el sistema incorporado en los casos de los avia-dores de combate.

La introducción de la automatización debe realizarsepaso a paso, incrementando paulatinamente la compleji-dad y la autonomía de los robots; es necesario demostrarque cada paso dado no expone a los pacientes a mayoresriesgos que los que existían con la tecnología precedente.De este modo, el Neurobot proporcionará el mejor ángu-lo de acceso al cerebro y guiará una sonda hasta el lugarexacto de actuación. Aunque el cerebro parece un lugarpoco indicado para permitir el acceso a un autómata pocoentrenado, es una de las localizaciones más seguras para laactuación de un robot. En efecto, rodeado de una cubiertadura e indeformable, permanece inmóvil durante la res-piración, a la vez que ofrece numerosos puntos de refe-rencia; todas estas características le permitirán conocerdonde está en todo momento, a la vez que será capaz deactuar con delicadeza y precisión. La primera de las ope-raciones asignadas es la actuación sobre tumores cerebra-les profundos. Los cirujanos, en términos generales, ex-tirpan los dos tercios de estos tumores; es prácticamenteimposible delimitar in situ, con exactitud, los límites dela tumoración sobre la base de la interpretación de imá-genes, tanto obtenidas mediante técnicas de rayos X comode MR. El Neurobot definirá el volumen de tejido que de-berá ser extirpado a partir de un conjunto tridimensionalde coordenadas, facilitadas por las diferentes técnicas deimagen, y que trasladará directamente al espacio real in-tervenido; el robot será capaz de extirpar el 99% del tu-mor a través de un orificio de entrada de 3 mm y utilizandola ruta de acceso al tumor de mínimo coste neuroanató-mico. Una sonda ultrasónica evitará el daño a los vasossanguíneos y un sensor identificará, célula a célula, el bor-de del tumor, que será extirpado con un bisturí ultrasó-

nico.

Otra de las intervenciones programadas mediante ro-bótica es la estapedectomía (extirpación del estribo, unode los tres huesecillos que forman la cadena osicular deloído medio); la intervención está indicada en la sordera se-cundaria a la inmovilización del estribo por su adheren-cia postinflamatoria a las paredes óseas circundantes. El ter-cer tipo de intervención a la que el robot asistirá será laextirpación de tumores profundos cervicales. En todos loscasos, el robot opera mediante mecanismos simples, lejosde la complejidad de la integración de las señales que ge-nera la utilización de la mano del hombre. Sin embargo,la existencia de un importante cuerpo de conocimientopráctico permitió construir manos telerrobóticas de dos de-dos; diseño previo al de manos robóticas sensitivas quesean capaces de restaurar la funcionalidad manual a per-sonas que la hayan perdido. En este punto del campo dela háptica (bioingeniería de la sensación táctil), la inge-niería y la naturaleza se imbrican en términos de igual-dad, y surge una especie de nueva ingeniería de la natu-raleza: la nanotecnología.

Proyecto quirúrgico

Igual que el proyecto arquitectónico, el quirúrgico serefiere al conjunto de planos, cálculos y documentos re-lativos a una construcción realizada con anterioridad asu ejecución. En el proyecto quirúrgico convergen la in-geniería de tejidos y la imagen tridimensional virtual. To-yomi Fujino, de la Universidad de Keio (Tokio, Japón),introdujo su Lección inaugural áe\ I Congreso Internacio-nal de Simulación Quirúrgica con una referencia a la pri-mera obra pictórica en tres dimensiones; tal imagen es—dijo Fujino— Las Meninas. Tres siglos después, tales imá-genes son familiares gracias al diseño gráfico realizado enlas computadoras; aunque la imagen sigue siendo, por su-puesto, bidimensional (2-D), la impresión convincentede profundidad hace que la técnica se refiera como ima-gen 3-D o, con mayor precisión, seudo 3-D (existen téc-nicas de imagen 3-D reales, tales como la holografía y lavibración especular).

El arte del diseño 3-D en la computadora, los datos to-mográficos proporcionados por la CT y la MR, las estra-tegias quirúrgicas preoperatorias y la evidencia de los re-sultados postoperatorios condujeron al concepto desimulación quirúrgica; La tercera dimensión en cirugía cra-neofacialfue el título del primer trabajo que abrió las puer-tas a esta nueva modalidad terapéutica, cuyos anteceden-tes deben buscarse en la práctica quirúrgica convencional.

En efecto, el arte del cirujano plástico y del cirujano re-constructor, cuyo máximo exponente es la cirugía cráneo-facial, se basa en la destreza para tallar los nuevos tejidos(piel, músculo, cartílago, hueso) de tal modo que con-formen una nueva estructura que recree el color, la textura,la configuración y la función originales (figura 21).

Tradicionalmente, los cirujanos confían en la experien-cia colectiva de sus predecesores y en la habilidad y en losrecursos de sus maestros. La suma de este vasto reperto-

97


Fig. 2 1 . - Imágenes seudo-3D del tratamiento conservador de untraumatismo compresivo sobre el tercio medio craneofacial. a. Ima-gen anterior que muestra la destrucción de la zona afectada, osteo-síntesis de la mandíbula fracturada y prótesis dentarias en la maxi-la. b. Imagen lateral izquierda que muestra una plastia artificial dela nariz, c. Imagen 3D anterior de los tejidos blandos craneofacialesque muestra deformidades y asimetrías inducidas por la deformi-dad ósea residual, d. Imagen 3D lateral izquierda que muestra una

retrusión mediofacial residual (tomada de Moakley, 1993).

rio de experiencia práctica enciclopédica se denomina si-mulación quirúrgica empírica, contexto que tiene dos ver-tientes: la simulación quirúrgica ayudada por el cerebro yla simulación quirúrgica objetivada en modelos. La primeraes la base de la práctica quirúrgica diaria y es aplicable ala totalidad de la cirugía; sin embargo, en determinadas si-tuaciones, la planificación de una intervención no puedeconfiarse, exclusivamente, al cerebro. La práctica habitualen cirugía reconstructora y, también, en radioterapia on-cológica, es construir un modelo que servirá de referenciaobjetiva, permanente, durante la consecución del resul-tado deseado.

Una de las razones de la supremacía humana sobre el res-to del reino animal es la capacidad mental innata de bus-car soluciones a los problemas y, una vez encontradas,transferir ese estado mental, la idea, a la realidad prácti-ca. La moderna tecnología de la computadora ha intro-ducido un estado intermedio entre la actividad mental yla aplicación práctica del procedimiento planeado. En nu-merosas industrias, del mobiliario a la aeronáutica, el dise-ño y la modelización por ordenador desempeñan un papeldecisivo en la cadena de investigación-desarrollo-produc-ción. La imagen construida en la computadora puede ser

almacenada, recuperada, reconstruida, rotada, retorcida,estirada, manipulada, analizada..., y lo que es más im-portante, puede ser simultáneamente examinada por va-rias personas, con la ventaja del pensamiento sinérgico.

La imagen 3-D ha supuesto una ayuda irrenunciableen la planificación radioterápica y en la reconstrucciónde determinadas fracturas en el ámbito traumatológicogeneral; pero, como se ha indicado, la simulación qui-rúrgica por computadora es hoy decisiva en cirugía cra-neofacial. La imagen anatómica total 3-D, que recons-truye fielmente las partes duras y blandas de la anatomía,permite la superposición de diferentes estructuras, tantoautólogos (injertos óseos y musculocutáneos pediculados)como, en un futuro próximo, procedentes de cultivos detejidos.

De la realidad aumentada a la medicina virtual

Real, irreal, virtual, artificial, imitación, simulación; to-dos ellos son vocablos que conforman un entramado conuna taxonomía indefinida. Cada constructo, en el mun-do de la virtualidad, pretende definir, con meridiana cla-ridad, una cosa diferente. Lejos estamos, hoy, de conse-guirlo; la realidad virtual es, conceptualmente, algo borroso,difuso, indefinido. Exclusivamente en el marco expositi-vo es lícito plantear conceptos radicales, aunque sí pare-ce claro que la realidad ha abandonado el mundo físico yse ha integrado en un mundo virtual.

Entre los extremos de la vida real —aquello que suponeel día a día- y la realidad virtual -el mundo matemática-mente simulado de las computadoras- se extiende el es-pectro de la realidad mixta, un continuo realidad-virtua-lidad donde el mundo real se combina, en menor o enmayor parte, con experiencias de un ambiente virtual. Sedenomina realidad aumentada, reforzada o potenciada(augmented reality) -algunos la denominan hiperrealidad-a aquella representación del mundo real a la que se aña-den elementos de un ambiente virtual (figura 22). Por suparte, virtualidad aumentada, reforzada o potenciada (aug-mented virtuality) describe aquellos dispositivos que en-salzan la experiencia virtual añadiendo elementos del am-biente real.

Ante esta situación es necesario crear cierta taxonomíacon la que el ambiente o el sustrato principales de los di-ferente sistemas de realidad y de virtualidad aumentadaspuedan ser representados en términos de un hiperespaciomultidimensional mínimo. Existen, al menos, tres pro-piedades fundamentales en la relación entre el observa-dor y ese hiperespacio que definen tres dimensiones delmundo observado. En primer lugar el realismo: algunosambientes son primariamente virtuales en el sentido deque han sido creados matemáticamente, artificialmente,por la computadora, mientras que otros son primaria-mente reales; en cualquier caso, el realismo reside en elcontenido de la imagen más que en la calidad de la re-producción. Cantidad de realismo se refiere a la cantidadde modelización, a la cantidad de realidad; en un extremo

98


Fig. 22.- Realidad aumentada. La figura muestra un paciente «real»que padece un tumor cerebral. A efectos de plantear la interven-ción quirúrgica, sobre el cráneo «real» del paciente se proyecta una

imagen «virtual» del tumor.

se sitúan aquellas imágenes recuperadas del mundo real,y en el otro las imágenes totalmente modelizadas.

La herramienta para crear formas cuasi-naturales es la geo-metría fractal, que logra simular montañas, vegetación ynubes; pero crear paisajes y objetos inanimados es unacosa y crear criaturas otra muy distinta. La segunda pro-piedad o dimensión es la participación, según la cual losambientes reales y virtuales pueden ser ofertados sin ne-cesidad de que el observador esté completamente inmer-so en ellos; la dimensión de la fidelidad de reproducciónse extiende desde las simples gafas estereoscópicas a la ani-mación tridimensional de alta fidelidad en tiempo real.Por último, la accesibilidad (directness), es decir, si los ob-jetos del mundo primario, real o virtual, se ven de mane-ra directa o mediante algún proceso de síntesis electróni-ca. La taxonomía de la realidad virtual descansa sobre latecnología que la crea: gráfica computacional interactivaen tiempo real, dispositivos de creación ambiental tridi-mensional de simulación física (cabinas de vuelo virtual),inmersivos (dispositivos de cabeza) o de recreación enpantalla (programas 3D en disco compacto).

La medicina virtual es un aspecto fascinante de la rea-lidad virtual. La enseñanza de la anatomía, la práctica dela cirugía miniinvasiva, el entrenamiento quirúrgico encadáver y en cuerpo virtuales y la cirugía por telepresen-cia son diferentes posibilidades de la medicina virtual.Hasta la fecha, la enseñanza de la medicina no se habíadado cuenta de las revoluciones tecnológicas. En especial,la mayoría de los cursos de anatomía se basan en libros detextos obsoletos -de la misma manera que los antiguosegipcios disponían de papiros- y en la disección de cadá-veres. Los libros, más vistosos pero igualmente adimen-sionales que sus predecesores, son cada vez más caros, y loscadáveres resultan cada vez más difíciles de conseguir. Unartículo del The New York Times (7 de abril de 1993) des-cribe la situación actual: «... el conocimiento médico ac-tual es veinte veces superior al de hace veinte años, perolos métodos docentes no han variado...» Un primer pasohacia las posibilidades venideras los representa un atlas

anatómico en CD-ROM (figura 23); por su parte, uncuerpo humano digitalizado está a punto de ser vertidoen la red de fibra óptica de las universidades americanas.Algo más futurista es un modelo 3D de cerebro, lonche-able, que han desarrollado un hospital de Boston y Ge-neral Electric; con la ayuda de unas gafas estereoscópicas(bicolor) y la ayuda de un ratón puede diseccionarse talcerebro como si se tratara de una preparación anatómi-ca en la sala de disección. Se necesitan otros dos adita-mentos para simular un verdadero cuerpo virtual: unoes un dispositivo de inmersión en la realidad virtual, uncasco especial (Head-mountedDisplay, HMD); el otro, unmodelo quinemático de las partes corporales. Todas y cadauna de las partes de un organismo pueden modelarse parasu visualización y manejo, de forma que compongan un ca-dáver virtual, por cuyo interior podrán navegar los estu-diantes utilizando unos guantes activos y un HDM (figu-ra 24).

Un residente en cirugía que se ejercita en cadáveres rea-les no puede repetir un procedimiento quirúrgico si seequivoca; los órganos no pueden reconstruirse una vezdañados. Además, la curva de aprendizaje de un especia-lista continúa durante muchos años tras lograr su titula-ción; se necesitan varios cientos de intervenciones in vivopara lograr una eficacia comprobada. Una alternativa esque los futuros cirujanos se entrenen de manera similara como lo hacen los pilotos de aeronaves. La investiga-ción de simuladores corporales para cirugía —algo parecidoa los simuladores virtuales de vuelo- ha dado sus pasosiniciales; existen en fase experimental una pierna virtualpara entrenamiento en traumatología y un cuerpo vir-tual para cirugía abdominal. En el abdomen virtual seencuentran todas las visceras, y en el quirófano, tambiénvirtual, todo el instrumental necesario para la laparoto-mía y la intervención programada. El cirujano, enfun-dado en su casco de inmersión virtual y sus guantes ac-tivos, puede repetir tantas veces como desee la intervenciónelegida.

Otra posible aplicación del concepto de cuerpo virtuales en telecirugía, cirugía por telepresencia o cirugía re-

Fig. 23.- Imagen seudo-3D anatómica (realizada por M. Deseo, delHosp. Gral. Univ. G. Marañón de Madrid).

99


HMD

cadávervirtual

Fig. 24.- Cadáver virtual: enseñanza anatómica (modificada deTaylor y cois., 1995).

mota. La NASA está interesada en la telecirugía ante la po-sibilidad de tener que intervenir quirúrgicamente a uncosmonauta en el espacio desde la tierra; en el mundo ci-vil, la telecirugía tiene interés para garantizar coberturasanitaria a poblaciones desasistidas. El cirujano opera lo-calmente sobre un modelo virtual -un clon virtual- del pa-ciente; las acciones del cirujano son transmitidas vía satélitea un robot asistente que opera realmente al paciente dis-tante. La relación cirujano-robot es interactiva en tiemporeal, lo mismo que los datos del paciente que son visuali-zados en el quirófano virtual. El cirujano siente en susmanos la impresión que produce el bisturí cuando cortael tejido; ve, por su puesto, sus instrumentos quirúrgicosy los tejidos del paciente mientras opera, pero tambiénpuede ver una imagen aumentada que le permite valorarlo que hay detrás de la sangre y de las superficies opacas.

¿Cuánto tiempo llevará que esa visión madure? No me-nos de diez años. La construcción de tales gafas de rayos Xpresenta muchos problemas por resolver -intento que co-menzó a principios de la década de los setenta, hace casitreinta años—. El principal problema es el del retraso queincorpora la tecnología de detección de posición; el se-guimiento de un objeto es el mayor problema, y es difí-cil explicar cuan grande es la diferencia entre 100 y 200milisegundos. Tal vez en 20 o 25 años, el método domi-nante en medicina por imágenes podría muy bien ser undispositivo de cabeza (Head-mounted Display, HMD)con suficiente resolución en el que se podrían visualizarlos datos superpuestos sobre el paciente. La marca de via-je fantástico de los guiones médicos es una orientaciónposible en la que los vehículos teleoperados pudieran vol-

carse en beneficio de la humanidad; tales son los micro-rrobots capaces de nadar por la corriente sanguínea y rea-lizar cirugía interna. Desde el punto de vista de la teleci-rugía, se pretende conseguir clones virtuales de pacientes;el cirujano operaría en el replicante, y sus delicados mo-vimientos serían reproducidos, a distancia, por un sensi-ble robot que los repetiría, fielmente, en el cuerpo real delpaciente.

Todo ello requiere una potencia de computación leja-na. Pero si se está interesado en gráfica tridimensional porcomputadora hay que estar interesado en la potencia decómputo, y a pesar de la evolución exponencial siempreparece haber en la realidad algo más de lo que puede in-troducirse en la computadora. Es ahí donde entran en jue-go métodos radicalmente nuevos para plasmar los as-pectos computacionales de la realidad virtual. En laactualidad se trabaja con comunidades de computado-ras, de tal modo que cada uno de los 250.000 píxelesque componen una pantalla está controlado por su pro-pia computadora. De todos modos, falta mucho porconseguir. Ayer, las computadoras más rápidas podíanrealizar cientos de operaciones por segundo. Hoy, la ve-locidad de computación se mide en MIPS, millones deinstrucciones por segundo; pero los sistemas de realidadvirtual se desayunan con MIPS. El futuro exige no yalos gigaflops (miles de millones de operaciones por se-gundo), ya al alcance de la mano, sino los teraflops del

EPÍLOGO

En la obra de Fritz Saxl La vida de las imágenes se recal-ca la importancia de la historia de las imágenes para nues-tra comprensión de la literatura. Para entender la historiapolítica también es importante -señala Saxl- la utilizaciónde imágenes [...] y el lenguaje religioso -cont inúa- está aúnmás repleto de imaginería que el lenguaje de los poetas. Así,el estudio de las imágenes es uno de los principales proble-mas comunes a todos los estudiantes de humanidades. En re-lación con su campo, la historia del arte, refiere que lasimágenes, una vez creadas, ejercen un poder magnético deatracción sobre otras ideas de su esfera. Las reflexiones deSaxl son válidas para la medicina; ésta, a caballo entre laciencia y el arte, está sometida, cada vez más, a la ima-gen.

Imagen en cuanto representación, en forma de figura,de una situación o de un fenómeno. La práctica médicamaneja dos tipos de imágenes:

1. La imagen manifiesta, que es función de las inten-ciones subjetivas (dentro de un contexto integradopor un conjunto de valores, significados y propósitos)expresadas por un sujeto intencional, el paciente, y

2. la imagen científica, que se construye a partir de lacuantificación objetiva del estado físico del enfer-mo. Esa cuantificación, cuando es inmediata (ob-

100


servación, palpación, percusión, auscultación), pro-porciona una imagen clínica (intuye imágenes de lostejidos y de las estructuras corporales con fines diag-nósticos); cuando se realiza mediante herramientasdiagnósticas (ecógrafo, tomógrafo) se obtiene unaimagen médica (proporciona la situación física realdel paciente). Mientras que la imagen clínica se basaen la experiencia, la imagen médica lo hace en la tec-nología.

El amplio abanico de tecnologías de la imagen ha po-sibilitado la visualización real de las estructuras anatómi-cas en situaciones normal y patológica. Muchas de esastecnologías (imagen MR, EEG) están ampliamente acep-tadas y mantienen una impresionante velocidad de inno-vación; otras (PET), se mantienen en nichos ambientalesespecializados. La razón primaria de su éxito es la capaci-dad de haber proporcionado una información sin prece-dentes, útil en la mayoría de los casos, en la atención ru-tinaria de gran número de pacientes; pero la demanda deterapéuticas cada vez más eficaces y menos agresivas exi-ge técnicas de imagen fiable en tiempo real.

Por su parte, una misma imagen lograda mediante téc-nicas diferentes suele ofrecer mayor información. En laactualidad, el procedimiento es examinar en conjunto,pero separadamente, cada una de las imágenes; en el fu-turo, las imágenes combinadas, en las que se fundan las di-versas técnicas, facilitarán la labor. El problema puede de-rivar de que un exceso de información dificulte al clínicola toma de decisiones.

Sin embargo, la principal repercusión es que el escena-rio de la práctica médica está cambiando de manera ace-lerada ante el empuje imparable de la imagen. Va siendocada vez más difícil hablar de radiología intervencionista,de cardiología intervencionista, de neurorradiólogos in-tervencionistas o de cirugía miniinvasiva; los conceptosse difuminan. Radiología, cardiología, neurocirugía o ci-rugía, dejan de existir como entidades definidas; las fron-teras son, cada vez, más borrosas. Emerge una nueva ico-nomedicina, intervencionista o no, que exige una nuevay diferente formación de los futuros profesionales que va-yan a encarar ese futuro inmediato. Las disciplinas aca-démicas, las áreas de conocimiento tradicionales, las quehoy existen, son obsoletas y sólo sirven para encorsetarese futuro sin más fronteras que la imaginación. Un futuroque exige cambios en cadena, pues no le son válidas nin-guna de las actuales estructuras departamentales, ni uni-versitarias ni hospitalarias. El debate está abierto; el pro-blema es que, muy probablemente, el diletantismoproteccionista y miope enfangará la discusión.

Pero el poder de la imagen no sólo ha borrado las fron-teras entre las diversas parcelas de lo visible, sino que hairrumpido en el microcosmos biomédico. Las localiza-ciones de los diferentes loci génicos conforman la HumanGene Mapping Library. El objetivo del Proyecto del Geno-ma Humano es construir un mapa que localice, en cada unode los 46 cromosomas en los que se distribuye el DNA,

los diferentes genes que nos definen como humanos. El ma-peo génico determina las posiciones relativas de los dife-rentes genes en una molécula de DNA y de la relaciónentre ellos. Al igual que en la imagen médica, la tecnolo-gía desempeña un papel decisivo en la imagen del geno-ma. Una vez escindida la molécula de DNA mediante lautilización de enzimas de restricción, el segundo paso esla separación electroforética de los fragmentos de DNA se-gún su tamaño y, finalmente, la secuenciación de los frag-mentos. Una vez concluido el Proyecto, la información ob-tenida abrirá las puertas de la medicina predictiva. Pero estoes otra historia.

BIBLIOGRAFÍA

• ECCLES, J. C , «Evolution of the Consciousness», Pro-ceedings ofthe National Academy of Sciences ofUSA, agos-to de 1992.

• FlSCHBACH, G. D., «Mind and Brain», Scientific Ame-rican (Special issue: Mind and Brain), septiembre de1992.

• FRACKOWIAK, R. S. J., «Functional Mapping of VerbalMemory and Language», Trends in Neurological Scien-ces, n.° 17 (3), 1994.

• GÁLVEZ GALÁN, E, La mano de Berta. Otra historia dela radiología, IM&C, Madrid, 1995.

• GROSS, C. G., Brain, Vision, Memory. Tales in the His-tory of Neuroscience, A Bradford Book-The MIT Press,Cambridge, Mass., 1998.

• HALL, S. S., Mapping the Next Millenium. How Com-puter-Driven Cartography is Revolutionizing the Face ofScience, Vintage Books, Nueva York, 1993.

• HlLEMAN, B., «Health Efifects of Electromagnetic FieldsRemain Unresolved», Chemical & Engineering News,n.°8, noviembre de 1993.

• HOWELL, J. D., Technology in the Hospital. TransformingPatient Care in the Early Twentieth Century. The JohnsHopkins University Press, Baltimore, 1995.

• ISABELLE, D. B., y VEYRE, A., «Las imágenes en me-dicina», Mundo Científico-La Recherche (Número es-pecial: La revolución de las imágenes), julio/agostode 1983.

• KEVLES, D. J., y HOOD, L. (eds.), The Code ofCodes.Scientific and Social Issues in the Human Genome Pro-ject, Harvard University Press, Cambridge, Mass.,1992.

• MlLGRAM, R; TAKEMURA, H.; UTSIMI, y A. KlSHINO, E,«Augmented Reality: A Class of Displays on the Reality-Virtuality Continuum», SPIEvo\. 2351, Telemanipu-lator and Telepreence Technologies, 1994.

• MOAKLEY, M. P. (ed.), «100 Years of X-Rays», MedicaMundi. A Review ofModern Diagnostic Imaging and Ra-diation Therapy, n.° 40 (3), 1993.

• MÜLLER-GÁRTNER, H.-W., «Imaging Techniques inthe Analysis of Brain Function and Behaviour», Trendsin Biotechnology, marzo de 1998.

101


PYKETT, I. L., «Imágenes por RMN en medicina», In- dical Students», The New York Times, n.° 7, abril devestigación y Ciencia (Scientific American), julio de 1993, p D5.1982. • SOCHUREK, H., «Medicines New Vision», National Geo-RAICHLE, M. E., «Representación visual de las opera- graphic, enero de 1989.ciones mentales», Investigación y Ciencia (Scientific Ame- • TAYLOR, R. H.; LAVALLEE, S.; BURDEA, G. C., y MOS-rican), junio de 1994. GES, R. (eds.), Computer-IntegratedSurgery, MIT Press,SAXL, E, La Vida de las imágenes. Estudios iconográficos Massachusetts, 1995.sobre el arte occidental, Alianza Editorial (Alianza Forma • TER-POGOSIAN, M. M.; RAICHLE, M. E., y SOBEL, B.n.° 89), Madrid, 1989. E., «Tomografía de emisión de positrones», Investiga-SCHWARTZ, J. A., «Computerized Cadáver to Aid Me- cióny Ciencia (Scientific American), diciembre de 1980.

102

LAS TECNOLOGÍAS DE LA IMAGEN EN MEDICINA - rac.es · PDF filede cristales bajo la...

Documents

Transcript of LAS TECNOLOGÍAS DE LA IMAGEN EN MEDICINA - rac.es · PDF filede cristales bajo la...