Allan Cormack: 100 años del Nobel inventor del TAC

Tal es el caso de un físico de cuyo nacimiento se cumplen 100 años este viernes 23: el Nobel sudafricano Allan Cormack (1924-1988), cuyo nombre está asociado íntimamente a la tomografía axial computerizada (TAC), una técnica de imagen que ha enriquecido la medicina.

El que un físico figure en los anales de la medicina no es raro. Louis Pasteur, un nombre que no puede faltar en los anales más exclusivos de la medicina, era físico y químico; físico fue también Wilhelm Röntgen, el descubridor en 1895 de los rayos X, que permitían “ver” dentro del cuerpo humano. De hecho, enseguida aquellos rayos, cuya naturaleza tardaría en descubrirse (no se logró hasta 1911), comenzaron a aplicarse en medicina.

La física del siglo XX fue pródiga en nuevos instrumentos que ampliaron la observación del interior de un cuerpo

También fueron físicos Marie y Pierre Curie, cuyos trabajos en la recientemente descubierta radiactividad se aplicaron rápidamente –a menudo ignorando los peligros que acarreaba– en el tratamiento de tumores. Y la lista de físicos que contribuyeron a la medicina y biología incluye otros nombres ilustres, como Max Delbrück o Francis Crick.

Semejante relación entre medicina y física no debe extrañar, pues si el conocimiento del cuerpo humano es fundamental para la medicina, no lo son menos los medios de que disponen los médicos para ejercer su labor. Y la física del siglo XX fue pródiga en el desarrollo de nuevos instrumentos que ampliaron, hasta límites antes insospechados, las posibilidades de observar el interior de un cuerpo.

Por supuesto, las mejoras de “las técnicas de imagen” no se limitan al trabajo de los físicos. No se tardó mucho en, por ejemplo, introducir nuevos procedimientos que mejoraron las imágenes obtenidas aplicando radiaciones: en 1897, para facilitar el contraste de las imágenes, el fisiólogo estadounidense Walter B. Cannon (1871-1945) utilizó sales de bismuto y posteriormente sulfato de bario, menos tóxico, administrados como papillas para el estudio del aparato digestivo.

Otra mejora importante fue la introducción, en 1955, de un intensificador de imagen, que sustituía las placas fotográficas por un elemento electrónico. La rapidez del método permitía registrar fácilmente imágenes en movimiento, algo muy útil en estudios vasculares y en radiología intervencionista. Se abría así la puerta a la radiología digital, en la que la imagen es recogida mediante un detector electrónico conectado a un ordenador.

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Pero volvamos a Allan Cormack, que enriqueció el “legado” de la física a la medicina, proporcionando la base matemática del método de reconstrucción de la imagen empleado en la tomografía axial computerizada, en donde mediante el uso de un tubo emisor de rayos X y un detector que gira describiendo un círculo alrededor del paciente, se obtienen multitud de imágenes de una parte de su cuerpo. Lo notable de su contribución es que fue fruto de circunstancias fortuitas.

En 1955, cuando enseñaba en la Universidad de Ciudad del Cabo (Sudáfrica), donde había estudiado Física, el físico del Hospital Groote Schuur dimitió, y como la ley sudafricana exigía que un físico cualificado supervisase la utilización de los isótopos radiactivos, y al ser él el único físico nuclear en Ciudad del Cabo, le pidieron que pasase un día y medio a la semana en el hospital vigilando el empleo de isótopos.

Le ubicaron en el Departamento de Radiología y en el curso de su trabajo, al observar cómo se planificaban los tratamientos de radioterapia, en los que se empleaban dosis de isótopos para materiales homogéneos, se dio cuenta de que al ser el cuerpo humano poco homogéneo los resultados tenían que verse deformados por esas desigualdades.

Pensó entonces que para mejorar la planificación del tratamiento tendría que conocerse la distribución del coeficiente de atenuación de los tejidos del cuerpo (la cuantía del haz de radiación que se debilita al atravesar el cuerpo) y que esta distribución tendría que encontrarse realizando medidas externas al cuerpo. También advirtió que esa información sería útil para los diagnósticos y que constituiría un tomograma, o una serie de tomogramas.

Igualmente notó que si se obtenía el suficiente número de proyecciones con ángulos diferentes, podría lograrse la información necesaria para determinar de manera cuantitativa la estructura interna del organismo y más tarde reconstruir las imágenes de forma que tuvieran utilidad diagnóstica.

Pero Cormack necesitaba una función matemática bidimensional que describiese la atenuación de los rayos X en cada parte de una sección del órgano o tejido, y un método para reconstruir una función a partir de un conjunto numeroso de sus proyecciones.

En 1956 se trasladó a la Universidad de Harvard, donde pasó un año sabático. Volvió a Sudáfrica, pero por poco tiempo, pues en el otoño de 1957 se unió al Departamento de Física de la Universidad de Tufts (Massachusetts), donde se instaló definitivamente.

Allí, y compatibilizando con sus investigaciones en física de partículas, se dedicó a desarrollar una teoría matemática para la reconstrucción de las imágenes, teoría que sometió a pruebas mediante simulaciones en el laboratorio y también con pruebas experimentales (siempre con fuentes radiactivas). Publicó finalmente sus resultados en 1963, aunque estos no atrajeron demasiada atención.

Diez años después de que Cormack se introdujese en estos dominios, el británico Godfrey Hounsfield (1914-2004), del Departamento de Sistemas Médicos de los Laboratorios Centrales de Investigación de EMI (Electric and Musical Industries), en Londres, comenzó investigaciones parecidas utilizando una fuente de rayos X.

Desconocía los trabajos de Cormack y desarrolló su propio método de reconstrucción de la imagen, construyendo también una máquina real, en la que en lugar de obtener una imagen de proyección bidimensional, como en una radiografía convencional, se lograban imágenes frontales con otras laterales.

Las imágenes recogidas permitían reconstruir, mediante un programa de ordenador con la función matemática encontrada, la correspondiente zona del cuerpo (órganos internos, huesos), permitiendo lograr la percepción de profundidad.

Probó su equipo en primer lugar con un cerebro humano conservado en el museo de un hospital cercano, y luego, en 1972, con un paciente, una mujer de la que se sospechaba que padecía una lesión cerebral. La imagen reveló un quiste circular en el cerebro. Así nació verdaderamente la tomografía axial computerizada.

Por sus trabajos, Cormack y Hounsfield recibieron en 1979 el Premio Nobel de Fisiología o Medicina.