HISTÓRIA DA TOMOGRAFIA
Prof. Dr. João Eduardo
Irion
No início do século XX, pesquisadores de vários países, mesmo sem se
comunicarem, trabalharam com um propósito comum que era encontrar alguma forma
de desfazer as superposições das sombras nas radiografias convencionais
bidimensionais. A necessidade de uma solução existia porque as radiografias em
incidências ortogonais ou a fluoroscopia não eram métodos satisfatórios para
determinar a profundidade ou a localização de lesões ou corpos estranhos nos
pacientes.
ESTEREOSCOPIA E ESTEREOGRAFIA
As primeiras tentativas de solução do problema fundamentaram-se nos
princípios da visão binocular e da estereoscopia formulados por Sir Charles
Weaststone em 1840. A aplicação do procedimento em radiologia exigia a tomada
de duas radiografias obtidas depois de determinado deslocamento do tubo de
raios X e, a seguir, o uso de equipamentos para a visão binocular
estereoscópica das duas radiografias.
A primeira referência sobre o uso da estereoscopia na radiologia ocorreu
um 11 de março de 1896, quando T. Tompson publicou no “Electric Engineer” o trabalho intitulado “Steroscopic Roentgen Pictures”. No início de 1896, G. Countermulins
opacificou vasos em cadáveres para estudar a estereografia com raios X.
Em 1900, E. Henrard, médico do exército belga, formulou os princípios
para localizar projéteis em feridos de guerra mediante o uso da estereoscopia
com raios X e, com isso, foram criados equipamentos estereoscópicos usados
durante a I Guerra Mundial. Entre eles, o mais comum era fabricado pela
Weatstone e vendido pela empresa Victor dos Estados Unidos.
Os resultados da estereoscopia nunca foram satisfatórios, e por isso ela
foi superada pela tomografia, porém permaneceu em uso até os fins dos anos 20,
na radiologia cardiovascular.
PARALAXE
Outra forma de desfazer as superposições de sombras usa os princípios da
paralaxe (palavra grega que quer dizer movimento) e que, em radiologia,
significa o deslocamento de uma sobra quando o tubo de raios X muda de posição,
e o filme e o paciente permanecem imóveis. O primeiro trabalho sobre o tema foi
publicado em 1915, por Karol Mayer em Poznam, Alemanha, intitulado “Diferencial Radiologic Diagnosis in Diseases
of Herat and Aorta”.
Os procedimentos que usam a paralaxe para desfazer superposição de
sombras não se enquadram na definição da tomografia, pois essa se baseia no
fato de que do trio tubo-paciente-filme, obrigatoriamente, dois deles se movem
durante a tomada das imagens.
A primeira aproximação das pesquisas com a tomografia ocorreu em 1915
quando Carlo Baese, um médico militar de Florença, inventou o aparelho (usado
na Primeira Grande Guerra) para localizar corpos estranhos metálicos que chamou
de radioesterômetro. Ele consistia em mover o tubo e écran fluoroscópico unidos
por um braço fazendo uma espécie de tomografia fluoroscópica.
A TOMOGRAFIA CONVENCIONAL
A tomografia é, na essência, a aplicação mais avançada da paralaxe para
registrar, num mesmo filme, a imagem de um corte longitudinal do corpo,
desfazendo a superposição de sombras. Na tomografia, a imagem é obtida quando,
no momento da exposição, movem-se ao mesmo tempo dois dos componentes da tríade
“tubo-paciente-filme”.
O primeiro a entender esse princípio foi André Edmund Marie Bocage, um
dermatologista francês. Bocage como médico militar na Primeira Guerra Mundial,
localizava projéteis em feridos mediante cálculos trigonométricos realizados em
várias imagens obtidas com o deslocamento do tubo e do filme. Ele, em 1917, em
plena guerra, concebeu a ideia de obter imagens radiográficas de cortes
longitudinais do corpo humano. Mais tarde, em 1920, trabalhando no Hospital
Salpètrière em Paris, ele retornou à ideia e então uniu tubo e filme por um
braço para que os dois, no momento da exposição, fizessem um deslocamento
sincrônico e linear, mas movendo-se em sentido oposto.
Bocage patenteou o método em 1922, t5odavia não teve recursos para
fabricar o invento e nem meios para pagar a anuidade da patente, e por isso ela
caiu em domínio público. Em 1937, vinte anos depois da concepção do tomógrafo,
um aparelho foi comercializado pela fábrica Massiot da França com o nome de
Biotome.
Cabe a Bocage o mérito do invento dos cortes tomográficos e a formulação
dos princípios da tomografia tais como: a trajetória do deslocamento do tubo e
do filme, a relação entre a posição do eixo de rotação do sistema e a
profundidade de corte, a importância do uso de grades antidifusoras e a
influência do tamanho do foco na qualidade das imagens.
O engenheiro holandês Bernard George Ziedses Des Plantes, que mais tarde se
formaria médico para chegar à posição de Professor de Radiologia da
Universidade de Amsterdã, começou a se preocupar com a dissociação das sombras
nas imagens radiológicas ainda como estudante de medicina. Em 1930, ele criou
um aparelho no qual o tubo e o filme descreviam um movimento circular ou um
movimento em espiral. O protótipo do aparelho foi concluído em 1931 e recebeu o
nome de planígrafo. Em 1936, coube mais uma vez, à companhia Massiot lançar no
comércio o primeiro equipamento baseado na tecnologia de Ziedses.
Assim como os demais inventores que ignoravam o trabalho de outros
pesquisadores, o holandês de Nijmegen, D.L. Baterlinck construiu um tomógrafo
cujas primeiras imagens foram apresentadas em novembro de 1930, em uma reunião
de radiologistas em Amsterdã.
Na Itália, a preocupação com a dissociação das sombras por meio de cortes
tomográficos coube a Alessandro Vallebona, Diretor do Departamento de
Radiologia da Universidade de Gênova. Ele batizou seu método com o nome de
estratigrafia, cujas primeiras imagens foram mostradas ao Nono Congresso
Italiano de Radiologia em 1930. Vallebona fez com o primeiro aparelho somente
tomografias de fantomas, mas em 1932-1933, usou na clínica o segundo
equipamento. Vallebona desenvolveu duas técnicas de aquisição das imagens: na
primeira, o tubo e o filme faziam um movimento circular em torno do paciente
imóvel; na segunda, o paciente girava em torno do eixo de corte enquanto o tubo
e filme permaneciam imóveis.
O desenvolvimento europeu da tomografia não era conhecido na América do
Norte. Em 1928, nos Estados Unidos, o técnico de radiologia Jean Kieffer foi
hospitalizado para tratar tuberculose pulmonar e durante a permanência no
hospital, preocupado com sua doença, idealizou um aparelho para fazer cortes
tomográficos de seu pulmão, eliminando a superposição de sombras. O protótipo
do equipamento foi montado em 1934, no qual o tubo e o filme descreviam um
movimento de trajetória circular ou elíptica e recebeu o nome de “Máquina de raios X focados”. Em 1938, a
Keleket Company lançou no comércio o equipamento com a tecnologia de Kieffer
com o nome de laminógrafo.
Embora se soubesse que os cortes tomográficos de melhor qualidade fossem
os obtidos com equipamentos dotados de movimentos complexos (movimento
circular, em espiral, hipociclóide, em forma de 8 e outros) da tríade
tubo-paciente-filme, até a década de 60, a preferência recaiu sobre o movimento
linear porque os aparelhos com movimento complexos eram mais caros e irradiavam
mais os pacientes. Além disso, o movimento unidirecional permitiu a
comercialização de tomógrafos para mesas radiológicas convencionais ou o uso de
adaptadores nos moldes dos criados por W. Twinning em 1936.
Em resumo, nos primórdios da história da tomografia, vários
pesquisadores, em pelo menos quatro países, trabalhando de forma independente
estruturaram a técnica tomográfica e, como as pesquisas simultâneas ocorreram
em locais diferentes, sugiram para ela várias denominações: radiografia
seccional, tomografia, (Bocage), estratigrafia, (Vallebona), planigrafia
(Ziedes), laminografia (Kieffer). Intraskop (Siemens), Sectógrafo (Medical
Supply Association), mas o uso consagrou o termo tomografia para a técnica.
A TOMOGRAFIA MULTIDIRECIONAL
O ápice do uso da tomografia convencional ocorreu com o lançamento do
extraordinário equipamento, o tomógrafo multidirecional denominado Polytome. O
modelo experimental do Polytome foi criado em 1949 pelos engenheiros Raymond
Sans e Jean Porcher no Hospital Salpètière em Paris. O aparelho foi apresentado
pela companhia Massiot em julho de 1951, em Bruxelas, na Primeira Convenção dos
Radiologistas de Língua Francesa. O Polytome era muitas vezes superior aos
tomógrafos convencionais, fazendo cortes com espessura de 1 mm, com alto
contraste, grande resolução espacial e precisão de detalhes, permitindo levar a
tomografia para zonas mais complexas do corpo como, por exemplo, o osso
temporal. Tudo porém foi superado pela tomografia computadorizada.
TOMOGRAFIA NÃO COMPUTADORIZADA DE
CORTES TRANSVERSAIS
Antes de ser inventada a tomografia computadorizada existiu a tomografia
de cortes transversais ao eixo longitudinal do corpo. O inventor da tomografia
transversa não-computadorizada com a mesma orientação do CT de hoje foi o
inglês William Watson. Em 1937, ele construiu um aparelho para a tomografia
transversa que foi patenteado nos Estados Unidos em 1936 e na Inglaterra em
1939.
Ele explicou os princípios desse tipo de tomografia numa conferência na Royal
Society of Health em 1939.
Vallebona também trabalhou na busca da tomografia transversa e fez as
primeiras imagens em 1947. No Japão, a tomografia de cortes transversais foi
estudada por Shinji Takahashi que iniciou os trabalhos nesse sentido em 1949,
mas suas pesquisas somente se tornaram conhecidas em 1957, depois que foram
publicadas em inglês.
A HISTORIA DA
TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA
Em 1955, Allan McLeod Cormack trabalhou como físico no Departamento de
Radioterapia do hospital Cidade do Cabo, onde se preocupou em achar um meio de
calcular com precisão a intensidade da energia do feixe de raios X usado em
radioterapia e que chega a um ponto determinado do corpo.
Cormack procurou fazer um mapa da distribuição da absorção dos raios X
aplicados no corpo em diferentes ângulos para, desse modo, obter uma imagem de
um corte com alta definição por meio de cálculos de triangulação. Pensando que esse
método já estivesse em uso, ele fez uma extensa pesquisa na literatura sobre o
tema e ficou surpreso porque ninguém tentara estudar o assunto. Mais tarde, ele
encontrou um longo trabalho de autoria do matemático Johan Randon que fora
escrito no inÍcio do século sobre o mesmo problema.
Em 1956, Cormack foi para a Universidade de Harvard e, no ano seguinte,
concluiu o desenvolvimento de uma fórmula matemática para compilar e gerar com
precisão uma imagem por meio dos dados obtidos com a passagem de raios X pelo
corpo com incidência em diferentes ângulos. Resolvido o problema teórico, ele
passou à pesquisa experimental. Ele mesmo construiu um aparelho e com esse
equipamento ele mediu, com sucesso, a absorção dos raios X em cortes de carne
de cavalo e de porcos, processando os resultados com uma simples calculadora
manual. Cormack publicou os resultados de sua pesquisa no artigo intitulado
"Representation of Function by its Line Integrals,” no The Journal of
Applied Physics e, mais tarde, no Physics of Medical Biology. Como físico
teórico, Cormack não se preocupou com o uso prático de duas pesquisas.
GODFREY NEWBOLD HOUNSFIELD
Em meados da década de sessenta, o engenheiro Godfrey Newbold Hounsfield
(mais tarde foi agraciado com o título de Sir) trabalhava no THORN EMI (Central
Research Laboratories da Electric and Musical Industries Ltd. - EMI) e começou,
independentemente de Cormack, a pesquisar sobre tomografia e reconstrução de
imagens. Para isso, ele usou uma técnica e um equipamento diferente, utilizando
a capacidade dos computadores existentes na época na reconstituição de imagens.
As pesquisas iniciais foram realizadas com um equipamento simples,
composto de somente um detector (válvula fotomultiplicadora) e uma pastilha de
amerício 95 como fonte de raios gama. Nesse equipamento, a fonte e o detector
moviam-se em torno do objeto, usando o princípio de rotação-translação de grau
em grau num total de180˚. A coleta de dados durava 9 dias devido à baixa
intensidade da fonte de radiação. A seguir, as imagens eram reconstruídas num
computador mainframe ICL 1905 que levava duas horas e meia para completar o
processamento. Mais tarde. a fonte de radiação foi substituída por um tubo de
raios X e o tempo de escaneamento ficou reduzido para nove horas.
As primeiras imagens foram obtidas de um cérebro de boi e o corpo de um
porco obtidos num açougue.
Em 1971, Hounsfield mostrou as imagens ao neuroradiologista Dr. James
Abraham Edward Ambrose e esse conseguiu, emprestado de um museu, um cérebro
humano conservado em formol para ser tomografado. Ambrose ficou admirado com as
imagens digitalizadas que Hounsfield lhe mostrou cinco semanas depois.
Uma vez que ficou provada a utilidade da tomografia computadorizada o
passo seguinte foi a construção de um protótipo para uso clínico. O aparelho
então construído recebeu o nome de EMI MARK I e seu detector era uma válvula
fotomultiplicadora com iodeto de sódio. O tomógrafo foi instalado em setembro
de 1971, no Atkinson Morley´s Hospital do sul de Londres com o apoio dos
neuroradiologistas James Ambrose e Louis Kreel. A primeira tomografia clínica
foi feita em 1˚ de outubro de 1971 de uma paciente com tumor cerebral. O
cirurgião que retirou o tumor disse que a massa tinha exatamente a mesma
aparência da imagem tomográfica.
A abertura do aparelho era pequena e só permitia escanear a cabeça do paciente
e, além disso, era necessário envolver o crânio com uma touca de borracha cheia
de água (mais tarde substituída por lâminas de carbono) para atenuar a
radiação. O tempo de aquisição da tomografia era de 4minutos e meio.
Em 20 de abril de 1972, no 32˚ British Institute of Radiology, Haunsfield
apresentou os resultados do aparelho da EMI numa palestra com o título
"Tomografia Computadorizada (uma nova forma de demonstrar alguns tecidos
moles do cérebro sem uso de meios de contraste)". Antes disso, Hounsfield
apresentara no 2˚ Congresso de Radiologia de Amsterdã algumas imagens
experimentais sem despertar interesse e o mesmo aconteceu no Curso de
Pós-graduação em Neurologia no Albert Einstein College of Medicine em Nova
Iorque, em 15 de maio de 1972, onde foram mostradas as primeiras imagens de uso
na clínica.
A primeira tomografia computadorizada de corpo inteiro foi a do
engenheiro Tony Willians, da equipe da EMI, porque ele era suficientemente
magro para caber na abertura do aparelho.
Hounsfiedl e seu grupo continuaram as pesquisas no Atkinson Morley´s
Hospital e no National Hospital of Neurology and Neurosurgery de Londres.
A primeira descrição da técnica da Tomografia Axial Transversa foi
publicada no British Journal of Radiology, em 1973. Nesse mesmo ano, o primeiro
aparelho foi lançado no comércio com a sigla EMI CT 1000 que era um
aperfeiçoamento do Mark I. Esse novo aparelho já estava equipado com 30
detectores, reduzindo o tempo de aquisição das imagens para 20 segundos.
Em 1974, o Dr. Robert Ledley Professor de Radiologia, Biofísica e
Fisiologia da Georgetown University desenvolveu o primeiro aparelho para
tomografia computadorizada de corpo inteiro que tinha a sigla ACTA (Automatic
Computed Transverse Axial) equipado com 30 válvulas fotomultiplicadoras e que
já dispensava o uso da touca de borracha.
EVOLUÇÃO DOS EQUIPAMENTOS
Os equipamentos evoluíram na seguinte sequência:
Primeira geração - um detector móvel;
Segunda geração - de 8 a 30 detectores móveis;
Terceira geração - de 500 a 700 detectores móveis;
Quarta geração - 2.400 detectores fixos.
O PRÊMIO NOBEL
DE MEDICINA E FISIOLOGIA
Em 1979, Hounfield e Cormark receberam o Prêmio Nobel de Medicina e
Fisiologia por seus trabalhos na invenção e no desenvolvimento da tomografia
computadoriza. Eles foram os primeiros não médicos a receber a distinção . Os
dois se encontraram pela primeira vez no dia da entrega do Prêmio.
BIBLIOGRAFIA
A história da tomografia computadorizada – Antgonio Carlos Pires
/carvalho – Rev. Imagem 2007,29(2)61-66
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