Resonancia Magnética

Historia de la Resonancia Magnética

La resonancia magnética nuclear (RMN) es una técnica transversal, cuyos

fundamentos y/o aplicaciones abarcan todo el ámbito de las ciencias experimentales clásicas

(matemáticas, física, química, biología, geología), las tecnologías (informática, ciencia de

materiales) y las ciencias de la salud, en especial la medicina. Ahora bien, en este último

ámbito es frecuente que los facultativos se refieran a la resonancia magnética (denominación

incompleta con que es conocida incluso por el gran público), sin el adjetivo nuclear,

conscientemente omitido por la profesión médica (y en consecuencia por los medios de

comunicación), posiblemente por temor a que el público desinformado pueda asociar esta

técnica a eventuales radiaciones potencialmente peligrosas producidas por desconocidos

procesos radiactivos.

La RMN es hoy una herramienta imprescindible en todos los laboratorios de química preparativa y de bioquímica estructural o dinámica. En otro contexto, los instrumentos de imagen por RMN son también imprescindibles en los hospitales. Pero para llegar a la situación actual ha sido preciso superar las dificultades asociadas a la baja sensibilidad característica de la RMN. De hecho, la historia de la RMN es una sucesión de brillantes avances experimentales que han permitido ir aumentando con los años la sensibilidad de la técnica.

Prehistoria: la gestación de la RMN

Los conceptos de spin electrónico y del momento magnético del electrón fueron

experimentalmente confirmados al comienzo de los años veinte por medio del famoso

experimento de Stern-Gerlach, en el cual se separaron haces de átomos en un campo

magnético inhomogéneo de acuerdo con la orientación del momento magnético de sus

electrones desapareados. Hacia finales de los años veinte, Pauli demostró claramente que

muchas de las características de la estructura hiperfina de los espectros atómicos únicamente

se podían explicar si determinados núcleos atómicos presentaban también spin y su

correspondiente momento magnético. Posteriores refinamientos del experimento de Stern-Gerlach lo confirmaron en el año 1933, y proporcionaron unos primeros valores aproximados

del momento magnético del protón. Se había formulado, así, la predicción de la existencia de

un spin nuclear para ciertos átomos, incluyendo el hidrógeno, que era preciso medir con

exactitud.

En 1936 el físico C.J. Gorter intentó medir la resonancia magnética de núcleos de Li

en LiCl sólido mediante técnicas microcalorimétricas, pero sin resultado. Tampoco consiguió

detectar la resonancia de H en cristales de alumbre potásico hidratado. Posteriormente lo

volvió a intentar con LiF sólido, nuevamente sin éxito. Hoy sabemos que una posible causa de

su fracaso es que el LiF cristalino de gran pureza presenta una relajación longitudinal

anormalmente lenta, de modo que se requieren tiempos anormalmente elevados para que se

polarice la muestra una vez sumergida en el campo magnético y se pueda, así, medir su

resonancia magnética nuclear. Fue precisamente Gorter el primero en usar por escrito la

expresión Nuclear Magnetic Resonance en el título de uno de sus artículos, publicado en

1942, pero siempre atribuyó esta expresión a I.I. Rabi.

En 1937 B.G. Lasarew y L.W. Schubnikow demostraron que, a bajas temperaturas, los

momentos magnéticos nucleares contribuyen apreciablemente a la susceptibilidad magnética

estática observada en el hidrógeno sólido.

El experimento crucial en la prehistoria de la RMN llegó en 1939, cuando I.I Rabi y

colaboradores diseñaron y probaron una importante mejora de las técnicas de haces que

permitió, por primera vez, la observación de resonancia magnética nuclear, aunque en haces

moleculares (carentes de spin electrónico), y que constituyó la primera medición del momento

magnético del protón. Además de hacer pasar un haz de moléculas por un campo magnético

inhomogéneo (para deflectarlas) y por un segundo campo también inhomogéneo pero de

signo opuesto (para reenfocarlas), Rabi intercaló entre ambos campos inhomogéneos un tercer

campo, variable pero homogéneo. Al irradiar la región central (campo homogéneo) con

radiación electromagnética de frecuencia constante, dentro del rango de la radiofrecuencia, y

realizar un barrido del campo magnético central homogéneo, el haz resultó inalterado excepto

para un muy estrecho rango de valores del campo central homogéneo. Para los valores de este

estrecho rango el haz divergía y ya no se producía el reenfoque sobre el detector. Había

nacido la resonancia magnética nuclear, aunque Rabi la denominó espectroscopía de

radiofrecuencia. Por este importante descubrimiento se concedió a Rabi el Premio Nobel de

Física de 1944.

RMN en fase condensada: el nacimiento de la RM

La primera detección de resonancia magnética nuclear en materia condensada fué

conseguida por el equipo de Purcell, Torrey y Pound en Harvard, poco antes de las Navidades

de 1945 (su artículo se recibió en Phys. Rev. el día de Nochebuena). El experimento consistió

en situar un bloque de parafina sólida, de 850 mL, en una cavidad resonante de

radiofrecuencia, alimentada a 29.8 MHz por medio de un circuito apropiado. Este conjunto se

hallaba dentro de un electroimán de campo magnético variable. La señal de salida del

resonador se equilibró con una parte de la señal procedente de la fuente de radiofrecuencia, y

al proceder a un barrido del campo magnético se observó una aguda absorción por resonancia

para un valor del campo de 7100 gauss. Este experimento de detección directa de la absorción

resulta equivalente a los intentos infructuosos de Gorter unos pocos años antes. Es interesante

señalar que al planificar su experimento Purcell desconocía el fracaso anterior de Gorter.

Cuando Rabi supo lo que Purcell quería hacer, le hizo notar que Gorter no lo había

conseguido, pero Purcell decidió que los preparativos estaban ya demasiado avanzados para

renunciar, y siguió adelante con lo que, en definitiva, acabaría siendo la primera detección de

RMN en materia condensada

De manera completamente independiente, el equipo de Felix Bloch en Stanford

consiguió,

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