En una época en que no era posible conseguir radiografías de calidad con tiempos de exposición cortos, la necesidad de obtener imágenes del tórax sin movimiento llevó al médico francés Emré Hyacinthe Guilleminot a construir un aparato que disparase rayos X de manera repetida únicamente en el momento deseado del ciclo respiratorio. Su objetivo fue, partiendo de las investigaciones sobre patologías cardíacas de Charles Bouchard, componer una radiografía satisfactoria a partir de múltiples disparos cortos realizados en el mismo instante de la inspiración o la espiración. Extendió su idea a la radiografía del corazón, creando un sistema que permitía obtener imágenes disociando las fases del latido. El presente artículo pretende explicar el funcionamiento básico de aquellos mecanismos, así como recuperar los trabajos de investigación previos que motivaron su creación. También rescatará datos biográficos y personales de las dos figuras involucradas –directamente uno, indirectamente el otro– en aquellas novedosas invenciones.
In an era when it was not possible to achieve quality x-rays with short exposure times, the need to obtain chest images without movement led the French doctor Emré Hyacinthe Guilleminot to construct a machine that repeatedly emitted x-rays only when desired during the respiratory cycle. His aim was to create a satisfactory radiograph from multiple short bursts performed at the moment of inhalation or exhalation, based on Charles Bouchard's research on heart disease. He extended his idea to radiography of the heart, creating a system that enabled images to be obtained disassociating the phases of heartbeat. This article seeks to explain the basic functioning of these mechanisms, and to recover previous research papers that led to their creation. We will also retrieve biographical and personal data of the two people involved – one directly, the other indirectly – in these novel inventions.
Los sistemas de sincronización respiratoria y cardíaca tan comunes en el trabajo con resonancia magnética (RM) y tomografía computarizada (TC), tienen su más primitivo antecedente en los ingenios del médico francés Hyacinthe Guilleminot, creador a partir de 1898 de los primeros dispositivos de sincronización para imagen radiológica. En los primeros años de la radiología, los tiempos de exposición necesarios para radiografiar eran muy prolongados, por lo que hacer una radiografía del tórax suponía obtener una imagen poco definida de los órganos, debido a los movimientos respiratorios. Gracias a una serie de avances en la fabricación de tubos de rayos X, películas radiográficas y pantallas de refuerzo1–3, en 1898 ya se realizaban radiografías en apnea4,5, aunque sus prestaciones no resultaban del todo satisfactorias para muchos investigadores. Además, las apneas necesarias, a veces de hasta 45 segundos, no eran soportables por todos los pacientes. Fue bajo tales circunstancias, y motivado por los importantes estudios de su compañero Charles Bouchard sobre patologías intratorácicas, que el doctor Guilleminot ideó dos aparatos para obtener imágenes del tórax y del corazón sin movimiento durante el ciclo respiratorio natural, mediante la realización de múltiples disparos cortos en el mismo momento del ciclo deseado, de modo que se acumulase un tiempo de exposición suficiente para obtener una imagen válida.
Pasados más de 120 años desde su creación, es interesante explicar el funcionamiento básico de aquellos aparatos y recuperar las investigaciones previas que motivaron su creación. Del mismo modo, se hace necesario acercarse a las biografías de las dos figuras involucradas en aquellas novedosas invenciones.
El Dr. GuilleminotEmré Hyacinte Guilleminot (7.6.1869, Laignes6– 10.3.1922, París7) (fig. 1) se licenció en Derecho8 y en Medicina. En 1894 se desempeñó como médico interno en Le Charité (París) con Bouchard, con quien desde entonces tendría una fecunda relación profesional y personal. Más tarde ejerció como profesor de Física Biológica en la Facultad de Medicina de París y alcanzó a presidir, entre 1912 y 1913, la Sociedad de Radiología Médica de París9. Dedicó parte de su tiempo al estudio de la dosimetría, publicando en 1910 el libro Radiometría fluoroscópica10 e inventando un aparato dosimétrico en 191711. Fue asimismo un gran interesado en la electricidad y sus aplicaciones en la medicina, lo cual quedó plasmado en obras de relevancia como Electricidad médica12, un detallado tratado aparecido en 1905. Sus investigaciones en ese mismo ámbito lo llevaron a recibir en 1917 el Premio Hébert de la Academia de las Ciencias a la divulgación de la práctica eléctrica13 por la obra Los nuevos horizontes de la ciencia. Suya fue la idea de crear un sistema que permitiera obtener radiografías del contenido torácico durante la inspiración o la espiración sin forzar apneas. Puesto que su idea vino motivada por las investigaciones que uno de sus maestros y posteriormente compañero realizaba sobre patologías intratorácicas, antes de abordar la descripción de sus creaciones es conveniente conocer al Dr. Bouchard y sus trabajos, no exentos de interés histórico.
Medalla conmemorativa con la imagen de Guilleminot, inventor de los sistemas de sincronización.
Fuente: Banque d’images et de portraits de la BIU Santé (http://www.biusante.parisdescartes.fr/histmed/image?anmpx38x0078).
El médico francés Charles Jaques Bouchard (6.9.1837, Montier-en-Der14– 28.10.1915, Lyon15) (fig. 2) comenzó sus estudios de Medicina en 1857 en Lyon, y los continuó y concluyó en París, donde en 1864 sería pasante con Jean-Martin Charcot en el hospital Pitié-Salpêtrière. Obtenido el doctorado en 1866, ejerció durante los años siguientes en los hospitales parisinos de Bicêtre, Lariboisière y Le Charité, entre otros. En 1879 fue nombrado profesor de Patología y Terapéutica generales en la Facultad de Medicina de París, y en 1886 admitido como miembro de la Academia de las Ciencias, de la que sería presidente entre 1908 y 1909. En 1897 fue elegido presidente de la Sociedad de Biología. Fue además cofundador de la publicación periódica Revue de la Tuberculose (1887) y fundador de Journal de Physiologie et de Pathologie générale (1899)16.
Charles Bouchard. Sus investigaciones sobre patología intratorácica inspiraron a Guilleminot para la fabricación de los sistemas de sincronización.
Fuente: Welcome Library (http://catalogue.wellcomelibrary.org/record=b1160574).
A partir del descubrimiento de los rayos X a finales de 189517, Bouchard se introdujo de lleno en su estudio y aplicación a la medicina, hasta el punto de encargar a Guilleminot en 1898 el montaje de un servicio de rayos X en Le Charité16, el segundo en un hospital parisino18, servicio del que el propio Guilleminot sería director. Comenzando sus investigaciones en 1896, pronto hizo interesantes observaciones sobre los órganos intratorácicos mediante el uso de la pantalla fluoroscópica. El primero de sus más importantes avances fue la observación del derrame pleural19. En tiempos en que las imágenes se obtenían principalmente en positivo, del derrame pleural aparecía como un área oscura sobre el pulmón radiolúcido. Visualizó asimismo el desplazamiento contralateral del mediastino en casos de derrame pleural unilateral completo y, a la inversa, su desplazamiento hacia el lado afectado en casos ya resueltos que habían generado una retracción pulmonar. Sus observaciones coincidían con los resultados de las exploraciones clínicas usuales, por lo que consideró un complemento muy eficaz el estudio radiológico, incluso más preciso para el diagnóstico del desplazamiento mediastínico. Advirtiendo el brillante futuro que le esperaba al uso de los rayos X, indicó en la presentación de estas observaciones que “tenemos derecho a pensar que la exploración por los rayos de Röntgen no será menos útil a la medicina (interna) que a la cirugía”19.
Otro de sus avances fue la visualización de los signos de la tuberculosis20. En casos previamente diagnosticados por la exploración física en cuanto a existencia y alcance de la enfermedad, la coincidencia con la observación radiológica fue positiva, excepto en un solo caso. En un paciente cuyo caso sin duda animaría a Bouchard a seguir profundizando en su trabajo, se observaron una tos y unos signos generales sugerentes de una tuberculosis incipiente, cuyo cultivo de esputo y exploración física dieron resultados negativos. Sin embargo, el examen radiológico mostró signos positivos que, unos días más tarde, quedaron confirmados por una nueva auscultación y un cultivo. En otros casos visualizó una linfadenopatía traqueobronquial; una ectopia cardíaca y un tumor torácico diagnosticados clínicamente como aneurismas aórticos; varias hipertrofias cardíacas21; un tumor bilobal localizado junto a la cuarta vértebra dorsal, diagnosticado clínicamente como una estenosis esofágica, y describió los signos radiológicos de la insuficiencia aórtica22.
Fue en 1898 cuando Bouchard, siguiendo sus estudios del corazón, comunicó sus observaciones sobre unos movimientos de la aurícula derecha que no parecían corresponder al propio ciclo cardíaco. El investigador había observado en la pantalla fluoroscópica una sombra que aparecía a la derecha del esternón y se retiraba de nuevo, una y otra vez, y pudo constatar que coincidía con el descenso y elevación del hígado durante la respiración: con la inspiración aparecía la sombra; con la espiración desaparecía. Bouchard concluyó que se trataba de una dilatación de la aurícula derecha isócrona a la inspiración debido al cambio de presión intratorácica23,24. No obstante su visualización mediante pantalla, radiografiar por separado el fenómeno de dilatación y de retracción de la aurícula para poder compararla y medirla en imágenes fijas resultaba imposible. La radiografía debería realizarse justo en el momento deseado de dilatación o contracción, con un tiempo de exposición sumamente corto y una potencia muy alta, algo que la técnica de entonces no había logrado a pesar de sus avances continuos. En 1898 ya se había conseguido reducir los tiempos de exposición lo suficiente para poder radiografiar en apnea, aunque estas todavía eran largas, en torno a los 30-45 segundos4,5. Además de esta dificultad, era necesidad de Bouchard que las imágenes se obtuvieran durante el ciclo respiratorio natural, pues era su efecto sobre el corazón lo que se pretendía estudiar, sin forzar apneas que aumentaran artificialmente el volumen pulmonar y lo comprimiesen o desplazasen. Fue este interesante reto para la todavía embrionaria disciplina de la radiología el que Guilleminot decidió afrontar.
Una aproximación rudimentariaAdicionalmente, cabe apuntar que, con anterioridad, en 1897, el médico militar alemán Walter Stechow había tratado de obtener radiografías de tórax nítidas en las diferentes fases respiratorias25. Su método consistía en colocar ante el tubo de rayos X una lámina metálica que, durante un periodo de irradiación largo y continuo, debía moverse hacia delante y hacia atrás, dejando pasar los rayos solo en el momento deseado del ciclo respiratorio. Esto debía hacerse en múltiples ocasiones, hasta haber irradiado la placa fotográfica lo suficiente. A todas luces incómoda y poco práctica, la idea de Stechow no fue relevante, pero sirvió de inspiración a futuros investigadores.
La sincronización respiratoria de GuilleminotEl primer mecanismo de sincronización respiratoria para obtener radiografías nítidas del tórax se presentó el 8 de agosto de 1898 en una sesión de la Academia de las Ciencias de Francia26 (fig. 3). Su creador, Guilleminot, había redactado una nota que Bouchard leyó ante los presentes: “La observación hecha por el Sr. Profesor Bouchard de los movimientos de ampliación de la aurícula derecha isócronos a los movimientos respiratorios, me dio la idea de construir un aparato que permitiera fijar en la radiografía la imagen de los órganos intratorácicos, ya sea durante la inspiración o durante la espiración” (fig. 3). Una introducción prometedora para la descripción del que fue el primer sincronizador (gating) respiratorio de la historia de la radiología.
Encabezamiento de la publicación en la que se recoge la presentación del mecanismo de sincronización respiratoria26.
Es interesante señalar que, a pesar de su importancia, la descripción del aparato que legó Guilleminot no fue lo suficientemente detallada para comprender su funcionamiento por completo. El sistema, ciertamente artesanal, constaba de dos partes principales: un cinturón adaptado al tamaño del paciente y un interruptor del circuito generador de rayos X. El cinturón, destinado a abrir y cerrar el circuito, era un cinturón convencional de cuero, se colocaba en torno a la parte inferior del tórax y su hebilla se giraba detrás del sujeto. Cortado en la parte anterior, cada uno de sus extremos llevaba una placa de madera. Las dos placas se mantenían en contacto por gomas elásticas, cuya fuerza podía ajustarse según el abdomen del paciente, de modo que las placas pudieran separarse libremente con la inspiración y el consiguiente aumento del diámetro toracoabdominal. Sobre una de las placas se fijaba en un gancho una cuerda de violín que se prolongaba hacia la otra placa. Allí, la cuerda se articulaba con un brazo de palanca muy ligero fijado a ese extremo del cinturón, mientras una polea garantizaba la dirección constante de la cuerda. En consecuencia, todo movimiento de inspiración o de espiración derivaba en un movimiento de la cuerda y, por consiguiente, de la palanca en una dirección o en la otra. Con cada movimiento respiratorio esta palanca movía una larga varilla cuyo extremo distal cerraba o abría indirectamente el circuito generador de rayos, según se dispusiese para que el contacto se produjera con la inspiración o la espiración. De este modo únicamente se descargaban rayos X en el mismo momento del ciclo respiratorio, cuando los órganos intratorácicos estuvieran en el mismo nivel (fig. 4). Este proceso, repetido durante unos 20 minutos, produciría tantas descargas como inspiraciones o espiraciones realizase el paciente, obteniéndose finalmente una radiografía generada con múltiples disparos de corta duración –cada uno de ellos insuficiente per se para lograr una imagen válida–. Guilleminot y Bouchard usaron este sistema para comparar el desplazamiento del corazón y la dilatación o contracción de sus cámaras durante las fases respiratorias en general, y en particular para estudiar con detenimiento las observaciones de Bouchard sobre el ventrículo derecho. Para ello debían realizarse radiografías comparativas del mismo paciente durante las fases de inspiración y espiración. Emplearon asimismo el nuevo mecanismo para comparar el ángulo de inclinación de las costillas durante la respiración en sujetos sanos y con distintas patologías torácicas unilaterales o bilaterales27.
Diagrama simplificado del sincronizador respiratorio. La varilla, conectada mediante una pequeña polea a la cuerda de violín que une los dos extremos del cinturón previamente cortado, al ascender al compás de la expansión torácica (inspiración), sumerge su extremo en forma de U en dos cubetas llenas de mercurio. Este paso cierra el circuito eléctrico que genera los rayos X. El dispositivo podía ajustarse para que el cierre se produjera con la contracción torácica (espiración) y la consiguiente emersión de la U.
A modo de nota al margen, cabe añadir que, inspirado por las ideas de Stechow y Guilleminot, el médico alemán Walter Cowl ideó todavía en 1898 un nuevo sistema de sincronización25. Cowl sustituyó el cinturón de Guilleminot por una varilla oscilante, de la que uno de sus extremos, provisto de una pequeña pletina, reposaba directamente sobre el abdomen del paciente. La varilla, mantenida horizontalmente por un pie metálico con el que articulaba, subía o bajaba a modo de balancín con la inspiración y la espiración, movimiento que en su extremo opuesto cerraba y abría el circuito generador de rayos. Cowl llamó a su dispositivo Rheotom, con el que estuvo trabajando al menos hasta 190128,29.
La sincronización cardíaca de GuilleminotLa curiosidad de Guilleminot no se detuvo en lograr un sistema de sincronización respiratoria, y poco tiempo después ideó otro para sincronizar el latido cardíaco con los disparos de rayos X, y poder disociar sus diferentes fases. El nuevo sistema fue presentado por Bouchard a partir de una nota de Guilleminot el 17 de julio de 1899 en la Academia de las Ciencias de Francia30. El fundamento de este dispositivo era similar al anterior, aunque el investigador se sirvió esta vez de un utensilio recientemente creado para la medicina: el esfigmógrafo portátil de Etienne-Jules Marey, ideado originariamente para, mediante la detección del pulso radial, dibujar una gráfica que mostrara características de la presión sanguínea. En su empleo ordinario se fijaba a la muñeca mediante unas tiras de tela, quedando una pequeña placa de marfil sobre la arteria radial. Su pulsatilidad movía la placa, cuyo movimiento era transmitido a una aguja que marcaba sus oscilaciones sobre una tira de papel, arrastrada esta por un mecanismo de reloj para que la gráfica fuera continua. Para su nuevo sistema, Guilleminot retiró algunas de las piezas del esfigmógrafo y adaptó su mecanismo para que el pulso radial indujera movimiento a una varilla, cuyo extremo distal abría y cerraba indirectamente el circuito del generador de rayos X (fig. 5), pasando por un intrincado sistema electromecánico de reostatos y dinamos con movimientos coordinados (figs. 6–8). El objetivo de este nuevo dispositivo era obtener imágenes emitiendo rayos solo cuando el corazón se encontrara en el ciclo deseado, para fijar su sombra en la radiografía. Así se podía medir el grado de desplazamiento de las aurículas y ventrículos entre sístole y diástole y, por otra parte, mostrar la diferencia con facilidad a los interesados, puesto que hasta ese momento solo podía observarse con una práctica real mediante pantalla fluoroscópica. En un artículo publicado a finales de 1899 en el que explicaba los componentes del aparato y su modo de empleo –aunque con importantes lagunas que dificultan su comprensión–, su creador llamó a esta nueva técnica cinematorradiografía31.
Parte del esfigmógrafo modificado, empleado por Guilleminot. La varilla (T) se encuentra en su extremo proximal conectada a la placa de marfil que sobre la muñeca del paciente pulsaba al ritmo del puso radial. Con este movimiento pulsátil inducido, la varilla se sumergía y emergía rítmicamente de una cubeta llena de mercurio (H). Esta hacía las veces de cierre del circuito eléctrico que generaba el disparo de rayos31.
Visión general del sincronizador cardíaco. El pulsómetro en la muñeca del paciente, con la varilla y la cubeta con mercurio como interruptores, y el complejo sistema generador de energía constante37.
Generador de movimiento uniforme. Este mecanismo, formado principalmente por dinamos y reostatos, generaba la alimentación eléctrica para hacer funcionar el tubo de rayos X. Su giro y generación de energía era constante, pero esta solo se transmitía al tubo en el momento adecuado del ciclo cardíaco, cuando la varilla mostrada en la figura 5 emergía de la cubeta de mercurio31.
Regulador opcional de velocidad. Esta parte del aparato permitía regular la velocidad de giro del generador de movimiento, con lo que podía generar mayor energía eléctrica cuando se desease31.
Sobre su persona conocemos algunos aspectos gracias a coetáneos suyos. En febrero de 1912, Bouchard escribió en una carta: “Me reservo horas de atención para leer a Guilleminot. Lo admiro por encontrar el tiempo y la fuerza para liderar tanto, incluida la preparación de su competencia”16. Póstumamente, el médico Paul Le Gendre lo caracterizó como un “hombre de raro mérito y modestia aún más rara”, añadiendo que “de estatura mediana, frágil, delgado y enfermizo, con ojos claros y pensativos bajo una amplia frente, rostro huesudo enmarcado por una gran barba castaña y bigotes fuertes, inspiró simpatía y dio la impresión de energía y amabilidad bajo un enfoque tímido”16. Queda constancia, por otra parte, de la opinión del radiólogo Albert Laquerrière, quien lo definió como un “modesto trabajador y gran sabio, vasto espíritu y bello carácter”16.
Dos de esas características –gran sabio y vasto espíritu– son apreciables en algunos de sus libros. En su obra en cuatro tomos Los nuevos horizontes de la ciencia, Guilleminot se muestra entusiasmado ante los avances científicos en el último siglo, cuyo método y conjunto de conocimientos son para él el vehículo que ha de alejar al hombre de la angustia de la trascendencia, y en su discurso se destapa un ideario influido por el legado de la Ilustración francesa. La introducción del primer tomo32 y la conclusión del cuarto33 son significativas por mostrar cuáles son sus intenciones al publicar la obra: divulgar para ilustrar y alejar al hombre de la filosofía que rechaza la inducción experimental como definitiva. En una declaración de principios que impregna todo el trabajo, toma partido por el empirismo no solo como método de estudio, sino de comprensión de la vida, alejándose de la fe y la superstición. Guilleminot presenta la naturaleza como medida de todas las cosas frente a la concepción antropocéntrica del mundo, descartándola vigorosamente. Ofrece concisos planteamientos que por momentos recuerdan a los más elaborados del barón de Holbach en su polémica obra Sistema de la Naturaleza34, prohibida por presentar crudamente unos subversivos postulados frente a la religión que, junto con las ideas de los enciclopedistas reunidos en torno a Diderot y d’Alambert, supusieron el fundamento intelectual de la Revolución francesa. Es sobre una base puramente empírica, no metafísica, sobre la que Guilleminot se sitúa para observar no solo la ciencia, sino el mundo y el origen de todas las cosas, cuestión esta que es la única de su interés. Él quiere saber de dónde, de qué elementos primarios surgen la vida y las cosas, incluso la moral; no le interesa un porqué ni un para qué especulativos o metafísicos sobre los fines que puedan turbar a los hombres. Sin embargo, en la conclusión del cuarto tomo, siendo consciente de la importancia de la moral como guía de conducta civilizada, busca una conciliación con esta, autorizándola para guiar a los hombres y considerándola necesario objeto de estudio en las escuelas, siempre que no sea “el monopolio de una doctrina, una capilla o un partido”33. Deja entrever finalmente que una moral positiva y un cierto ideal de finalidad pueden extraerse de sus propuestas científicas “y aportar a la vacilante humanidad una luz guía en la noche que la envuelve”33. En la misma línea escribió en La materia y la vida en 191935, reflejando a su vez el trauma de la Gran Guerra, episodio que alteró la conciencia de gran parte de la intelectualidad europea. Allí, Guilleminot hace un pequeño alegato de carácter liberal frente a las ideas colectivistas que entrado el siglo XX se habían popularizado. Considera que estas habían elaborado leyes sociales en oposición formal a las leyes naturales que “condujeron al desarrollo de la inteligencia humana, la cultura y la iniciativa individual”, y apela a las naciones vencedoras de la guerra para que tomen partido en el objetivo de modificar la mentalidad de la sociedad, no por la fuerza, sino por la luz del conocimiento empírico.
Guilleminot fue un verdadero creyente de la ciencia, entregado a su estudio y divulgación. Su carácter inquieto, devoto de los avances científicos y preocupado por la ilustración de la humanidad, fue el impulsor de su interés por tan diversas materias como el derecho, la medicina, la radiología, la biología, la histología, la dosimetría o la electricidad, sobre las que publicó gran cantidad de artículos y libros con carácter puramente científico unas veces y didáctico otras.
Reconocimiento pasado y presenteEn la actualidad, el cinturón de Hyacinthe Guilleminot recuerda a los sincronizadores respiratorios suministrados por algunos fabricantes de equipos de RM. Su principio básico de funcionamiento es idéntico: están preparados para ser fijados al abdomen como un cinturón que se expande y contrae con la respiración. Esto da buena cuenta del talento del pionero francés. El 17 de diciembre de 1900, ese talento recibió un importante reconocimiento al serle otorgado el Premio Montyon de Medicina y Cirugía de la Academia de las Ciencias por la invención de los dos mecanismos descritos36. Fueron estos los primeros sincronizadores de la historia, aunque su empleo no se hizo común ni perduró en el tiempo debido a las poco completas descripciones que el autor hizo de sus aparatos25 y a la rápida mejora de la técnica para obtener radiografías instantáneas37,38. No obstante, en un futuro entonces lejano, las ideas del Dr. Guilleminot, desdibujadas en la memoria, pero registradas en el tesoro histórico de la literatura especializada, serían en cierto modo rescatadas para ser hoy constantemente utilizadas en el trabajo con RM y TC. Es así como el ingenio del investigador galo permanece vivo entre los profesionales de la radiología actual. Cada vez que en la práctica asistencial diaria se usa un sincronizador o gating, se le hace un silente e inconsciente homenaje a su primer visionario.
Conflicto de interesesEl autor declara no tener ningún conflicto de intereses.
