Hoje, 09/06 comemoramos o aniversário desse grande nome na história da Ressonância Magnética.

Muito de tudo que temos hoje na RM não seria possível graças a contribuição do físico e doutor, Erwin Louis Hahn. 

Apresentamos aqui, uma entrevista realizada pelo David Feinberg, membro do ISMRM, presidente da Advanced MRI Technologies e professor da UC Berkeley de 2016, na qual conhecemos um pouco da vida de das contribuições desse gênio transformador. 

Confira abaixo a entrevista realizada e divulgado o blog do ISMRM, em 8 de maio de 2016.

Foto: Erwin Hahn em sua casa em Berkeley, CA.

Entrevista foi conduzida por David Feinberg .

"No verão passado tive o prazer de conhecer o professor emérito de Berkeley, Dr. Erwin L. Hahn. Seu ex-aluno de pós-graduação (e último), Larry Wald, conseguiu nos conectar em sua cidade natal, Berkeley, CA. Durante um farto café da manhã, o Prof. Hahn aceitou meu esperançoso convite para proferir a palestra plenária no próximo workshop do ISMRM sobre imagens simultâneas de múltiplos cortes. A certa altura, ele me perguntou no que eu trabalhava na ressonância magnética e eu respondi “física de sequência de pulso”. Ele então perguntou novamente: “Bem, o que você faz?” Só mais tarde percebi a ingenuidade da minha resposta inicial.

Nos dias que antecederam o workshop, passei muitas tardes em sua casa, ajudando o Prof. Hahn a encontrar e organizar seus slides para a palestra plenária. Foi lá que vi pela primeira vez em um slide (Fig. 1) seu experimento de 1949 para medir T1 alterando gradativamente o tempo entre dois pulsos de RF. Cheguei à conclusão de que esta foi a primeira sequência de pulso! Erwin Hahn inventou sequências de pulso! É claro que eu sabia que ele havia descoberto o spin-eco, mas pensei que as sequências de pulso de alguma forma vinham da era da espectroscopia, como os bebês das cegonhas.

As sequências de pulso são uma série específica de pulsos de radiofrequência e campos magnéticos dependentes do tempo que produzem sinais de RM e são usadas para criar essencialmente todos os métodos de imagem de RM. Erwin Hahn é bem conhecido pela descoberta do eco de spin, mas um fato frequentemente ignorado pela comunidade de RM é que ele também foi o primeiro a realizar RMN pulsada (o primeiro decaimento de indução livre (FID)) e a descrever o gradiente eco. O FID foi publicado em um breve artigo da Physical Review em 1949 (Phys. Rev. 76, 145), mas foi rapidamente ofuscado pelo artigo spin echo. O gradiente eco foi descrito em um artigo de 1960 sobre a detecção do movimento da água do mar por RM, publicado no Journal of Geophysical Research, e é aqui que ele também descreveu pulsos gradientes bipolares para codificar mudanças de fase de velocidade. No entanto, esta e muitas das suas contribuições, não menos a sua invenção da sequência de impulsos, parecem estar obscurecidas pela história, permanecendo à sombra do spin-eco.

Antes da pesquisa de Hahn, a ressonância magnética era realizada variando o campo magnético principal H0 (agora denominado B0). Isso foi feito alterando o campo em um método de busca em estado estacionário, conforme realizado pelo grupo de Purcell em Harvard, ou varrendo o campo H0 através da condição de ressonância, conforme realizado pelo grupo de Bloch em Stanford. Ambas as técnicas foram realizadas na presença de um campo de RF aplicado continuamente, H1 (agora denominado B1), e doravante denominadas técnicas de onda contínua (CW). A mudança transformadora de Hahn foi realizar a ressonância magnética usando um campo B0 estático constante sem varrer ou variar esse campo, e aplicar um B1 pulsado na frequência de ressonância de Larmor, como agora é realizado pela ressonância magnética moderna.

Foi emocionante conversar com Erwin Hahn e aprender sobre o que é essencialmente a criação da ressonância magnética moderna. A entrevista a seguir é uma tentativa de esclarecer sua invenção da sequência de pulso, bem como o design de seu instrumento de ressonância magnética.

-- Início da Entrevista--

DF: Depois da guerra você participou de um grupo de física de altas energias?

EH: Quando voltei da guerra, estava trabalhando com Donald Kerst, que inventou o Betatron, que foi usado para estudar raios gama e, mais tarde, para fins médicos. E fiquei insatisfeito com isso porque estava apenas construindo fontes de alimentação e não aprendendo nada novo. Então, um físico teórico chamado James Bartlett apontou artigos

[por Bloch e Purcell]. E eu disse a Bartlett: “Posso fazer isso?” E ele disse: “Vá em frente”. E o chefe do departamento ficou sabendo disso e me enviou para Harvard para estudar o aparelho de Purcell, Pound e Bloembergen. Visitei por uma semana e eles foram muito bons comigo. E eu configurei. No começo usei um rádio comercial, era muito tosco e tinha largura de banda estreita. Então comecei a usar equipamentos de radar que eu conhecia, para obter maior largura de banda e obter melhor resolução. E olhei para as equações de Bloch e vi que poderia pulsar H1 ou o campo magnético H0, e não sabia por que eles queriam pulsar o campo magnético H0. O princípio estava lá, então apertei o H1.

DF: Você foi instrutor de radar durante a guerra?

EH: No radar eles usam a banda X [8-12 GHz] e bateriam duas frequências de micro-ondas juntas, para obter uma frequência intermediária de 30 MHz, como no rádio, só que é banda larga, ao contrário do rádio, e poderia excitar um número maior de núcleos. Tínhamos experiência com isso, então configuramos. Depois usamos um multivibrador para fazer ondas quadradas e sincronizar.

O jovem Erwin Hahn sentado na rocha Lambert Dome no Parque Yosemite, do álbum de recortes de Erwin Hahn. Cortesia do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley.

DF: O que o motivou a usar o contador de pulsos multivibrador?

EH: É chamado de contador Higginbotham. Veio de Los Alamos e possivelmente o energizaram para sistemas de bombas. Alguns detalhes da pesquisa da bomba atômica foram divulgados logo após a guerra. Acho que a informação estava disponível informalmente através de fofocas, e algumas foram publicadas logo após o fim da guerra, numa pequena revista, um pequeno livreto que era muito valioso. E recebi ajuda de muita gente em termos de informação, e junto com um bom técnico montamos o instrumento (Fig. 2, 3). Coloquei porque vi que poderia facilitar muito as coisas. Isso foi depois da minha tese, quando reconstruí meu aparelho. Eu era pós-doutorado quando fiz isso. Comecei antes de me formar, tinha na cabeça que isso poderia ser feito, mas precisava terminar o assunto, que era sobre os fracassos do Rabi.

DF: O multivibrador é interessante devido à sua conveniência para temporização de sequência de pulso.

EH: Bem, eu queria medir os tempos de relaxamento e como eles mudavam com o tempo durante uma reação [química]. Para fazer isso, eu queria medir intervalos das curvas de decaimento. Queria medir a abscissa de crescimento ou decaimento de T1 ou T2, não para ver tudo, mas para ver pedaços. Então, depois da minha tese, continuei e desenvolvi a capacidade de aplicar pulsos de RF, ou seja, deixando um intervalo entre os pulsos, enquanto Bloch deixava a RF ligada o tempo todo. Todo mundo fez. Porém com o sistema multivibrador eu poderia fazer o experimento ligando-o e determinando onde ele cruzaria a onda senoidal, e saber qual era a distância no tempo, e portanto poderia construir uma superposição de sinais na câmera Land [câmera instantânea , precursor da Polaroid, usada para visualizar a saída dos osciloscópios], por muitas repetições do experimento (Fig. 4).

DF: Mas qual foi sua intenção ao fazer isso?

EH: Bem, naquela época, eu estava alterando o tempo entre os pulsos para obter uma medida muito precisa da abcissa. Eu queria medir as reações químicas observando T1 e T2 dos reagentes à medida que a reação prosseguia. Eu era formado em química na graduação. Isso é o que me interessou e eu sabia sobre equações de taxas e também sobre circuitos sintonizados como havia feito circuitos sintonizados na Marinha. Então combinei todas essas coisas.

DF: Estou interessado no seu instrumento em comparação com o instrumento do laboratório Purcell.

EH: Eles não tinham pulsos de RF, ninguém mais estava pulsando, não do jeito que eu estava pulsando. Não, bem, o radar tem pulsos, a coisa mais próxima, e pulsos têm sido usados ​​em submarinos, em navios de guerra e tudo o mais. Mas para isso foi uma aplicação diferente. O radar era meu negócio, porque o ensinei durante a guerra. Mas qualquer um poderia ter feito isso.

Felix Bloch apertando a mão de Erwin Hahn. Cortesia do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley.

DF: Eu sei que Torrey estava fazendo um trabalho semelhante, mas ele conseguiu mudar o tempo?

EH: Não, bem, Torrey ativou uma função escalonada do campo magnético e sintonizou a ressonância. E então, assim que ele ligou, ele teve uma cárie. Ele estava medindo os fracassos de Rabi como eu, sem saber. Ele ligaria H0 por um determinado intervalo e depois desligaria o campo H0 em determinados intervalos.

DF: Ele não estava usando dois pulsos?

EH: Não, ele estava mudando a aplicação do campo H0 na ressonância. Em outras palavras, ele entraria em precessão enquanto o campo estivesse ligado, mas assim que ele desligasse o campo ele não conseguiria sair da ressonância. Portanto, ele não conseguiu obter um eco ou o FID estava muito fora da ressonância. Tudo o que ele fez foi ligar e desligar o campo DC.

DF: Você conhecia o trabalho dele?

EH: Não, eu não sabia nada sobre isso. Na minha tese de doutorado falei sobre nutações, chamadas oscilações de flop de Rabi, mas Torrey fez o mesmo experimento, ele me venceu ao publicá-lo primeiro. Embora minha tese fosse um fracasso de Rabi, Charlie Slichter a interpretou mal. Ele continuou dizendo às pessoas que descobri ecos quando era estudante de pós-graduação, mas descobri os ecos depois. No meu artigo de 1949, falei apenas do FID e disse que falaria a seguir sobre o eco.

DF: Seu artigo de 1949 foi a primeira descrição de uma sequência de pulso?

EH: Isso mesmo.

DF: Um colega me pediu para perguntar o que mais te entusiasmou no seu trabalho?

EH: Quando descobri o eco.

DF: Em que momento você sentiu que realmente tinha alguma coisa?

EH: Quando descobri que tantas variáveis ​​dependiam do eco e estavam expostas. Vi batidas, vi não apenas decaimento exponencial, mas outros efeitos, difusão, mudança química, acoplamento cruzado, acoplamento J. Eu tive alguns desses efeitos imediatamente. Fiquei emocionado.

DF: Foi tudo num dia, numa noite ou numa semana?

EH: Uma semana. Acontece que estreitei o pulso de RF e por acidente peguei essa coisa e disse ei, o que está acontecendo? O que é aquilo da direita, e eu disse que tem alguma coisa errada com o aparelho! Eu chutei e ele foi embora. Estreitei mais o pulso, consegui um eco maior! Foi quando percebi que tinha algo. A primeira coisa que vi foi um eco e depois um FID pela primeira vez. O FID não apareceu primeiro, o eco apareceu primeiro. Depois apliquei o pulso novamente em um horário conhecido (Fig. 5, topo). Mais tarde, ao mesmo tempo, vi um eco de spin cruzando a linha zero em um número igual de ciclos do campo de polarização Δω (3 Gauss a 60 ciclos). O spin eco ocorreu exatamente no mesmo ponto onde o campo é o do ímã. Então, em ambos os lados, é como uma varredura de Bloch – de baixo para cima e de cima para baixo.

Percebi que um FID estava sendo produzido, mas Δω estava tirando a ressonância. Desliguei o campo de polarização e ficou lindo (Fig.4). Eu não precisava disso. Eu apenas mantive o campo DC estável regulando melhor a corrente de H0. O campo de polarização foi desligado após a descoberta do spin echo (Fig. 5 inferior). Eu não precisava disso se o H0 fosse estável o suficiente. Também percebi que os pulsos de RF precisavam de mais potência. Tive que ajustar tanto a corrente do campo principal quanto ajustar o H1. Na verdade eu estava fazendo variações radicais de pelo menos quatro parâmetros. Maximizei tudo. Fui pioneiro no uso da varredura para passar pela ressonância, mas descobri movendo o Δω para o cruzamento de zero, quando o campo de polarização é zero e eu poderia desligar o campo de polarização porque o H0 estava em ressonância.

Figura 1. A primeira sequência de pulso. Para medir T1, o multivibrador alterou gradativamente o tempo entre o primeiro pulso H1 e o segundo pulso H1 mostrado em diferentes atrasos de tempo (Hahn, Phys. Rev. 76, 145 (1949)). Adaptação da passagem rápida adiabática de Bloch fornecida por Erwin L. Hahn.

Figura 2. O aparelho no qual o spin echo foi descoberto. Centro esquerdo: gerador de pulso multivibrador Higginbotham e temporizador. Centro inferior: Câmera terrestre.

Figura 3. O ímã que Hahn “roubou” de um ciclotron e usou em seu aparelho de ressonância magnética.

DF: Como foram as coisas depois que você viu o eco pela primeira vez?

EH: Na verdade, o eco desapareceu por uma semana. Todos os meus parâmetros estavam errados. Eu tive isso por um dia. Achei que talvez o multivibrador estivesse falhando. Uma falha. E então ele voltou e eu parei de mexer e comecei a variar os parâmetros - mude o parâmetro B e depois mude o parâmetro A, etc, e descobri que poderia começar a otimizar esse sinal engraçado. Desliguei o campo de polarização oscilante quando sintonizei o sistema na frequência de ressonância de Larmor. Isso ajudou a estabilizar as coisas. Era um ímã Varian de alta corrente e difícil de controlar com baixa corrente. Dei um suspiro de alívio porque estava prestes a desistir e teria perdido toda a descoberta, e teria sido fácil perdê-la. A princípio pensei que poderia ser uma onda rebelde, mas fui às equações de Bloch e descobri o significado, que variar a amplitude de H0 ou H1 faz a mesma coisa matematicamente. Certa vez, fiz um comentário narcisista: “Por que esses caras não fizeram isso primeiro? Eles deveriam ser os especialistas”. Eu simplesmente variei tantos parâmetros quanto pude e lutei contra instabilidades e incompetências de projetos de circuitos, e mantive registros cuidadosos para atravessar uma selva de cegueira.

DF: Você conversou com as pessoas sobre isso?

EH: Sim. Arnold Nordsieck foi professor em Illinois e fez parte do meu comitê de tese. Ele era um físico teórico e a ressonância magnética tinha acabado de surgir, então mostrei-lhe o trabalho. Dois dias depois, enquanto trabalhava em um torno, ele olhou para ele, disse que era interessante e voltou ao torno. Ele não estava interessado. Ele estava construindo um computador analógico. Ele estava tão ocupado com seu amplificador.

DF: Os primeiros dias da ressonância magnética devem ter sido emocionantes?

EH: Foi Lauterbur quem estava recebendo todo o reconhecimento. Mas era Mansfield quem estava na retaguarda. Lauterbur ficou com a retroprojeção e lembro-me de quando ele estava dando uma palestra em Washington, do palco, virando-se e olhando para mim: “E Hahn, você não precisa usar pulsos”. Depois veio Mansfield, com a imagem ecoplanar com codificação de fase e frequência. Na verdade, devo dizer que ouvi dizer que Mansfield me candidatou várias vezes ao Prémio [Nobel], mas não Lauterbur.

Erwin Hahn com seus filhos, do álbum de recortes de Erwin Hahn. Cortesia do Laboratório Nacional Lawerence Berkeley.

DF: E o eco gradiente?

EH: Eu descrevi e Bob Pound sugeriu que eu publicasse. As pessoas se apoderaram dele e o expandiram. De qualquer forma, foi assim que aconteceu.

DF: (referindo-se a Hahn, J. Geophysical Res. 65, 776 (1960)) É interessante como você descreveu completamente a mudança da direção da corrente na bobina gradiente, e o sinal seria máximo quando as duas durações do tempo de pulso gradiente fossem iguais .

EH: Isso mesmo, é uma corrida para frente e para trás novamente. É reorientado no sentido de que continua na mesma direção, mas você muda de fase, e geralmente é tudo a mesma coisa. Só porque você distorce algo, é uma nova invenção? Acho que um gera o outro; é do mesmo tipo. Não prestei muita atenção nisso, pois percebi que era óbvio. É obvio! Chamei-o de método Bloch porque ele foi direto ao ponto.

Agora, a diferença entre Purcell e Bloch é que Purcell olhou para a absorção, eles olharam para um medidor e olharam para o Q da bobina. Bloch olhou para o sinal de forma dinâmica. Purcell usou a forma óptica padrão de observar a absorção de fótons, mas o método de Bloch revelou-se equivalente. Realmente havia uma grande luta acontecendo. No início os dois campos disseram – o que estamos fazendo aqui? Você está fazendo algo diferente. Eles finalmente chegaram a um acordo de que estavam fazendo a mesma coisa.

DF: Como outros trabalhos afetaram seu pensamento?

EH: Rabi sentiu que havia uma ressonância, como me lembro uma vez que Ramsey, seu aluno de pós-graduação, disse numa conversa informal. Bloembergen observou que Julian Schwinger (que ganhou o prêmio Nobel junto com Feynman) fez a teoria da mecânica quântica que explicava o que uma função degrau fazia, verificando as equações dinâmicas de Bloch. Foi a equação de Schwinger que me lembrei quando usei pulsos pela primeira vez. Recebi uma dica importante sobre a equação dele na tese de Bloembergen, foi um grande estímulo para mim. Por favor, cite-me sobre isso. Bloembergen ganhou o prêmio Nobel mais tarde, na verdade pelo laser, mas eu o reconheci diversas vezes.

Figura 4. Spin echo e sinais FID. O segundo pulso de RF não foi correlacionado em fase com o primeiro pulso de RF, causando batimento no segundo FID (visto como 4 traços curvados de altura diferentes em exposições repetidas superposicionadas na câmera Land). O spin echo (extrema direita) permanece inalterado. Fornecido por Erwin Hahn.

Figura 5. Parte superior: Sequência de pulso usada para descobrir o Spin Echo. Parte inferior: Sequência de pulso otimizada. A sintonia com a ressonância de Larmor permitiu desligar o campo de polarização abrangente. A maior potência de pulso H1 produziu sinais de spin echo e FID mais fortes. Fornecido por Erwin Hahn.

DF: Você combinou seu conhecimento sobre pulsos em radar com ressonância magnética, e fez isso antes da espectroscopia e antes da ressonância magnética. A ressonância magnética é inerentemente uma aplicação de sequências de pulso e não poderia existir sem ecos. Isso é por causa das suas invenções, não por causa da espectroscopia.

EH: Os espectroscopistas passaram muito tempo divulgando o que fizeram e publicando sobre isso ao longo dos anos, e eu não. Isso não me colocou no centro das atenções. Isso os colocou no centro das atenções. Foi o que aconteceu.

DF: Mas isso não importa porque suas contribuições para a ressonância magnética são a introdução de ecos e sequências de pulso. Não se pode mudar a história, só quero lembrar e educar os cientistas de ressonância magnética sobre o seu trabalho.

EH: Bem, isso é muito bom, é adorável, mas é tarde demais.

DF: Ainda não é tarde para as pessoas saberem de onde vieram as inovações fundamentais.

EH: Não, tudo bem.

DF : A cada ano, a ressonância magnética continua a se tornar mais vital para a medicina e a ciência, por isso é importante saber de onde veio o trabalho transformador que criou todo o campo da ressonância magnética. Parece a muitas pessoas uma grande injustiça que Erwin Hahn não tenha recebido, ou pelo menos partilhado o Prémio Nobel nas muitas vezes que este foi atribuído por descobertas em ressonância magnética. Peter Mansfield escreveu no epílogo de sua autobiografia de 2013: “Posso dizer categoricamente que sem a contribuição de Erwin Hahn para os princípios dos spin echoes, não haveria ressonância magnética hoje... suas contribuições foram e continuam sendo a pedra angular de todo o conceito e implementação da ressonância magnética. como é usado, não apenas nas imagens de ultra-alta velocidade do tipo com o qual estive pessoalmente conectado, mas também com os muitos aspectos gerais da ressonância magnética à medida que evoluíram e como existem atualmente.

No ano passado, Richard Ernst escreveu-me por e-mail: “Para mim, está claro que uma medalha ISMRM para Erwin é um prêmio muito pequeno para ele. Certamente, Ele merece o Prêmio Nobel!! E tentei mais de 10 vezes sem sucesso até agora. Pode ser neste ou no próximo ano!”

David Feinberg trabalha na área de sequências de pulso de ressonância magnética para medições rápidas de imagens, velocidade e difusão. Ele liderou a fase de otimização no Projeto Conectoma Humano, criando sequência de pulso e avanços de hardware gradiente para difusão e fMRI. Várias sequências de pulso que ele inovou estão agora em uso geral; imagem de volume interno (ampliada), imagem parcial de Fourier, difusão SE refocada duas vezes, gradiente e spin echo (GRASE) e variantes de EPI, incluindo EPI fly-back, EPI multiplexado e diferentes técnicas simultâneas de multi-slice. No início de sua carreira, ele publicou as primeiras imagens de ressonância magnética da velocidade do sangue na vasculatura humana e da velocidade do LCR e do movimento cerebral. Ele foi o primeiro presidente do Grupo de Estudo ISMRM sobre Fluxo Quantitativo e Movimento que padronizou imagens de fase de velocidade. Ele é o principal inventor do ASL 3D GRASE, que está se tornando popular para aplicações clínicas. Sua pesquisa atual como investigador principal de um projeto da Iniciativa BRAIN é projetar um scanner de ressonância magnética de alta resolução para neurociências humanas. Ele é membro do ISMRM, presidente da Advanced MRI Technologies e professor da UC Berkeley."