Elettrofisiologia e
Bioingegneria
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Date |
Osservazioni, invenzioni |
Intuizioni, leggi fisiche, |
Applicazioni |
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1901 |
Per superare l'inadeguatezza dell'elettrometro capillare nella registrazione di forme d'onda rapidamente variabili, Willem Einthoven prende in esame il registratore telegrafico di Ader e sviluppa, in base allo stesso concetto, il galvanometro a corda |
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1901 |
Il galvanometro a corda usa un potente elettromagnete (in luogo del magnete permanente del registratore di Ader) e un filo di quarzo argentato. I movimenti laterali del filo percorso da corrente sono registrati fotograficamente da un sistema ottico |
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1902 |
Con l'elettrometro a corda. Einthoven registra la tensione fra braccio destro e braccio sinistro di un paziente e ottiene l'elettrocardiogramma presentato nell'immagine più a destra. Il contatto con il paziente avviene tramite due secchielli, che contengono gli elettrodi e sono pieni di soluzione salina (elettrodi a immersione) |
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Il primo elettrocardiogramma eseguito da Einthoven con il galvanometro a corda |
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1903 |
Einthoven avvia la produzione commerciale del suo galvanometro con Max Edelmann di Monaco ed Horace Darwin della Cambridge Scientific Instruments Company di Londra | ||
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1905 |
Einthoven
trasmette, su linea telefonica, il primo telecardiogramma dall'Ospedale verso il suo laboratorio, a 1,5 km di distanza |
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1905 |
Un impiegato dell'Ufficio Brevetti di Berna, Albert Einstein, spiega l'effetto fotoelettrico in base alla teoria proposta da Planck nel 1900. | Secondo Einstein la luce non ha natura ondulatoria né corpuscolare, ma consiste in pacchetti di energia ondulatoria (quanti di luce) |
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1907 |
Per studiare la funzione muscolare attraverso l'analisi dell'attività elettrica correlata alla contrazione muscolare, H. Piper registra i primi elettromiogrammi utilizzando un galvanometro a corda | ||
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1913 |
Il fisico Has Geiger, assistente di Rutherford al Cavenish Laboratory, inventa un apparecchio per rivelare le radiazioni elettromagnetiche (contatore di Geiger), basato sul principio della ionizzazione dell'aria |
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1915
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Il fisico francese Paul Langévin , a Parigi, e il russo Constantin Chilowsky, in Svizzera, inventano il microfono a ultrasuoni, che funziona in base al fenomeno della piezoelettricità |
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1917 |
Johann Radon pubblica uno studio su un metodo matematico (la Trasformata di Radon) che sarà utilizzato nella ricostruzione di immagini tomografiche |
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1922 |
Inviando raggi X di alta energia contro un bersaglio costituito essenzialmente da una elevata quantità di elettroni liberi, il fisico Arthur Holly Compton mostra che l'urto fra un raggio X e un elettrone segue le stesse leggi che valgono nell'urto meccanico fra due sferette. Viene così confermata sperimentalmente la natura dei quanti di luce (o fotoni) | Il raggio X che urta un elettrone, è deviato nel suo percorso e inoltre cede all'elettrone parte della sua energia. Di conseguenza il raggio deviato è caratterizzato da una lunghezza d'onda maggiore di quella del raggio X originario |
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1922 |
Per migliorare la registrazione degli eventi bioelettrici rapidamente variabili, Herbert S. Gasser e Joseph Erlanger costruiscono amplificatori e circuiti adatti a funzionare con il tubo di Braun | ||
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1924 |
Per consentire la visione diretta dell'immagine radiografica da parte dell'operatore, Thomas Edison inventa uno schermo luminescente, in grado di convertire i fotoni X in fotoni luce |
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1924 |
Il fisico ungherese Georg Hevesy esegue le prime sperimentazioni con traccianti radioattivi iniettati negli animali, e apre la via alla sperimentazione sull'uomo |
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1929 |
Misurando
con un galvanometro a corda la tensione tra due elettrodi applicati al cranio di un paziente, lo psichiatra Hans Berger esegue il primo elettroencefalogramma (EEG) umano. |
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1929 |
Lo sviluppo dei primi dispositivi elettronici e l'invenzione dell'elettrodo ad ago da parte di Edgard Douglas Adrian, permettono allo stesso Adrian e a D. K. Bromk di dare un assetto consolidato alla elettromiografia | ||
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1929 |
Presso il V.I. Ulyanov (Lenin) Electrotechnical Institute di Leningrado, Sergei Y. Sokolov mostra che una tecnica basata sulle onde acustiche può essere usata per la rivelazione di difetti nei metalli | |
Per le applicazioni pratiche sarà necessario attendere la realizzazione di sistemi a frequenze più alte (microonde e ultrasuoni) come i radar e i sonar |
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1931 |
Matk C. Lidwill ed Edgar Both realizzano un'unità di elettrostimolazione del cuore (pacemaker) portatile | ||
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1931 |
Presso l'Università di California, Maria Göppert-Mayer intuisce che un atomo o una molecola possono interagire simultaneamente con due fotoni, dando luogo a un evento unico |
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Il fenomeno potrà essere osservato sperimentalmente solo trenta anni dopo, utilizzando un laser a rubino. All'inizio degli anni Novanta si arriverà allo sviluppo della tecnica di eccitazione a due fotoni TPE (Two Photon Excitation) e alle sue applicazioni mediche |
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1932 |
Al California Institute of Technology, il fisico Carl David Anderson scopre nella radiazione cosmica il positrone, una particella elementare che ha la stessa massa dell'elettrone e una carica elettrica uguale ma di segno opposto (carica elementare positiva). |
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I positroni, che possono essere generati anche per effetto del decadimento dei radioisotopi, troveranno applicazione, negli anni Settanta, nella tomografia a emissione positronica PET (Positrons Emission Tomography), |
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1932 |
Gasser ed Erlanger dimostrano che l'eccitazione nervosa si propaga con una velocità dipendente dal diametro della fibra nervosa | ||
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1932 |
Edgard Douglas Adrian realizza un elettrometro capillare pilotato da un tubo elettronico a vuoto e mostra che i miglioramenti ottenuti sono dovuti, più che ad un aumento della sensibilità dei galvanometri e degli elettrometri, all'uso di tubi elettronici in grado di amplificare le variazioni di tensione | La "Legge del sistema nervoso" formulata da Adrian, indica che l'ampiezza del segnale dipende dalla frequenza degli impulsi nervosi e dal numero di fibre nervose coinvolte nella trasmissione dell'informazione |
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1934 |
Adrian e Matthews ripetono gli esperimenti di Berger e ne confermano le conclusioni. Lo studio dell'attività elettrica del cervello mediante la tecnica EEG si diffonde rapidamente. | La tecnica EEG non è invasiva e può essere applicata sotto una grande varietà di condizioni sperimentali | |
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1936 |
J.R. Haynes realizza un elettrocardiografo a scrittura diretta, accoppiando un registratore a stilo caldo e un amplificatore con elevata costante di tempo | ||
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1936 |
Emilio Gino Segre scopre il tecnezio-99 che diventa uno degli isotopi radioattivi più usati in medicina nucleare come traccianti |
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1937 |
Per lo studio della fisiologia dell'apparato circolatorio, Joseph Hamilton usa, come scintillatori, dei radioisotopi con tempo di dimezzamento molto breve | ||
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1939 |
Il fisico Ernest Orlando Lawrence realizza un ciclotrone per la generazione di elementi radioattivi artificiali | ||
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Fine
anni Trenta |
Il fisico Isidor Rabi mette a punto un metodo di osservazione degli spettri atomici, basato sulla risonanza magnetica atomica e nucleare. Si tratta di un esperimento di risonanza magnetica nucleare (NMR) , ma Rabi ne sottovaluta l'importanza |
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1942 |
Emanuel Godberger aggiunge altre derivazioni alle tre usate da Einthoven e ai sei pericardiche e ottiene gli elettrocardiogrammi a 12 canali che sono usati tuttora |
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1942 |
Karl Thedodore Dussik pubblica un lavoro sull'analisi a ultrasuoni del cervello | ||
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1943 |
Con la pubblicazione del lavoro "A Logical Calculus of the ideas Immanent in Nervous Activity", Warren McCulloch, e Walter Pitts gettano le fondamenta delle reti neurali | ||
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1944 |
S. Margolin e L.S. Kubic utilizzano la visualizzazione del segnale registrato e del battito cardiaco di un soggetto per indurre in quest'ultimo uno stato ipnotico. E' uno dei primi esempi di applicazione dei processi di biofeedback | Il biofeedback è un processo volto a superare i problemi legati agli stati di ansia. In questo processo si crea un collegamento di reazione attraverso il quale il soggetto può controllare consapevolmente uno o più dei propri stati fisiologici (controllati normalmente dal sistema nervoso autonomo) | |
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1946 |
Due ricercatori statunitensi , Felix Bloch all'università di Stanford, ed Edward Purcell alll'università di Harvard, eseguono, indipendentemente il primo esperimento di risonanza magnetica nucleare (NMR-Nuclear Magnetic Resonance ) |
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| Gli impulsi di un intenso campo elettromagnetico eccitano i nuclei di idrogeno presenti nella regione sotto analisi; tornando a riposo i nuclei emettono fotoni, rilevabili tramite fotomoltiplicatori. L'informazione raccolta, elaborata dal computer, è utilizzata per ricostruire un'immagine della sezione considerata | La visualizzazione mediante risonanza magnetica permetterà di costruire immagini lungo qualsiasi piano. Essa è particolarmente utile per lo studio del cervello e il midollo spinale, e permette di evidenziare i tumori dando immagini molto precise | ||
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1947 |
Alan Lloyd, del Laboratorio della Marine Biological Association, Plymouth, introduce microelettrodi nelle fibre di un calamaro e osserva che il potenziale elettrico di una fibra sotto impulso elettrico supera quello della fibra a riposo |
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1948 |
Sulla base di precedenti raccomandazioni elaborate dalla American EEG Society, il Council on Physical Medicine of the AMA (American Medical Association) prescrive i requisiti a cui devono rispondere gli elettroencefalografi | ||
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1948 |
Viene trattato un tumore con il cobalto 60, un isotopo radioattivo del cobalto | ||
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Ultimi anni Quaranta (Stati Uniti) |
Il fisico George Ludwig è uno dei primi ad usare impulsi ultrasonori per lo studio di tessuti animali | ||
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1948 |
Il medico John Julian Wild e l'ingegnere Donald Neal del Medico-Technological Research Institute of Minneapolis, pubblicano un'opera sull'analisi a ultrasuoni dei tessuti animali |
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1948 |
Presso i Bell Labs, John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley inventano il transistore. Con questa invenzione ha inizio l'era della microelettronica che influenzerà lo sviluppo di tutte le tecnologie dell'informazione e in particolare quello della bioingegneria | ||
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1950 |
Presso il Massachusetts General Hospital si aumentano sensibilità e definizione delle immagini cerebrali attraverso l'uso dei fotoni gamma che possono essere emessi direttamente, come fotoni singoli, da alcuni radioisotopi, oppure, a coppie, in seguito dell'annichilimento di positroni emessi da altri radioisotopi | L'annichilimento di un positrone (carica elementare positiva) ha luogo a seguito dell'urto con un elettrone (carica elementare negativa): nell'urto, positrone ed elettrone si elidono a vicenda, dando luogo all'emissione di due fotoni gamma, di energia particolarmente elevata | |
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1950 |
Il Council on Physical Medicine dell'AMA determina i requisiti a cui devono rispondere gli elettrocardiografi a scrittura diretta | ||
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