Allan MacLeod Cormack (1924-1998): opdager af computeriseret aksial tomografi

det er ikke meget af en overdrivelse at sige, at hvad (Godfrey) Hounsfield og jeg ved om medicin og fysiologi kunne skrives på en lille receptformular.

– Allan Cormack, i sin Nobel-adresse

fra historisk tid har menneskelige sanser som berøring, lugt og syn tjent som lægens primære værktøjer til fysisk diagnose. Evolution af medicin har i reel forstand betydet den evolutionære forfining af disse sanser, såsom forbedring af hørelsen med stetoskopet eller ultralyd. Fremtrædende blandt de ting, vi har raffineret, er visuel forstærkning, så vi kan se ting, der normalt er skjult for synet. At kigge ud over huden, tidlige vivisektionister, kulminerede i Dr. Andreas Vesalius i det 16.århundrede, tog til dristige dissektioner for at studere menneskelige kropskomponenter. I dag, studerende læger studere placering og struktur af væv og organer i freshman anatomi klasser, derefter gå på at analysere kirurgiske prøver og obduktioner i patologi klasser.

Vilhelm Roentgens opdagelse af røntgenstråler i 1895, som han vandt Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 1901, gav gennembrudet for at overvinde overfladiskheden i synet og tillod lægen bogstaveligt at se ‘indersiden’ af en levende patient. Dette banebrydende diagnostiske vidunder har haft sin ærbødige position lige siden, på trods af dets manglende evne til at vise interne strukturer i tre dimensioner, især af blødt væv. For eksempel kan en læge se konturerne af en tumor eller skeletets forvrængede kugleled, men manglende evne til at se strukturen i tre dimensioner begrænser den fulde forståelse af patologi.

manden med løsningen

computeriseret aksial tomografi (CAT), den allestedsnærværende CAT-eller computertomografi (CT) – scanning, var en skelsættende opdagelse, der gjorde det muligt for klinikere at se det indre af den menneskelige krop i tre dimensioner uden at bruge invasive midler. Manden med løsningen var Allan MacLeod Cormack, en fysiker med hverken en doktor i filosofi eller doktor i medicin, der fortjent delte Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 1979 for sin opdagelse af CT. Cormack blev født i Johannesburg, Sydafrika, den 23. februar 1924 af en skotsk mor, Amelia MacLeod, og far, George Cormack. Hans mor var lærer og hans far ingeniør, og de var immigreret til Sydafrika lige før Første Verdenskrig I. de bosatte sig til sidst i Kapstaden, hvor Cormack deltog i Rondebosch Boys’ High School og viste tidligt løfte i tennis, debat og astronomi. Hans fritid blev brugt bjergbestigning i områderne i den vestlige Cape-provins eller Table Mountain i hans baghave. I astronomi siges han at have fortæret de populære værker af Sir Arthur Eddington og Sir James Jeans, Britiske astrofysikere. I sin selvbiografi krediterer han sin kærlighed til matematik og fysik til disse forfattere. De må have været den inspiration, der ansporede hans karriere inden for fysik og hans efterfølgende opdagelse af CT.

efter at have afsluttet gymnasiet gik Cormack på universitetet i Kapstaden. Ligesom sin far og bror forfulgte han studier inden for elektroteknik, men skiftede til fysik efter et par år og afsluttede sin Bachelor of Science i 1944 og sin Master of Science med specialisering i krystallografi det følgende år. Cormack flyttede derefter til Cavendish Laboratory på St John ‘ s College, Cambridge, Storbritannien, som forskningsstuderende, der arbejdede under Professor Otto Frisch fra 1947 til 1949. Der mødte han en amerikansk kvinde, hans fremtidige kone Barbara Seavey, angiveligt under en af Nobelfysikeren Paul Diracs foredrag om kvantemekanik. Han foreslog ægteskab, men blev brudt, så det var nødvendigt at flytte tilbage til Fysikafdelingen i Kapstaden for at sikre sig både et job og en brud. Dette kom dog med et offer, da hans nye stilling manglede en cyklotron til sit forskningsarbejde. Hans periode ved Universitetet i Kapstaden fra 1950 til 1956 var temmelig ensom, da der var meget få atomfysikere i Sydafrika på det tidspunkt, hvor den nærmeste var mere end 900 km væk. Alligevel var han produktiv, og hans studerende, især studerende, blev inspireret af hans foredrag.

fra fysik til radiologi

i begyndelsen af 1956 fungerede Cormack som bosiddende medicinsk fysiker i radiologiafdelingen på Kapstaden Groote Schuur Hospital, det øverste akademiske hospital ved University of South Africa ‘ s medical school. Det blev senere berømt for den første menneskelige hjertetransplantation, udført der af Dr. Christiaan Barnard. Cormack, den eneste tilgængelige uddannede atomfysiker, overvågede brugen af radioisotoper samt kalibrering af filmmærker, der blev brugt til at overvåge hospitalsarbejderes eksponering for stråling. Han var også vidne til, hvordan stråling blev brugt til diagnose og behandling af kræft. Mens Cormacks primære interesse var partikelfysik, blev han fascineret af billeddannelsesteknologi og dens mangler og begyndte en række eksperimenter mod konstruktion af et radiologisk tværsnitsbillede af biologiske systemer. Dette resulterede i to grundlæggende videnskabelige artikler offentliggjort separat mellem 1963 og 1964 i Journal of Applied Physics, som dannede det grundlæggende teoretiske grundlag for CT-scanning. Desværre genererede de næsten ingen interesse fra det videnskabelige samfund på det tidspunkt på trods af potentialet for at afsløre tidligere ikke-synlige eller bare næppe synlige tværsnit af kroppen in vivo.

Cormacks arbejde blev afbrudt af en sabbatsperiode ved Harvard University, Cambridge, Massachusetts, USA, i 1956-1957. I sin selvbiografi skrev han, at da hans kone var kommet til vildmarken i Afrika med ham, var det kun rimeligt, at han skulle gå til vildmarken i Amerika med hende på sin første sabbatsperiode. Harvard havde også et cyklotronlaboratorium, som næsten udelukkende var blevet brugt til fysikforskning før 1961. Allan sluttede sig til fakultetet for Tufts University i Boston som adjunkt og blev i 1966 en naturaliseret statsborger i De Forenede Stater. Hans vigtigste afdelingsinteresser var i studiet og undervisningen i nuklear og partikelfysik. Mellem 1956 og 1964 gennemførte han det meste af sin forskning om udviklingen af CAT i sin egen tid, men hans studier blev inaktive på grund af hans kollegers manglende interesse for hans arbejde. I perioden 1970-1972 steg interessen for billeddannelsesteknikker imidlertid, og hans entusiasme blev genoplivet. Det kulminerede i hans opdagelse af CT og eventuel vinder og deling af medicin/fysiologi Nobelprisen med Sir Godfrey Nyfold Hounsfield, der opfandt en kvantitativ skala til beskrivelse af radiodensitet.

CAT SCAN

CT bruger serielle optagelser af tværsnits radiografiske billeder til at producere computerbehandlede kompositter af et scannet objekt. Digital geometri-behandling bruges derefter til yderligere at generere et tredimensionelt volumen af objektets inderside. Udtrykket CT bruges ofte til at henvise til røntgen-CT, fordi det er den mest kendte form. Men der findes andre typer CT, såsom PET (positronemissionstomografi) og SPECT (computertomografi med enkeltfotonemission) billeddannelse. I 2015 blev der udført mere end 80 millioner CT-procedurer i USA, og bekymringer for maligniteter som følge af CT-strålingseksponering forbliver ubekræftede. Selvom det oftest bruges i medicin, CT bruges også inden for ikke-medicinske områder, såsom til materialetestning og billeddannelse af indholdet af arkæologiske prøver, sarkofager eller keramik.

andre hædersbevisninger og priser

på Tufts gik Cormack op på den akademiske stige ved fysikafdelingen for at blive associeret og derefter en fuld professor. På trods af at han ikke havde en doktorgrad, bar hans forfremmelser og eventuelle formandskab for afdelingen vidnesbyrd om hans bemærkelsesværdige forskningsopdagelser. Han modtog Hosea Ballou Medal for Distinguished Service fra Tufts i 1978 og guldmedalje af fortjeneste fra universitetet i Kapstaden. Han var medlem af National Academy of Sciences, en stipendiat fra American Physical Society og medlem af American Academy of Arts and Sciences. Da han trak sig tilbage i 1980, tildelte Tufts ham en æresdoktorgrad og tildelte ham sin højeste professionelle rang, universitetsprofessor. I 1990 tildelte USAs præsident George Bush ham National Medal of Science in the physical sciences “for hans videnskabelige arbejde, herunder udvikling af computerassisteret tomografi; og som lærd og lærer, især af studerende”.

Cormack og hans kone var forældre til en søn, Robert, og to døtre, Margaret og Jean. Han levede sine pensionsår i byen, ny Hampshire, nyder “bekvemmelighederne i Ny England, især somre i nærheden, i og ved søen Vinnipesaukee, ny Hampshire”.

Cormack døde af kræft den 7.maj 1998 i en alder af 74 år og blev posthumt tildelt Order of Mapungubvi, Sydafrikas højeste ære, i guldkategorien.