Allan MacLeod Cormack (1924-1998): Entdecker der computergestützten Axialtomographie

Es ist nicht übertrieben zu sagen, dass das, was (Godfrey) Hounsfield und ich über Medizin und Physiologie wissen, auf einem kleinen Rezeptformular geschrieben werden könnte.

– Allan Cormack, in seiner Nobelansprache

Seit jeher dienten menschliche Sinne wie Berührung, Geruch und Sehen als primäre Werkzeuge des Arztes bei der körperlichen Diagnose. Die Evolution der Medizin hat im eigentlichen Sinne die evolutionäre Verfeinerung dieser Sinne bedeutet, wie zum Beispiel die Verbesserung des Hörens mit dem Stethoskop oder der Ultraschalluntersuchung. Herausragend unter den Elementen, die wir verfeinert haben, ist die visuelle Augmentation, die es uns ermöglicht, Dinge zu sehen, die normalerweise nicht sichtbar sind. Um über die Haut hinauszuschauen, nahmen frühe Vivisektionisten, die im 16.Jahrhundert in Dr. Andreas Vesalius gipfelten, gewagte Präparationen vor, um menschliche Körperkomponenten zu untersuchen. In der heutigen Zeit studieren studentische Ärzte die Lage und Struktur von Geweben und Organen in Anatomieklassen für Erstsemester und analysieren dann chirurgische Proben und Autopsien in Pathologieklassen.

Wilhelm Röntgens Entdeckung der Röntgenstrahlen im Jahre 1895, für die er 1901 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin erhielt, brachte den Durchbruch zur Überwindung der Oberflächlichkeit des Sehens und ermöglichte es dem Arzt, das ‚Innere‘ eines lebenden Patienten buchstäblich zu betrachten. Dieses bahnbrechende diagnostische Wunderwerk hat seine verehrte Position seitdem gehalten, trotz seiner Unfähigkeit, innere Strukturen in drei Dimensionen zu zeigen, insbesondere von Weichteilen. Zum Beispiel kann ein Arzt die Umrisse eines Tumors oder das verzerrte Kugelgelenk des Skeletts sehen, aber die Unfähigkeit, die Struktur in drei Dimensionen zu betrachten, begrenzt die volle Wertschätzung der Pathologie.

DER MANN MIT DER LÖSUNG

Die Computerized Axial Tomography (CAT), die allgegenwärtige CAT- oder Computertomographie (CT), war eine bahnbrechende Entdeckung, die es Klinikern ermöglichte, das Innere des menschlichen Körpers in drei Dimensionen zu betrachten, ohne invasive Mittel einzusetzen. Der Mann mit der Lösung war Allan MacLeod Cormack, ein Physiker ohne Doktor der Philosophie oder Doktor der Medizin, der 1979 zu Recht den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für seine Entdeckung der CT erhielt. Cormack wurde am 23.Februar 1924 in Johannesburg, Südafrika, als Sohn einer schottischen Mutter, Amelia MacLeod, und eines Vaters, George Cormack, geboren. Seine Mutter war Lehrerin und sein Vater Ingenieur, und sie waren kurz vor dem Ersten Weltkrieg nach Südafrika ausgewandert. Seine Freizeit verbrachte er mit Bergsteigen in den Gebirgen der Provinz Westkap oder auf dem Tafelberg in seinem Hinterhof. In der Astronomie soll er die populären Werke von Sir Arthur Eddington und Sir James Jeans, britischen Astrophysikern, verschlungen haben. In seiner Autobiographie schreibt er diesen Autoren seine Vorliebe für Mathematik und Physik zu. Sie müssen die Inspiration gewesen sein, die seine Karriere in der Physik und seine spätere Entdeckung der CT beflügelte.

Nach dem Abitur besuchte Cormack die Universität von Kapstadt. Wie sein Vater und sein Bruder studierte er Elektrotechnik, wechselte aber nach einigen Jahren zur Physik und schloss 1944 seinen Bachelor of Science und im folgenden Jahr seinen Master of Science mit Spezialisierung auf Kristallographie ab. Cormack wechselte dann als Forschungsstudent zum Cavendish Laboratory am St. John’s College in Cambridge, Großbritannien, und arbeitete von 1947 bis 1949 bei Professor Otto Frisch. Dort traf er eine Amerikanerin, seine zukünftige Frau Barbara Seavey, angeblich während einer Vorlesung des Nobelphysikers Paul Dirac über Quantenmechanik. Er schlug eine Heirat vor, war aber pleite, Daher war es notwendig, an die Physikabteilung in Kapstadt zurückzukehren, um sich sowohl einen Job als auch eine Braut zu sichern. Dies war jedoch mit einem Opfer verbunden, da seiner neuen Position ein Zyklotron für seine Forschungsarbeit fehlte. Sein Aufenthalt an der Universität von Kapstadt von 1950 bis 1956 war ziemlich einsam, da es zu dieser Zeit nur sehr wenige Kernphysiker in Südafrika gab, der nächste war mehr als 900 km entfernt. Dennoch war er produktiv, und seine Studenten, vor allem die Studenten, wurden von seinen Vorlesungen inspiriert.

VON DER PHYSIK ZUR RADIOLOGIE

Anfang 1956 war Cormack als Assistenzphysiker in der radiologischen Abteilung des Groote Schuur Hospital in Kapstadt tätig, dem akademischen Hauptkrankenhaus der medizinischen Fakultät der Universität von Südafrika. Es wurde später berühmt für die erste menschliche Herztransplantation, die dort von Dr. Christiaan Barnard durchgeführt wurde. Cormack, der einzige ausgebildete Kernphysiker, überwachte die Verwendung von Radioisotopen sowie die Kalibrierung von Filmausweisen zur Überwachung der Strahlenbelastung von Krankenhausangestellten. Er erlebte auch, wie Strahlung bei der Diagnose und Behandlung von Krebs eingesetzt wurde. Während Cormacks Hauptinteresse der Teilchenphysik galt, wurde er von der Bildgebungstechnologie und ihren Mängeln fasziniert und begann eine Reihe von Experimenten zur Konstruktion einer radiologischen Querschnittsansicht biologischer Systeme. Dies führte zu zwei Grundlagenarbeiten, die zwischen 1963 und 1964 im Journal of Applied Physics separat veröffentlicht wurden und die grundlegende theoretische Grundlage für das CT-Scannen bildeten. Leider stießen sie zu dieser Zeit auf fast kein Interesse der wissenschaftlichen Gemeinschaft, obwohl sie in vivo bisher nicht oder kaum sichtbare Querschnitte des Körpers aufdecken konnten.

Cormacks Arbeit wurde 1956-1957 durch ein Sabbatical an der Harvard University, Cambridge, Massachusetts, USA, unterbrochen. In seiner Autobiographie, Er schrieb, dass seine Frau mit ihm in die Wildnis Afrikas gekommen war, Es war nur vernünftig, dass er in seinem ersten Sabbatical mit ihr in die Wildnis Amerikas gehen sollte. Harvard hatte auch ein Zyklotron-Laboratorium (Zyklotron-Laboratorium), der fast ausschließlich für die Physik (Physik) Forschung vor 1961 verwendet worden war. Allan trat der Fakultät der Tufts University in Boston als Assistenzprofessor bei und wurde 1966 eingebürgerter Staatsbürger der Vereinigten Staaten. Sein Hauptinteresse galt dem Studium und der Lehre der Kern- und Teilchenphysik. Zwischen 1956 und 1964 führte er die meisten seiner Forschungen über die Entwicklung der KATZE in seiner eigenen Zeit durch, aber seine Studien wurden aufgrund des mangelnden Interesses seiner Kollegen an seiner Arbeit inaktiv. In der Zeit von 1970 bis 1972 nahm das Interesse an bildgebenden Verfahren jedoch zu und seine Begeisterung wurde neu entfacht. Es gipfelte in seiner Entdeckung der CT und schließlich gewinnen und Teilen der Medizin / Physiologie Nobelpreis mit Sir Godfrey Newbold Hounsfield, der eine quantitative Skala zur Beschreibung der Radiodichte erfunden.

CAT SCAN

CT verwendet serielle Aufnahmen von Röntgenbildern im Querschnitt, um computerverarbeitete Komposite eines gescannten Objekts zu erstellen. Die digitale Geometrieverarbeitung wird dann verwendet, um ein dreidimensionales Volumen des Inneren des Objekts weiter zu erzeugen. Der Begriff CT wird oft verwendet, um sich auf Röntgen-CT zu beziehen, weil es die am häufigsten bekannte Form ist. Aber auch andere Arten von CT existieren, wie PET (Positronen-Emissions-Tomographie) und SPECT (Single-Photon Emission computed tomography) Imaging. Im Jahr 2015 wurden in den Vereinigten Staaten mehr als 80 Millionen CT-Eingriffe durchgeführt, und die Besorgnis über Malignome, die auf CT-Strahlenbelastung zurückzuführen sind, bleibt unbestätigt. Obwohl am häufigsten in der Medizin verwendet, CT wird auch in nicht-medizinischen Bereichen eingesetzt, z. B. zur Materialprüfung und Abbildung des Inhalts archäologischer Proben, Sarkophage oder Keramik.

ANDERE EHRUNGEN UND AUSZEICHNUNGEN

Bei Tufts stieg Cormack die akademische Leiter am Physik-Department hinauf, um Associate und dann ordentlicher Professor zu werden. Obwohl er keinen Doktortitel hatte, zeugten seine Beförderungen und schließlich der Vorsitz der Abteilung von seinen bemerkenswerten Forschungsentdeckungen. Er erhielt 1978 die Hosea Ballou Medal for Distinguished Service von Tufts und die Gold Medal of Merit von der University of Cape Town. Er war Mitglied der National Academy of Sciences, Fellow der American Physical Society und Mitglied der American Academy of Arts and Sciences. Als er 1980 in den Ruhestand ging, verlieh ihm Tufts die Ehrendoktorwürde und verlieh ihm den höchsten beruflichen Rang, den Universitätsprofessor. Im Jahr 1990 verlieh ihm der Präsident der Vereinigten Staaten, George Bush, die National Medal of Science in den Naturwissenschaften „für seine wissenschaftliche Arbeit, einschließlich der Entwicklung der computergestützten Tomographie; und als Gelehrter und Lehrer, insbesondere von Studenten“.

Cormack und seine Frau waren Eltern eines Sohnes, Robert, und zwei Töchter, Margaret und Jean. Er lebte seine Ruhestandsjahre in der Stadt Winchester, New Hampshire, und genoss „die Annehmlichkeiten Neuenglands, insbesondere die Sommer in der Nähe, im und am Lake Winnipesaukee, New Hampshire“.

Cormack starb am 7. Mai 1998 im Alter von 74 Jahren an Krebs und wurde posthum mit dem Mapungubwe-Orden, der höchsten Auszeichnung Südafrikas, in der Kategorie Gold ausgezeichnet.