Allan MacLeod Cormack (1924-1998): aksiaalisen tietokonetomografian keksijä

ei ole paljon liioiteltua sanoa, että se, mitä (Godfrey) Hounsfield ja minä tiedämme lääketieteestä ja fysiologiasta, voitaisiin kirjoittaa pienelle reseptilomakkeelle.

– Allan Cormack, Nobel-puheessaan

historiallisilta ajoilta, ihmisen aistit, kuten kosketus, haju ja näkö, ovat toimineet lääkärin ensisijaisina välineinä fyysisessä diagnoosissa. Lääketieteen evoluutio on todellisessa merkityksessä tarkoittanut näiden aistien evolutiivista hienosäätöä, kuten kuulon parantamista stetoskoopilla tai ultraäänitutkimuksella. Ensisijainen niistä kohteista olemme jalostaneet on visuaalinen lisäys, jotta voimme nähdä asioita, jotka ovat normaalisti piilossa näkyvistä. Kurkistaakseen ihon ulkopuolelle varhaiset vivisektionistit, jotka huipentuivat tohtori Andreas Vesaliukseen 1500-luvulla, ryhtyivät uskaliaisiin leikkelyihin tutkiakseen ihmisruumiin osia. Nykypäivänä opiskelijalääkärit tutkivat kudosten ja elinten sijaintia ja rakennetta fuksianatomian tunneilla ja jatkavat sitten kirurgisten näytteiden ja ruumiinavausten analysointia patologian tunneilla.

Wilhelm Roentgenin vuonna 1895 tekemä Röntgenlöytö, josta hän sai Nobelin fysiologian tai lääketieteen palkinnon vuonna 1901, tarjosi läpimurron näön pinnallisuuden voittamiseksi ja antoi lääkärille mahdollisuuden tarkastella kirjaimellisesti elävän potilaan ”sisuksia”. Tämä uraauurtava diagnostinen ihme on säilyttänyt arvostetun asemansa siitä lähtien, vaikka se ei kykene näyttämään sisäisiä rakenteita kolmessa ulottuvuudessa, erityisesti pehmytkudoksissa. Esimerkiksi lääkäri voi nähdä kasvaimen ääriviivat tai luuston vääristyneen pallonivelen, mutta kyvyttömyys tarkastella rakennetta kolmessa ulottuvuudessa rajoittaa patologian täyttä arvostusta.

mies, jolla oli liuos

atk-pohjainen aksiaalinen tomografia (CAT), kaikkialla läsnä oleva CAT-tai tietokonetomografia (CT), oli merkittävä löytö, jonka ansiosta kliinikot pystyivät tarkastelemaan ihmiskehon sisäosia kolmiulotteisesti ilman invasiivisia keinoja. Mies ratkaisun oli Allan MacLeod Cormack, fyysikko, jolla ei ole filosofian tohtoria eikä lääketieteen tohtoria, joka ansaitusti jakoi vuoden 1979 Nobelin fysiologian tai lääketieteen palkinnon TT-löydöstään. Cormack syntyi Johannesburgissa, Etelä-Afrikassa, 23. helmikuuta 1924 skotlantilaiselle äidille Amelia Macleodille ja isälle George Cormackille. Hänen äitinsä oli opettaja ja isänsä insinööri, ja he olivat muuttaneet Etelä-Afrikkaan juuri ennen ensimmäistä maailmansotaa.he asettuivat lopulta Kapkaupunkiin, jossa Cormack kävi Rondebosch Boys’ High Schoolia ja osoitti varhaista lupausta tenniksessä, väittelyssä ja tähtitieteessä. Hänen vapaa-aikansa kului vuorikiipeilyyn Western Capen provinssin tai Pöytävuoren maastoissa hänen takapihallaan. Tähtitieteessä hänen sanotaan ahmineen englantilaisten astrofyysikkojen Sir Arthur Eddingtonin ja Sir James Jeansin suosittuja teoksia. Hänen omaelämäkerta, hän hyvittää hänen mieltymys matematiikan ja fysiikan näiden kirjailijoiden. Ne ovat olleet inspiraation, joka vauhditti hänen uransa fysiikan ja hänen myöhemmin löytö CT.

suoritettuaan lukion Cormack opiskeli Kapkaupungin yliopistossa. Kuten hänen isänsä ja veljensä, hän jatkoi opintojaan sähkötekniikan, mutta vaihtoi fysiikan jälkeen pari vuotta, saattaen hänen kandidaatin vuonna 1944 ja hänen Master of Science erikoistuminen crystallography seuraavana vuonna. Tämän jälkeen Cormack siirtyi Cavendishin laboratorioon St John ’ s Collegeen Cambridgeen, Iso-Britanniaan tutkimusopiskelijaksi, työskennellen professori Otto Frischin alaisuudessa 1947-1949. Siellä hän tapasi amerikkalaisen naisen, tulevan vaimonsa Barbara Seaveyn, väitetysti Nobel-fyysikko Paul Diracin luennoilla kvanttimekaniikasta. Hän kosi avioliittoa, mutta oli varaton, joten siirtyminen takaisin fysiikan laitokselle Kapkaupunkiin oli tarpeen turvata itselleen sekä työpaikka että morsian. Tämä tuli kuitenkin uhrauksella, sillä hänen uudesta asemastaan puuttui syklotronia tutkimustyötään varten. Hänen työuransa Kapkaupungin yliopistossa 1950-1956 oli melko yksinäinen, sillä Etelä-Afrikassa oli tuohon aikaan hyvin vähän ydinfyysikoita, joista lähin oli yli 900 kilometrin päässä. Silti hän oli tuottelias, ja hänen oppilaansa, erityisesti undergraduates, olivat innoittamana hänen luentoja.

fysiikasta radiologiaan

vuoden 1956 alussa Cormack toimi apulaisfyysikkona radiologian osastolla Kapkaupungin Groote Schuurin sairaalassa, joka oli Etelä-Afrikan yliopiston lääketieteellisen tiedekunnan johtava akateeminen sairaala. Se tuli myöhemmin kuuluisaksi ensimmäisestä ihmisen sydämensiirrosta, jonka tohtori Christiaan Barnard suoritti siellä. Cormack, ainoa saatavilla oleva koulutettu ydinfyysikko, valvoi radioisotooppien käyttöä sekä sairaalatyöntekijöiden säteilyaltistuksen seurantaan käytettävien filmimerkkien kalibrointia. Hän todisti myös, miten säteilyä käytettiin syövän diagnosoinnissa ja hoidossa. Vaikka Cormackin ensisijainen kiinnostuksen kohde oli hiukkasfysiikka, hän kiinnostui kuvantamistekniikasta ja sen puutteista ja aloitti sarjan kokeita, joiden tavoitteena oli rakentaa radiologinen poikkileikkauskuva biologisista järjestelmistä. Tämä johti kahteen perustutkimukseen, jotka julkaistiin erikseen vuosina 1963-1964 Journal of Applied Physics-lehdessä, jotka muodostivat CT-skannauksen teoreettisen perustan. Valitettavasti ne tuottivat lähes mitään kiinnostusta tiedeyhteisön tuolloin huolimatta mahdollisuus paljastaa aiemmin katselematon tai vain tuskin katseltavissa poikkileikkaukset kehon in vivo.

Cormackin työn keskeytti sapattivapaa Harvardin yliopistossa Cambridgessa Massachusettsissa Yhdysvalloissa vuosina 1956-1957. Omaelämäkerrassaan hän kirjoitti, että koska hänen vaimonsa oli tullut hänen kanssaan Afrikan erämaihin, oli vain kohtuullista, että hän lähti hänen kanssaan Amerikan erämaihin ensimmäiselle sapattivapaalleen. Harvardissa oli myös syklotronilaboratorio, jota oli käytetty lähes yksinomaan fysiikan tutkimukseen ennen vuotta 1961. Allan liittyi Bostonin Tuftsin yliopiston tiedekuntaan apulaisprofessorina, ja vuonna 1966 hänestä tuli Yhdysvaltain kansalainen. Hänen tärkein osastojen etuja olivat tutkimuksen ja opetuksen ydin-ja hiukkasfysiikan. Vuosina 1956-1964 hän teki suurimman osan tutkimuksistaan kissan kehityksestä omana aikanaan, mutta opinnot jäivät toimettomiksi, koska hänen kollegansa eivät olleet kiinnostuneita hänen työstään. Vuosien 1970-1972 aikana kiinnostus kuvantamistekniikoita kohtaan kuitenkin kasvoi, ja hänen innostuksensa syttyi uudelleen. Se huipentui hänen löytö CT ja lopulta voittaa ja jakaa lääketieteen / fysiologian Nobelin Sir Godfrey Newbold Hounsfield, joka keksi kvantitatiivinen asteikko kuvaamiseen radioherkkyys.

ct

CT käyttää poikkileikkauskuvien sarjatallenteita skannatun kohteen tietokoneella käsiteltyjen komposiittien tuottamiseen. Digitaalisen geometrian prosessoinnin avulla voidaan edelleen luoda kolmiulotteinen tilavuus kohteen sisäpuolelle. Termiä CT käytetään usein tarkoittamaan röntgenkuvaus, koska se on yleisimmin tunnettu muoto. Mutta muunlaisia CT olemassa, kuten PET (positroniemissiotomografia) ja SPECT (single-fotoniemissiotomografia) kuvantaminen. Vuonna 2015 Yhdysvalloissa tehtiin yli 80 miljoonaa CT-toimenpidettä, ja CT-säteilyaltistuksesta johtuvat maligniteetit ovat edelleen vahvistamattomia. Vaikka TT: tä käytetään yleisimmin lääketieteessä, sitä käytetään myös ei-lääketieteellisillä aloilla, kuten arkeologisten näytteiden, sarkofagien tai keramiikan sisältöjen materiaalitestaukseen ja kuvantamiseen.

muita kunnianosoituksia ja palkintoja

Tuftsissa Cormack eteni fysiikan laitoksella akateemista tasoa ylöspäin, kunnes hänestä tuli apulaisprofessori ja sitten täysi professori. Vaikka ei ole tohtorin, hänen ylennykset ja lopulta puheenjohtajuus osasto kantoi todistus hänen merkittävä tutkimus löytöjä. Hän sai Hosea Ballou Medal for Distinguished Service, Tufts vuonna 1978 ja Gold Medal of Merit, University of Cape Town. Hän oli jäsenenä National Academy of Sciences, fellow, American Physical Society ja jäsenenä American Academy of Arts and Sciences. Kun hän jäi eläkkeelle vuonna 1980, Tufts myönsi hänelle kunniatohtorin arvon ja lahjoitti hänelle sen korkeimman ammatillisen arvo, yliopiston professori. Vuonna 1990 Yhdysvaltain presidentti George Bush myönsi hänelle National Medal of Science in physical sciences-palkinnon ”tieteellisestä työstään, mukaan lukien tietokoneavusteisen tomografian kehittäminen; ja tutkijana ja opettajana, erityisesti opiskelijana”.

Cormackin ja hänen vaimonsa vanhemmat olivat poika Robert ja kaksi tytärtä, Margaret ja Jean. Hän asui eläkepäiviään Winchesterin kaupungissa, New Hampshiressa, nauttien ”Uuden Englannin mukavuuksista, erityisesti kesät lähellä, in and on Lake Winnipesaukee, New Hampshire”.

Cormack kuoli syöpään 7. toukokuuta 1998, 74-vuotiaana, ja hänelle myönnettiin postuumisti mapungubwen ritarikunnan kunniamerkki, Etelä-Afrikan korkein kunniamerkki, kultaisessa kategoriassa.