Allan MacLeod Cormack (1924-1998): Découvreur de la tomographie axiale informatisée

Il n’est pas exagéré de dire que ce que (Godfrey) Hounsfield et moi savons de la médecine et de la physiologie pourrait être écrit sur un petit formulaire de prescription.

– Allan Cormack, dans son discours Nobel

Depuis les temps historiques, les sens humains tels que le toucher, l’odorat et la vue ont servi de principaux outils au médecin dans le diagnostic physique. L’évolution de la médecine, dans un sens réel, a signifié le raffinement évolutif de ces sens, comme l’amélioration de l’audition avec le stéthoscope ou l’échographie. Parmi les éléments que nous avons affinés, l’augmentation visuelle nous permet de voir des choses qui sont normalement cachées à la vue. Pour regarder au-delà de la peau, les premiers vivisectionnistes, culminant avec le Dr Andreas Vesalius au 16ème siècle, se sont lancés dans des dissections audacieuses pour étudier les composants du corps humain. De nos jours, les étudiants médecins étudient l’emplacement et la structure des tissus et des organes dans les cours d’anatomie de première année, puis analysent des échantillons chirurgicaux et des autopsies dans les cours de pathologie.

La découverte des rayons X par Wilhelm Roentgen en 1895, pour laquelle il a remporté le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1901, a permis de surmonter la superficialité de la vue et a permis au médecin de voir littéralement « l’intérieur » d’un patient vivant. Cette merveille diagnostique pionnière a conservé sa position vénérée depuis, malgré son incapacité à montrer des structures internes en trois dimensions, en particulier des tissus mous. Par exemple, un médecin peut voir les contours d’une tumeur ou la rotule déformée du squelette, mais l’incapacité de voir la structure en trois dimensions limite la pleine appréciation de la pathologie.

L’HOMME AVEC LA SOLUTION

La tomodensitométrie axiale (CAT), la tomodensitométrie ou tomodensitométrie (TDM) omniprésente, a été une découverte historique qui a permis aux cliniciens de visualiser l’intérieur du corps humain en trois dimensions sans utiliser de moyens invasifs. L’homme avec la solution était Allan MacLeod Cormack, un physicien sans doctorat en philosophie ni en médecine, qui a partagé à juste titre le prix Nobel de Physiologie ou Médecine de 1979 pour sa découverte de la tomodensitométrie. Cormack est né à Johannesburg, en Afrique du Sud, le 23 février 1924, d’une mère écossaise, Amelia MacLeod, et d’un père, George Cormack. Sa mère était enseignante et son père ingénieur, et ils avaient immigré en Afrique du Sud juste avant la Première Guerre mondiale. Ils se sont finalement installés au Cap, où Cormack a fréquenté le Rondebosch Boys’ High School et s’est montré très prometteur en tennis, en débat et en astronomie. Son temps libre était consacré à l’alpinisme dans les chaînes de la province du Cap-Occidental ou à la montagne de la Table dans sa cour arrière. En astronomie, il aurait dévoré les œuvres populaires de Sir Arthur Eddington et Sir James Jeans, astrophysiciens britanniques. Dans son autobiographie, il attribue son penchant pour les mathématiques et la physique à ces auteurs. Ils ont dû être l’inspiration qui a stimulé sa carrière en physique et sa découverte ultérieure de la tomodensitométrie.

Après avoir terminé ses études secondaires, Cormack a fréquenté l’Université du Cap. Comme son père et son frère, il a poursuivi des études en génie électrique mais est passé à la physique après quelques années, obtenant son baccalauréat of sciences en 1944 et son Master of sciences avec spécialisation en cristallographie l’année suivante. Cormack a ensuite déménagé au laboratoire Cavendish du St John’s College, Cambridge, Royaume-Uni, en tant qu’étudiant chercheur, travaillant sous la direction du professeur Otto Frisch de 1947 à 1949. Là, il a rencontré une Américaine, sa future épouse Barbara Seavey, prétendument lors d’une des conférences du physicien Nobel Paul Dirac sur la mécanique quantique. Il a proposé le mariage mais a été fauché, donc retourner au département de physique du Cap était nécessaire pour se trouver à la fois un emploi et une épouse. Cependant, cela s’est accompagné d’un sacrifice, car son nouveau poste manquait d’un cyclotron pour ses travaux de recherche. Son passage à l’Université du Cap de 1950 à 1956 a été plutôt solitaire, car il y avait très peu de physiciens nucléaires en Afrique du Sud à cette époque, le plus proche étant à plus de 900 km. Pourtant, il était productif et ses étudiants, en particulier les étudiants de premier cycle, étaient inspirés par ses conférences.

DE LA PHYSIQUE À LA RADIOLOGIE

Au début de 1956, Cormack a été physicien médical résident au département de radiologie de l’hôpital Groote Schuur du Cap, le principal hôpital universitaire de la faculté de médecine de l’Université d’Afrique du Sud. Il est devenu plus tard célèbre pour la première greffe de cœur humain, réalisée là par le Dr Christiaan Barnard. Cormack, le seul physicien nucléaire qualifié disponible, a supervisé l’utilisation des radio-isotopes ainsi que l’étalonnage des badges de film utilisés pour surveiller l’exposition des travailleurs hospitaliers aux radiations. Il a également été témoin de l’utilisation des radiations dans le diagnostic et le traitement du cancer. Alors que l’intérêt principal de Cormack était la physique des particules, il est devenu fasciné par la technologie d’imagerie et ses lacunes, et a commencé une série d’expériences visant à construire une vue en coupe radiologique des systèmes biologiques. Cela a abouti à deux articles scientifiques de base publiés séparément entre 1963 et 1964 dans le Journal of Applied Physics, qui ont constitué la base théorique fondamentale de la tomodensitométrie. Malheureusement, ils n’ont suscité presque aucun intérêt de la part de la communauté scientifique à l’époque, malgré le potentiel de révéler des sections transversales du corps auparavant non visualisables ou à peine visibles in vivo.

Le travail de Cormack a été interrompu par une année sabbatique à l’Université Harvard, Cambridge, Massachusetts, États-Unis, en 1956-1957. Dans son autobiographie, il a écrit que comme sa femme était venue dans les contrées sauvages de l’Afrique avec lui, il était seulement raisonnable qu’il aille dans les contrées sauvages de l’Amérique avec elle lors de sa première année sabbatique. En outre, Harvard avait un laboratoire de cyclotron, qui avait été utilisé presque exclusivement pour la recherche en physique avant 1961. Allan a rejoint la faculté de l’Université Tufts à Boston en tant que professeur adjoint et, en 1966, est devenu un citoyen naturalisé des États-Unis. Ses principaux intérêts départementaux étaient l’étude et l’enseignement de la physique nucléaire et de la physique des particules. Entre 1956 et 1964, il a mené la plupart de ses recherches sur le développement du CHAT à son époque, mais ses études sont devenues inactives en raison du manque d’intérêt de ses collègues pour son travail. Cependant, dans la période 1970-1972, l’intérêt pour les techniques d’imagerie a augmenté et son enthousiasme a été ravivé. Cela a culminé avec sa découverte de la tomodensitométrie et le gain et le partage du prix Nobel de médecine / physiologie avec Sir Godfrey Newbold Hounsfield, qui a inventé une échelle quantitative pour décrire la radiodensité.

CAT SCAN

CT utilise des enregistrements en série d’images radiographiques en coupe transversale pour produire des composites traités par ordinateur d’un objet numérisé. Le traitement de la géométrie numérique est ensuite utilisé pour générer un volume tridimensionnel de l’intérieur de l’objet. Le terme CT est souvent utilisé pour désigner la tomodensitométrie à rayons X, car c’est la forme la plus connue. Mais d’autres types de tomodensitométrie existent, tels que l’imagerie TEP (tomographie par émission de positons) et SPECT (tomodensitométrie à émission unique de photons). En 2015, plus de 80 millions d’interventions de tomodensitométrie ont été effectuées aux États-Unis, et les préoccupations concernant les tumeurs malignes résultant de l’exposition aux rayonnements de tomodensitométrie ne sont toujours pas confirmées. Bien que le plus couramment utilisé en médecine, la tomodensitométrie est également utilisée dans des domaines non médicaux tels que les tests de matériaux et l’imagerie du contenu des spécimens archéologiques, des sarcophages ou des céramiques.

AUTRES DISTINCTIONS ET RÉCOMPENSES

À Tufts, Cormack a gravi les échelons universitaires au département de physique pour devenir associé puis professeur titulaire. Bien qu’il n’ait pas de doctorat, ses promotions et sa présidence éventuelle du département témoignent de ses remarquables découvertes de recherche. Il a reçu la Médaille Hosea Ballou pour services distingués de Tufts en 1978 et la Médaille d’Or du Mérite de l’Université du Cap. Il était membre de l’Académie nationale des Sciences, membre de l’American Physical Society et membre de l’Académie américaine des Arts et des Sciences. Quand il a pris sa retraite en 1980, Tufts lui a décerné un doctorat honorifique et lui a conféré son plus haut rang professionnel, celui de professeur d’université. En 1990, le président des États-Unis George Bush lui a décerné la Médaille nationale des sciences en sciences physiques « pour son travail scientifique, y compris le développement de la tomographie assistée par ordinateur; et en tant que chercheur et enseignant, en particulier des étudiants de premier cycle ».

Cormack et sa femme étaient parents d’un fils, Robert, et de deux filles, Margaret et Jean. Il a vécu ses années de retraite dans la ville de Winchester, dans le New Hampshire, profitant « des commodités de la Nouvelle-Angleterre, en particulier des étés près, dans et sur le lac Winnipesaukee, dans le New Hampshire ».

Cormack est décédé d’un cancer le 7 mai 1998, à l’âge de 74 ans, et a reçu à titre posthume l’Ordre de Mapungubwe, la plus haute distinction d’Afrique du Sud, dans la catégorie or.