Allan MacLeod Cormack (1924-1998): Scopritore della tomografia assiale computerizzata

Non è esagerato dire che ciò che (Godfrey) Hounsfield e io conosciamo di medicina e fisiologia potrebbe essere scritto su un piccolo modulo di prescrizione.

– Allan Cormack, nel suo discorso Nobel

Sin dai tempi storici, i sensi umani come il tatto, l’olfatto e la vista sono stati gli strumenti primari del medico nella diagnosi fisica. L’evoluzione della medicina, in senso reale, ha significato il perfezionamento evolutivo di questi sensi, come migliorare l’udito con lo stetoscopio o l’ecografia. Preminente tra gli elementi che abbiamo raffinato è l’aumento visivo per permetterci di vedere le cose che sono normalmente nascoste alla vista. Per scrutare oltre la pelle, i primi vivisezionisti, culminati nel Dr Andreas Vesalius nel 16 ° secolo, hanno preso a dissezioni audaci per studiare i componenti del corpo umano. Al giorno d’oggi, i medici studenti studiano la posizione e la struttura dei tessuti e degli organi nelle classi di anatomia matricola, quindi passano ad analizzare campioni chirurgici e autopsie nelle classi di patologia.

La scoperta dei raggi X di Wilhelm Roentgen nel 1895, per la quale vinse il premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina nel 1901, fornì la svolta per superare la superficialità della vista e permise al medico di vedere letteralmente gli “interni” di un paziente vivente. Questa meraviglia diagnostica pionieristica ha tenuto la sua posizione venerata da allora, nonostante la sua incapacità di mostrare le strutture interne in tre dimensioni, specialmente dei tessuti molli. Ad esempio, un medico può vedere i contorni di un tumore o l’articolazione sferica distorta dello scheletro, ma l’incapacità di visualizzare la struttura in tre dimensioni limita il pieno apprezzamento della patologia.

L’UOMO CON LA SOLUZIONE

La tomografia assiale computerizzata (CAT), l’onnipresente scansione CAT o tomografia computerizzata (CT), è stata una scoperta importante che ha permesso ai medici di visualizzare l’interno del corpo umano in tre dimensioni senza utilizzare mezzi invasivi. L’uomo con la soluzione era Allan MacLeod Cormack, un fisico con né un dottore in filosofia né Dottore in medicina, che ha meritatamente condiviso il premio Nobel 1979 per la fisiologia o la medicina per la sua scoperta della TC. Cormack nacque a Johannesburg, in Sudafrica, il 23 febbraio 1924, da madre scozzese, Amelia MacLeod, e padre, George Cormack. Sua madre era un’insegnante e suo padre un ingegnere, ed erano emigrati in Sud Africa poco prima della prima guerra mondiale.Alla fine si stabilirono a Città del Capo, dove Cormack frequentato Rondebosch Boys’ High School e ha mostrato presto promessa nel tennis, dibattito e astronomia. Il suo tempo libero è stato speso alpinismo nelle gamme della provincia del Capo occidentale o Table Mountain nel suo cortile. In astronomia, si dice che abbia divorato le opere popolari di Sir Arthur Eddington e Sir James Jeans, astrofisici britannici. Nella sua autobiografia, egli attribuisce la sua passione per la matematica e la fisica a questi autori. Devono essere stati l’ispirazione che ha stimolato la sua carriera in fisica e la sua successiva scoperta della CT.

Dopo aver completato la scuola superiore, Cormack ha frequentato l’Università di Città del Capo. Come suo padre e suo fratello, ha proseguito gli studi in ingegneria elettrica, ma è passato alla fisica dopo un paio di anni, completando il suo Bachelor of Science nel 1944 e il suo Master of Science con specializzazione in cristallografia l’anno successivo. Cormack si trasferì poi al Cavendish Laboratory del St John’s College, Cambridge, Regno Unito, come studente di ricerca, lavorando sotto il professor Otto Frisch dal 1947 al 1949. Lì, incontrò una donna americana, la sua futura moglie Barbara Seavey, presumibilmente durante una delle lezioni del fisico Nobel Paul Dirac sulla meccanica quantistica. Ha proposto il matrimonio, ma è stato rotto, in modo da tornare al dipartimento di fisica a Città del Capo era necessario per assicurarsi sia un lavoro e una sposa. Tuttavia, questo è venuto con un sacrificio, come la sua nuova posizione mancava un ciclotrone per il suo lavoro di ricerca. Il suo periodo all’Università di Città del Capo dal 1950 al 1956 fu piuttosto solitario, poiché in quel momento c’erano pochissimi fisici nucleari in Sud Africa, il più vicino era a più di 900 km di distanza. Tuttavia, era produttivo e i suoi studenti, in particolare gli studenti universitari, erano ispirati dalle sue lezioni.

DALLA FISICA ALLA RADIOLOGIA

All’inizio del 1956, Cormack prestò servizio come fisico medico residente nel dipartimento di radiologia del Groote Schuur Hospital di Città del Capo, il principale ospedale accademico della scuola medica dell’Università del Sud Africa. In seguito divenne famoso per il primo trapianto di cuore umano, eseguito lì dal dottor Christiaan Barnard. Cormack, l’unico fisico nucleare addestrato disponibile, ha supervisionato l’uso di radioisotopi e la calibrazione di badge cinematografici utilizzati per monitorare l’esposizione dei lavoratori ospedalieri alle radiazioni. Ha anche assistito a come le radiazioni sono state utilizzate nella diagnosi e nel trattamento del cancro. Mentre l’interesse primario di Cormack era la fisica delle particelle, divenne affascinato dalla tecnologia di imaging e dalle sue carenze, e iniziò una serie di esperimenti verso la costruzione di una vista radiologica in sezione trasversale dei sistemi biologici. Ciò ha portato a due articoli scientifici di base pubblicati separatamente tra il 1963 e il 1964 sul Journal of Applied Physics, che hanno costituito la base teorica fondamentale per la scansione CT. Sfortunatamente, non hanno generato quasi alcun interesse da parte della comunità scientifica all’epoca, nonostante il potenziale di rivelare sezioni trasversali del corpo in vivo precedentemente non visibili o appena visibili.

Il lavoro di Cormack fu interrotto da un anno sabbatico all’Università di Harvard, Cambridge, Massachusetts, Stati Uniti, nel 1956-1957. Nella sua autobiografia, ha scritto che come sua moglie era venuto alle terre selvagge dell “Africa con lui, era solo ragionevole che egli dovrebbe andare alle terre selvagge d” America con lei il suo primo anno sabbatico. Inoltre, Harvard aveva un laboratorio di ciclotroni, che era stato utilizzato quasi esclusivamente per la ricerca fisica prima del 1961. Allan si è unito alla facoltà di Tufts University di Boston come assistente professore e nel 1966 è diventato un cittadino naturalizzato degli Stati Uniti. I suoi principali interessi dipartimentali erano nello studio e nell’insegnamento della fisica nucleare e delle particelle. Tra il 1956 e il 1964, condusse la maggior parte delle sue ricerche sullo sviluppo del GATTO nel suo tempo, ma i suoi studi divennero inattivi a causa della mancanza di interesse dei suoi colleghi nel suo lavoro. Tuttavia, nel periodo 1970-1972, l’interesse per le tecniche di imaging è aumentato e il suo entusiasmo è stato riacceso. È culminato nella sua scoperta della TC e dell’eventuale vittoria e condivisione del premio Nobel per la medicina/Fisiologia con Sir Godfrey Newbold Hounsfield, che ha inventato una scala quantitativa per descrivere la radiodensità.

CAT SCAN

CT utilizza registrazioni seriali di immagini radiografiche trasversali per produrre compositi elaborati al computer di un oggetto scansionato. L’elaborazione della geometria digitale viene quindi utilizzata per generare ulteriormente un volume tridimensionale dell’interno dell’oggetto. Il termine CT è spesso usato per riferirsi alla TC a raggi X, perché è la forma più comunemente nota. Ma esistono altri tipi di CT, come l’imaging PET (tomografia a emissione di positroni) e SPECT (tomografia computerizzata a emissione di fotoni singoli). Nel 2015, più di 80 milioni di procedure CT sono state eseguite negli Stati Uniti, e le preoccupazioni di tumori maligni derivanti da esposizione alle radiazioni CT rimangono non confermate. Anche se più comunemente usato in medicina, CT è utilizzato anche in campi non medici come per i materiali di prova e di imaging il contenuto di reperti archeologici, sarcofagi o ceramiche.

ALTRE ONORIFICENZE E RICONOSCIMENTI

A Tufts, Cormack ha progredito nella scala accademica presso il dipartimento di fisica per diventare associato e poi professore ordinario. Nonostante non abbia un dottorato, le sue promozioni e l’eventuale presidenza del dipartimento testimoniano le sue notevoli scoperte di ricerca. Ha ricevuto la Medaglia Hosea Ballou per Distinguished Service da Tufts nel 1978 e la Medaglia d’Oro al merito dall’Università di Città del Capo. È stato membro della National Academy of Sciences, membro della American Physical Society e membro dell’American Academy of Arts and Sciences. Quando si ritirò nel 1980, Tufts gli conferì un dottorato onorario e gli conferì il suo più alto grado professionale, professore universitario. Nel 1990, il presidente degli Stati Uniti George Bush gli ha conferito la National Medal of Science in the physical sciences “per il suo lavoro scientifico incluso lo sviluppo della tomografia computerizzata; e come studioso e insegnante, in particolare di studenti universitari”.

Cormack e sua moglie erano genitori di un figlio, Robert, e di due figlie, Margaret e Jean. Ha vissuto i suoi anni di pensionamento nella città di Winchester, New Hampshire, godendo “i servizi del New England, in particolare le estati vicino, e sul lago Winnipesaukee, New Hampshire”.

Cormack morì di cancro il 7 maggio 1998, all’età di 74 anni, e fu insignito postumo dell’Ordine di Mapungubwe, la più alta onorificenza del Sudafrica, nella categoria gold.