Allan MacLeod Cormack (1924-1998): ontdekker van geautomatiseerde axiale tomografie

het is niet overdreven om te zeggen dat wat (Godfrey) Hounsfield en ik weten over geneeskunde en fysiologie zou kunnen worden geschreven op een klein recept formulier.

– Allan Cormack, in zijn Nobel address

uit historische tijden, hebben menselijke zintuigen zoals aanraking, geur en zicht gediend als de belangrijkste instrumenten van de arts in de fysieke diagnose. De evolutie van de geneeskunde, in reële zin, betekende de evolutionaire verfijning van deze zintuigen, zoals het verbeteren van het gehoor met de stethoscoop of echografie. Bij uitstek onder de items die we hebben verfijnd is visuele vergroting om ons in staat te stellen om dingen te zien die normaal aan het zicht onttrokken zijn. Om verder te kijken dan de huid, namen vroege vivisectionisten, culminerend in Dr Andreas Vesalius in de 16e eeuw, gewaagde ontledingen om menselijke lichaamscomponenten te bestuderen. In de huidige dag, student artsen bestuderen de locatie en de structuur van weefsels en organen in eerstejaars anatomie klassen, dan gaan over tot het analyseren van chirurgische specimens en autopsies in pathologie klassen.Wilhelm Roentgen ’s ontdekking van röntgenstralen in 1895, waarvoor hij in 1901 de Nobelprijs voor de Fysiologie of Geneeskunde won, bood de doorbraak om de oppervlakkigheid van het zicht te overwinnen en stelde de arts in staat om letterlijk de’ binnenkant ‘ van een levende patiënt te bekijken. Dit baanbrekende diagnostische wonder heeft sindsdien zijn gerespecteerde positie behouden, ondanks het onvermogen om interne structuren in drie dimensies te tonen, vooral van zachte weefsels. Een arts kan bijvoorbeeld de contouren van een tumor of het vervormde kogelgewricht van het skelet zien, maar het onvermogen om de structuur in drie dimensies te bekijken beperkt de volledige waardering van pathologie.

de man met de oplossing

geautomatiseerde axiale tomografie (CAT), de alomtegenwoordige kat of computertomografie (CT) scan, was een historische ontdekking die clinici in staat stelde om de binnenkant van het menselijk lichaam in drie dimensies te bekijken zonder invasieve middelen te gebruiken. De man met de oplossing was Allan MacLeod Cormack, een natuurkundige zonder Doctor in de filosofie of Doctor in de geneeskunde, die terecht de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde in 1979 deelde voor zijn ontdekking van CT. Cormack werd geboren in Johannesburg, Zuid-Afrika, op 23 februari 1924, een Schotse moeder, Amelia MacLeod, en vader, George Cormack. Zijn moeder was een leraar en zijn vader een ingenieur, en ze waren geëmigreerd naar Zuid-Afrika net voor de Eerste Wereldoorlog I. ze uiteindelijk vestigden zich in Kaapstad, waar Cormack woonde Rondebosch jongens’ High School en toonde vroege belofte in tennis, debatteren en astronomie. Zijn vrije tijd werd besteed bergbeklimmen in de ranges van de West-Kaap provincie of Tafelberg in zijn achtertuin. In de astronomie zou hij de populaire werken van Sir Arthur Eddington en Sir James Jeans, Britse astrofysici, verslonden hebben. In zijn autobiografie schrijft hij zijn voorliefde voor wiskunde en natuurkunde toe aan deze auteurs. Zij moeten de inspiratie zijn geweest die zijn carrière in de natuurkunde en zijn daaropvolgende ontdekking van CT stimuleerde.Na zijn middelbare school ging Cormack naar de Universiteit van Kaapstad. Net als zijn vader en broer studeerde hij elektrotechniek, maar na een paar jaar stapte hij over naar natuurkunde, waar hij in 1944 zijn Bachelor of Science afrondde en het jaar daarop zijn Master of Science met specialisatie in kristallografie. Cormack verhuisde vervolgens naar het Cavendish Laboratory aan het St John ‘ s College, Cambridge, Verenigd Koninkrijk, als onderzoeksstudent, waar hij werkte onder Professor Otto Frisch van 1947 tot 1949. Daar ontmoette hij een Amerikaanse vrouw, zijn toekomstige vrouw Barbara Seavey, naar verluidt tijdens een van Nobel natuurkundige Paul Dirac ‘ s lezingen over kwantummechanica. Hij stelde een huwelijk voor, maar was blut, dus hij moest terug naar de natuurkundeafdeling in Kaapstad om zowel een baan als een bruid te krijgen. Echter, dit kwam met een offer, omdat zijn nieuwe positie ontbrak een cyclotron voor zijn onderzoekswerk. Zijn studie aan de Universiteit van Kaapstad van 1950 tot 1956 was nogal eenzaam, omdat er in die tijd weinig kernfysici in Zuid-Afrika waren, waarvan de dichtstbijzijnde op meer dan 900 km afstand lag. Toch was hij productief, en zijn studenten, vooral de studenten, werden geïnspireerd door zijn lezingen.Begin 1956 was Cormack werkzaam als medisch fysicus op de afdeling radiologie van het Groote Schuur Hospital in Kaapstad, het hoofd Academisch Ziekenhuis van de medische school van de Universiteit van Zuid-Afrika. Het werd later beroemd door de eerste menselijke harttransplantatie, uitgevoerd daar door Dr. Christiaan Barnard. Cormack, de enige beschikbare opgeleide kernfysicus, hield toezicht op het gebruik van radio-isotopen en op de kalibratie van filmbadges die werden gebruikt om de blootstelling van ziekenhuismedewerkers aan straling te controleren. Hij was ook getuige van het gebruik van straling bij de diagnose en behandeling van kanker. Terwijl Cormack vooral geïnteresseerd was in deeltjesfysica, raakte hij gefascineerd door beeldvormingstechnologie en de tekortkomingen ervan, en begon hij een reeks experimenten om een radiologische dwarsdoorsnede van biologische systemen te construeren. Dit resulteerde in twee wetenschappelijke artikelen die tussen 1963 en 1964 afzonderlijk werden gepubliceerd in het Journal of Applied Physics, dat de fundamentele theoretische basis vormde voor CT-scanning. Helaas, ze genereerden bijna geen interesse van de wetenschappelijke gemeenschap op het moment, ondanks het potentieel van het onthullen van voorheen niet zichtbaar of nauwelijks zichtbare dwarsdoorsneden van het lichaam in vivo.Cormacks werk werd onderbroken door een sabbatical aan de Harvard University, Cambridge, Massachusetts, Verenigde Staten, in 1956-1957. In zijn autobiografie schreef hij dat als zijn vrouw met hem naar de wildernis van Afrika was gekomen, het alleen redelijk was dat hij met haar naar de wildernis van Amerika zou gaan op zijn eerste sabbatical. Harvard had ook een cyclotron-laboratorium, dat Voor 1961 bijna uitsluitend voor natuurkundig onderzoek was gebruikt. Allan trad toe tot de faculteit van de Tufts University in Boston als een assistent professor en in 1966 werd een genaturaliseerde burger van de Verenigde Staten. Zijn belangrijkste interesses waren de studie en het onderwijs van de nucleaire en deeltjesfysica. Tussen 1956 en 1964 deed hij het grootste deel van zijn onderzoek naar de ontwikkeling van CAT in zijn eigen tijd, maar zijn studies werden inactief vanwege het gebrek aan interesse van zijn collega’ s in zijn werk. In de periode 1970-1972 nam de belangstelling voor beeldvormingstechnieken echter toe en werd zijn enthousiasme weer aangewakkerd. Het culmineerde in zijn ontdekking van CT en uiteindelijk het winnen en delen van de geneeskunde/fysiologie Nobelprijs met Sir Godfrey Newbold Hounsfield, die een kwantitatieve schaal voor het beschrijven van radiodensiteit uitgevonden.

CAT-SCAN

CT maakt gebruik van seriële opnamen van transversale radiografische beelden voor de productie van computerverwerkte composieten van een gescand object. De digitale geometrieverwerking wordt dan gebruikt om een driedimensionaal volume van de binnenkant van het object verder te genereren. De term CT wordt vaak gebruikt om te verwijzen naar X-ray CT, omdat het de meest bekende vorm. Maar andere types van CT bestaan, zoals pet (positron emissie tomografie) en SPECT (single-photon emissie computertomografie) weergave. In 2015, werden meer dan 80 miljoen CT procedures uitgevoerd in de Verenigde Staten, en zorgen van malignancies die voortvloeien uit CT straling blootstelling blijven onbevestigd. Hoewel het meest meestal gebruikt in de geneeskunde, CT wordt ook gebruikt in niet-medische gebieden zoals voor materialen testen en weergave van de inhoud van archeologische specimens, sarcofagen of keramiek.

overige onderscheidingen en onderscheidingen

aan Tufts promoveerde Cormack op de academische ladder aan de faculteit natuurkunde tot associate en vervolgens gewoon hoogleraar. Ondanks het ontbreken van een doctoraat, zijn promoties en eventuele voorzitterschap van de afdeling getuigde van zijn opmerkelijke ontdekkingen onderzoek. Hij ontving de Hosea Ballou Medal for Distinguished Service van Tufts in 1978 en de Gold Medal of Merit van de Universiteit van Kaapstad. Hij was lid van de National Academy of Sciences, een fellow van de American Physical Society en een lid van de American Academy of Arts and Sciences. Toen hij in 1980 met pensioen ging, verleende Tufts hem een eredoctoraat en schonk hem de hoogste professionele rang, universiteitsprofessor. In 1990, Verenigde Staten President George Bush bekroond hem de National Medal of Science in the physical sciences “voor zijn wetenschappelijk werk, waaronder de ontwikkeling van computer assisted tomography; en als een geleerde en leraar, vooral van studenten”.Cormack en zijn vrouw waren de ouders van een zoon, Robert, en twee dochters, Margaret en Jean. Hij woonde zijn pensionering jaren in de stad Winchester, New Hampshire, genieten van”de voorzieningen van New England, in het bijzonder zomers in de buurt, in en op Lake Winnipesaukee, New Hampshire”.Cormack stierf op 7 mei 1998 op 74-jarige leeftijd aan kanker en werd postuum onderscheiden met de Orde van Mapungubwe, Zuid-Afrika ‘ s hoogste onderscheiding in de gouden categorie.