Allan MacLeod Cormack (1924-1998): Odkrywca komputerowej tomografii osiowej

nie jest przesadą powiedzieć, że to, co (Godfrey) Hounsfield i ja wiemy o medycynie i fizjologii, można by napisać na małym formularzu recepty.

– Allan Cormack, w swoim przemówieniu Nobla

z czasów historycznych, ludzkie zmysły, takie jak dotyk, węch i wzrok, służyły jako podstawowe narzędzia lekarskie w diagnostyce fizycznej. Ewolucja medycyny, w prawdziwym sensie, oznaczała ewolucyjne udoskonalenie tych zmysłów, takie jak wzmocnienie słuchu za pomocą stetoskopu lub ultrasonografii. Wśród przedmiotów, które udoskonaliliśmy, dominuje augmentacja wizualna, która pozwala nam widzieć rzeczy, które zwykle są ukryte przed widokiem. Aby spojrzeć poza skórę, wczesni wiwisekcjoniści, których kulminacją był dr Andreas Vesalius w XVI wieku, odważnie podjęli się sekcji, aby zbadać składniki ludzkiego ciała. W dzisiejszych czasach studenci badają lokalizację i strukturę tkanek i narządów na pierwszych zajęciach anatomii, a następnie analizują próbki chirurgiczne i autopsje na zajęciach patologicznych.

odkrycie promieni rentgenowskich Wilhelma Roentgena w 1895 roku, za które otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny w 1901 roku, stanowiło przełom w przezwyciężeniu powierzchowności wzroku i pozwoliło lekarzowi dosłownie zobaczyć „wnętrze” żywego pacjenta. Ten pionierski cud diagnostyki od tego czasu utrzymuje swoją poważaną pozycję, pomimo niemożności pokazania struktur wewnętrznych w trzech wymiarach, zwłaszcza tkanek miękkich. Na przykład lekarz może zobaczyć zarysy guza lub zniekształcony staw kulkowy szkieletu, ale niemożność obejrzenia struktury w trzech wymiarach ogranicza pełne uznanie patologii.

człowiek z rozwiązaniem

Skomputeryzowana tomografia osiowa (CAT), wszechobecna tomografia komputerowa (CT), była przełomowym odkryciem, które pozwoliło lekarzom zobaczyć wnętrze ludzkiego ciała w trzech wymiarach bez użycia inwazyjnych środków. Człowiek z rozwiązaniem był Allan MacLeod Cormack, fizyk nie posiadający ani doktora filozofii, ani doktora medycyny, który zasłużenie podzielił się Nagrodą Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny w 1979 roku za odkrycie tomografii komputerowej. Cormack urodził się 23 lutego 1924 roku w Johannesburgu w Republice Południowej Afryki jako syn szkockiej matki Amelii MacLeod i ojca George ’ a Cormacka. Jego matka była nauczycielką, a ojciec inżynierem, i wyemigrowali do Rpa tuż przed I wojną światową. ostatecznie osiedlili się w Kapsztadzie, gdzie Cormack uczęszczał do Rondebosch Boys’ High School i pokazał wczesne obietnice w tenisie, debacie i astronomii. Wolny czas spędzał na wspinaczce w pasmach Prowincji Przylądkowej Zachodniej lub w Górach Stołowych na swoim podwórku. W astronomii mówi się, że pożarł popularne dzieła Sir Arthura Eddingtona i Sir Jamesa Jeansa, brytyjskich astrofizyków. W swojej autobiografii przypisuje tym autorom zamiłowanie do matematyki i fizyki. Musieli być inspiracją, która pobudziła jego karierę w fizyce i późniejsze odkrycie tomografii komputerowej.

po ukończeniu szkoły średniej, Cormack uczęszczał na University of Cape Town. Podobnie jak jego ojciec i brat, kontynuował studia w dziedzinie elektrotechniki, ale po kilku latach przeszedł na fizykę, uzyskując tytuł Bachelor of Science w 1944 roku, a tytuł Master of Science ze specjalizacją w krystalografii w następnym roku. Następnie Cormack przeniósł się do Cavendish Laboratory w St John ’ s College w Cambridge, w Wielkiej Brytanii, jako student badawczy, pracując pod kierunkiem profesora Otto Frischa w latach 1947-1949. Tam poznał Amerykankę, jego przyszłą żonę Barbarę Seavey, rzekomo podczas jednego z wykładów Noblisty Paula Diraca na temat mechaniki kwantowej. Zaproponował małżeństwo, ale był spłukany, więc powrót na Wydział Fizyki w Kapsztadzie był konieczny, aby zapewnić sobie zarówno pracę, jak i narzeczoną. Jednak wiązało się to z poświęceniem, ponieważ jego nowej pozycji brakowało cyklotronu do pracy badawczej. Jego pobyt na Uniwersytecie w Kapsztadzie w latach 1950-1956 był raczej samotny, ponieważ w RPA W tym czasie było bardzo niewielu fizyków jądrowych, a najbliższy był oddalony o ponad 900 km. Mimo to był produktywny, a jego uczniowie, zwłaszcza studenci, byli inspirowani jego wykładami.

od fizyki do radiologii

na początku 1956 roku Cormack pracował jako fizyk medyczny na Wydziale radiologii w Groote Schuur Hospital w Kapsztadzie, głównym szpitalu akademickim Szkoły Medycznej Uniwersytetu Południowej Afryki. Później stał się znany z pierwszego przeszczepu ludzkiego serca, wykonanego tam przez dr Christiaana Barnarda. Cormack, jedyny z wyszkolonych fizyków jądrowych, nadzorował stosowanie radioizotopów, a także kalibrację plakietek filmowych służących do monitorowania narażenia pracowników szpitali na promieniowanie. Był także świadkiem wykorzystania promieniowania w diagnostyce i leczeniu nowotworów. Podczas gdy głównym zainteresowaniem Cormacka była fizyka cząstek elementarnych, zafascynował się technologią obrazowania i jej wadami i rozpoczął serię eksperymentów w kierunku skonstruowania radiologicznego przekrojowego widoku układów biologicznych. Zaowocowało to dwoma podstawowymi pracami naukowymi opublikowanymi oddzielnie w latach 1963-1964 w czasopiśmie Journal of Applied Physics, które stanowiły fundamentalne podstawy teoretyczne dla tomografii komputerowej. Niestety, nie wzbudziły One wówczas niemal żadnego zainteresowania ze strony środowiska naukowego, pomimo możliwości ujawnienia wcześniej niewidocznych lub ledwo widocznych przekrojów ciała in vivo.

praca Cormacka została przerwana przez urlop naukowy na Uniwersytecie Harvarda w Cambridge w stanie Massachusetts w Stanach Zjednoczonych w latach 1956-1957. W swojej autobiografii napisał, że ponieważ jego żona przybyła z nim do dziczy Afryki, rozsądne było tylko, że powinien udać się z nią do dziczy Ameryki na swój pierwszy urlop naukowy. Również Harvard miał laboratorium cyklotronowe, które było używane prawie wyłącznie do badań fizyki przed 1961. Allan dołączył do Wydziału Tufts University w Bostonie jako adiunkt, a w 1966 roku został naturalizowanym obywatelem Stanów Zjednoczonych. Jego główne zainteresowania wydziałowe dotyczyły badań i nauczania fizyki jądrowej i cząstek elementarnych. W latach 1956-1964 prowadził większość badań nad rozwojem kota w swoim czasie, ale jego studia stały się nieaktywne z powodu braku zainteresowania jego pracą przez kolegów. Jednak w latach 1970-1972 zainteresowanie technikami obrazowania wzrosło, a jego entuzjazm ponownie się rozbudził. Jego punktem kulminacyjnym było odkrycie tomografii komputerowej oraz zdobycie i podzielenie się Nagrodą Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii z Sir Godfreyem Newboldem Hounsfieldem, który wynalazł skalę ilościową opisującą radiodensity.

skan CAT

CT wykorzystuje seryjne nagrania przekrojowych obrazów radiograficznych do produkcji kompozytów przetwarzanych komputerowo skanowanego obiektu. Cyfrowa obróbka geometrii jest następnie wykorzystywana do dalszego generowania trójwymiarowej objętości wnętrza obiektu. Termin CT jest często używany w odniesieniu do rentgenowskiego CT, ponieważ jest to najczęściej znana forma. Istnieją jednak inne rodzaje tomografii komputerowej, takie jak obrazowanie Pet (pozytonowa tomografia emisyjna) i SPECT (jednofotonowa tomografia emisyjna). W 2015 r.w Stanach Zjednoczonych wykonano ponad 80 milionów zabiegów CT, a obawy związane z nowotworami złośliwymi wynikającymi z ekspozycji na promieniowanie CT pozostają niepotwierdzone. Chociaż najczęściej stosowany w medycynie, CT jest również stosowany w dziedzinach niemedycznych, takich jak badania materiałów i obrazowania zawartości okazów archeologicznych, sarkofagi lub ceramiki.

inne wyróżnienia i nagrody

w Tufts, Cormack awansował po drabinie akademickiej na wydziale fizyki, aby zostać associate, a następnie profesorem zwyczajnym. Pomimo braku doktoratu, jego awanse i ewentualne przewodnictwo w katedrze świadczyły o jego niezwykłych odkryciach badawczych. W 1978 otrzymał od Tufts medal Hosea Ballou za Wybitną Służbę oraz Złoty Medal Zasługi Uniwersytetu Kapsztadzkiego. Był członkiem National Academy of Sciences, członkiem American Physical Society oraz członkiem American Academy of Arts and Sciences. Po przejściu na emeryturę w 1980 roku, Tufts przyznał mu doktorat honoris causa i nadał mu najwyższą rangę zawodową, profesurę uniwersytecką. W 1990 roku Prezydent Stanów Zjednoczonych George Bush przyznał mu National Medal of Science w dziedzinie nauk fizycznych „za pracę naukową, w tym rozwój komputerowej tomografii wspomaganej; oraz jako uczony i nauczyciel, zwłaszcza studentów”.

Cormack i jego żona byli rodzicami syna, Roberta, i dwóch córek, Margaret i Jean. Spędził swoje lata emerytalne w mieście Winchester, New Hampshire, ciesząc się „udogodnieniami Nowej Anglii, szczególnie latem w pobliżu, W i nad jeziorem Winnipesaukee, New Hampshire”.

Cormack zmarł na raka 7 maja 1998 roku w wieku 74 lat i został pośmiertnie odznaczony Orderem Mapungubwe, najwyższym odznaczeniem Republiki Południowej Afryki, w kategorii złotej.