Allan MacLeod Cormack (1924-1998): descoperitor de tomografie axială computerizată

nu este o exagerare să spunem că ceea ce (Godfrey) Hounsfield și cu mine știm despre medicină și fiziologie ar putea fi scris pe un mic formular de prescripție.

– Allan Cormack, în discursul său Nobel

din timpuri istorice, simțurile umane precum atingerea, mirosul și vederea au servit ca instrumente principale ale medicului în diagnosticul fizic. Evoluția medicinei, într-un sens real, a însemnat rafinarea evolutivă a acestor simțuri, cum ar fi îmbunătățirea auzului cu stetoscopul sau ultrasonografia. Preeminent printre elementele pe care le-am rafinat este augmentarea vizuală pentru a ne permite să vedem lucruri care sunt în mod normal ascunse vederii. Pentru a privi dincolo de piele, vivisecționiștii timpurii, culminând cu Dr. Andreas Vesalius în secolul al 16-lea, au luat disecții îndrăznețe pentru a studia componentele corpului uman. În prezent, medicii studenți studiază locația și structura țesuturilor și organelor în clasele de anatomie a bobocilor, apoi continuă să analizeze specimene chirurgicale și autopsii în clasele de patologie.

descoperirea razelor X de către Wilhelm Roentgen în 1895, pentru care a câștigat Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în 1901, a oferit descoperirea pentru depășirea superficialității vederii și a permis medicului să vadă literalmente interiorul unui pacient viu. Această minune diagnostică de pionierat și-a păstrat poziția venerată de atunci, în ciuda incapacității sale de a arăta structuri interne în trei dimensiuni, în special a țesuturilor moi. De exemplu, un medic poate vedea contururile unei tumori sau articulația sferică distorsionată a scheletului, dar incapacitatea de a vedea structura în trei dimensiuni limitează aprecierea deplină a patologiei.

omul cu soluția

tomografie axială computerizată (CAT), omniprezenta tomografie computerizată (CT), a fost o descoperire de referință care a permis clinicienilor să vizualizeze interiorul corpului uman în trei dimensiuni fără a utiliza mijloace invazive. Omul cu soluția a fost Allan MacLeod Cormack, un fizician cu nici un Doctor în filosofie, nici Doctor în medicină, care a împărtășit în mod meritat premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină din 1979 pentru descoperirea CT. Cormack s-a născut în Johannesburg, Africa de sud, la 23 februarie 1924, la o mamă scoțiană, Amelia MacLeod, și tată, George Cormack. Mama lui era profesoară, iar tatăl său inginer, iar ei imigraseră în Africa de sud chiar înainte de Primul Război Mondial.În cele din urmă s-au stabilit în Cape Town, unde Cormack a urmat Liceul de băieți Rondebosch și a arătat promisiuni timpurii în tenis, dezbateri și astronomie. Timpul său liber a fost petrecut alpinism în lanțurile provinciei Western Cape sau Table Mountain în curtea din spate. În astronomie, se spune că a devorat lucrările populare ale lui Sir Arthur Eddington și Sir James Jeans, astrofizicieni britanici. În autobiografia sa, el își atribuie dragostea pentru matematică și fizică acestor autori. Trebuie să fi fost inspirația care i-a stimulat cariera în fizică și descoperirea ulterioară a CT.

după terminarea liceului, Cormack a participat la Universitatea din Cape Town. La fel ca tatăl și fratele său, a urmat studii în inginerie electrică, dar a trecut la fizică după câțiva ani, finalizându-și licența în științe în 1944 și Masterul în științe cu specializare în cristalografie în anul următor. Cormack s-a mutat apoi la laboratorul Cavendish la St John ‘ s College, Cambridge, Regatul Unit, ca student de cercetare, lucrând sub profesorul Otto Frisch din 1947 până în 1949. Acolo, a întâlnit o femeie americană, viitoarea sa soție Barbara Seavey, se presupune că în timpul uneia dintre prelegerile fizicianului Nobel Paul Dirac despre mecanica cuantică. El a cerut căsătoria, dar a fost rupt, așa că mutarea înapoi la Departamentul de Fizică din Cape Town a fost necesară pentru a-și asigura atât un loc de muncă, cât și o mireasă. Cu toate acestea, acest lucru a venit cu un sacrificiu, deoarece noua sa poziție nu avea un ciclotron pentru munca sa de cercetare. Stagiul său la Universitatea din Cape Town din 1950 până în 1956 a fost unul destul de singuratic, deoarece erau foarte puțini fizicieni nucleari în Africa de sud la acea vreme, cel mai apropiat fiind la mai mult de 900 km distanță. Totuși, el a fost productiv, iar studenții săi, în special studenții, au fost inspirați de prelegerile sale.

de la fizică la radiologie

la începutul anului 1956, Cormack a servit ca fizician medical rezident în departamentul de radiologie de la Spitalul Groote Schuur din Cape Town, Spitalul academic șef al școlii Medicale a Universității din Africa de Sud. Ulterior a devenit faimos pentru primul transplant de inimă umană, efectuat acolo de Dr. Christiaan Barnard. Cormack, singurul fizician nuclear instruit disponibil, a supravegheat utilizarea radioizotopilor, precum și calibrarea ecusoanelor de film utilizate pentru a monitoriza expunerea lucrătorilor din spital la radiații. De asemenea, el a asistat la modul în care radiațiile au fost utilizate în diagnosticul și tratamentul cancerului. În timp ce interesul principal al lui Cormack era fizica particulelor, el a devenit fascinat de tehnologia imagistică și de deficiențele acesteia și a început o serie de experimente pentru construirea unei viziuni radiologice în secțiune transversală a sistemelor biologice. Acest lucru a dus la două lucrări științifice de bază publicate separat între 1963 și 1964 în Journal of Applied Physics, care au constituit baza teoretică fundamentală pentru scanarea CT. Din păcate, nu au generat aproape niciun interes din partea comunității științifice la acea vreme, în ciuda potențialului de a dezvălui secțiuni transversale anterior nevăzute sau abia vizibile ale corpului in vivo.

munca lui Cormack a fost întreruptă de un Sabat la Universitatea Harvard, Cambridge, Massachusetts, Statele Unite, în 1956-1957. În autobiografia sa, el a scris că, întrucât soția sa venise cu el în sălbăticia Africii, era rezonabil să meargă cu ea în sălbăticia Americii în primul său Sabat. De asemenea, Harvard avea un laborator de ciclotron, care fusese folosit aproape exclusiv pentru cercetarea fizicii înainte de 1961. Allan s-a alăturat Facultății de Universitatea Tufts din Boston ca profesor asistent și în 1966 a devenit cetățean naturalizat al Statelor Unite. Principalele sale interese departamentale au fost în studiul și predarea fizicii nucleare și a particulelor. Între 1956 și 1964, a efectuat cea mai mare parte a cercetărilor sale privind dezvoltarea CAT în timpul său, dar studiile sale au devenit inactive din cauza lipsei de interes a colegilor săi pentru munca sa. Cu toate acestea, în perioada 1970-1972, interesul pentru tehnicile imagistice a crescut, iar entuziasmul său a fost reaprins. A culminat cu descoperirea CT și eventuala câștigare și împărtășire a Premiului Nobel pentru Medicină/fiziologie cu Sir Godfrey Newbold Hounsfield, care a inventat o scară cantitativă pentru descrierea radiodensității.

CAT SCAN

CT utilizează înregistrări seriale ale imaginilor radiografice în secțiune transversală pentru a produce compozite prelucrate de computer ale unui obiect scanat. Prelucrarea geometriei digitale este apoi utilizată pentru a genera în continuare un volum tridimensional al interiorului obiectului. Termenul CT este adesea folosit pentru a se referi la CT cu raze X, deoarece este cea mai cunoscută formă. Dar există și alte tipuri de CT, cum ar fi PET (tomografie cu emisie de pozitroni) și SPECT (tomografie computerizată cu emisie de un singur foton). În 2015, Mai mult de 80 de milioane de proceduri CT au fost efectuate în Statele Unite, iar preocupările legate de malignități care decurg din expunerea la radiații CT rămân neconfirmate. Deși cel mai frecvent utilizat în medicină, CT este utilizat și în domenii non-medicale, cum ar fi pentru testarea materialelor și imagistica conținutului specimenelor arheologice, sarcofagelor sau ceramicii.

alte onoruri și premii

la Tufts, Cormack a progresat pe scara academică la Departamentul de fizică pentru a deveni asociat și apoi profesor titular. În ciuda faptului că nu avea un doctorat, promovările sale și eventuala președinție a departamentului au mărturisit descoperirile sale remarcabile de cercetare. A primit Medalia Hosea Ballou pentru serviciul distins de la Tufts în 1978 și Medalia de aur a meritului de la Universitatea din Cape Town. A fost membru al Academiei Naționale de științe, membru al American Physical Society și membru al Academiei Americane de Arte și științe. Când s-a retras în 1980, Tufts i-a acordat un doctorat onorific și i-a acordat cel mai înalt rang profesional, profesor universitar. În 1990, președintele Statelor Unite George Bush i-a acordat Medalia Națională a științei în științele fizice „pentru munca sa științifică, inclusiv dezvoltarea tomografiei asistate de calculator; și ca savant și profesor, în special al studenților”.

Cormack și soția sa au fost părinții unui fiu, Robert, și a două fiice, Margaret și Jean. Și-a trăit anii de pensionare în orașul Winchester, New Hampshire, bucurându-se de „facilitățile din New England, în special verile din apropiere, în și pe Lacul Winnipesaukee, New Hampshire”.

Cormack a murit de cancer la 7 mai 1998, la vârsta de 74 de ani, și a fost decorat postum cu Ordinul Mapungubwe, cea mai înaltă onoare din Africa de sud, la categoria aur.