Allan MacLeod Cormack (1924-1998): upptäckare av datoriserad axiell tomografi

det är inte mycket av en överdrift att säga att vad (Godfrey) Hounsfield och jag vet om medicin och fysiologi kan skrivas på ett litet receptformulär.

– Allan Cormack, i sitt Nobel-tal

från historisk tid har mänskliga sinnen som beröring, lukt och syn fungerat som läkarens primära verktyg vid fysisk diagnos. Evolution av medicin, i verklig mening, har inneburit den evolutionära förfiningen av dessa sinnen, såsom att förbättra hörseln med stetoskopet eller ultraljudet. Framträdande bland de objekt som vi har förfinat är visuell förstärkning för att göra det möjligt för oss att se saker som normalt är dolda. Att peer bortom huden, tidiga vivisektionister, kulminerade i Dr Andreas Vesalius på 16-talet, tog till djärva dissektioner för att studera mänskliga kroppskomponenter. I dag studerar studentläkare platsen och strukturen hos vävnader och organ i nybörjaranatomiklasser och fortsätter sedan med att analysera kirurgiska prover och obduktioner i patologiklasser.

Wilhelm Roentgens upptäckt av röntgenstrålar 1895, för vilken han vann Nobelpriset i fysiologi eller medicin 1901, gav genombrottet för att övervinna synets ytlighet och gjorde det möjligt för läkaren att bokstavligen se insidan av en levande patient. Detta banbrytande diagnostiska underverk har haft sin vördade position sedan dess, trots dess oförmåga att visa interna strukturer i tre dimensioner, särskilt av mjuka vävnader. Till exempel kan en läkare se konturerna av en tumör eller skelettets förvrängda kulled, men oförmågan att se strukturen i tre dimensioner begränsar den fulla uppskattningen av patologi.

mannen med lösningen

datoriserad axiell tomografi (CAT), den allestädes närvarande CAT-eller datortomografi (CT) – skanningen, var en milstolpe upptäckt som gjorde det möjligt för kliniker att se det inre av människokroppen i tre dimensioner utan att använda invasiva medel. Mannen med lösningen var Allan MacLeod Cormack, en fysiker med varken filosofie doktor eller doktor i medicin, som förtjänat delade Nobelpriset 1979 för fysiologi eller medicin för sin upptäckt av CT. Cormack föddes i Johannesburg, Sydafrika, den 23 februari 1924, till en skotsk mor, Amelia MacLeod, och far, George Cormack. Hans mor var lärare och hans far ingenjör, och de hade invandrat till Sydafrika strax före första världskriget. Hans fritid spenderades bergsklättring i Västra Kapprovinsen eller Taffelberget i hans bakgård. I astronomi sägs han ha slukat de populära verken av Sir Arthur Eddington och Sir James Jeans, Brittiska astrofysiker. I sin självbiografi krediterar han sin förkärlek för matematik och fysik till dessa författare. De måste ha varit inspirationen som sporrade hans karriär inom fysik och hans efterföljande upptäckt av CT.

efter avslutad Gymnasium deltog Cormack i University of Cape Town. Liksom sin far och bror fortsatte han studier i elektroteknik men bytte till fysik efter ett par år och avslutade sin kandidatexamen 1944 och sin magisterexamen med specialisering i kristallografi året därpå. Cormack flyttade sedan till Cavendish Laboratory vid St John ’ s College, Cambridge, Storbritannien, som forskarstudent och arbetade under Professor Otto Frisch från 1947 till 1949. Där träffade han en amerikansk kvinna, hans framtida fru Barbara Seavey, påstås under en av Nobelfysikern Paul Diracs föreläsningar om kvantmekanik. Han föreslog äktenskap men var pank, så att flytta tillbaka till fysikavdelningen i Kapstaden var nödvändigt för att säkra sig både ett jobb och en brud. Detta kom dock med ett offer, eftersom hans nya position saknade en cyklotron för sitt forskningsarbete. Hans tid vid University of Cape Town från 1950 till 1956 var ganska ensam, eftersom det fanns väldigt få kärnfysiker i Sydafrika vid den tiden, den närmaste var mer än 900 km bort. Ändå var han produktiv, och hans elever, särskilt studenterna, inspirerades av hans föreläsningar.

från fysik till radiologi

i början av 1956 fungerade Cormack som bosatt medicinsk fysiker i radiologiska avdelningen vid Kapstadens Groote Schuur Hospital, det främsta Akademiska sjukhuset vid University of South Africa ’ s medical school. Det blev senare känt för den första mänskliga hjärttransplantationen, utförd där av Dr Christiaan Barnard. Cormack, den enda tillgängliga utbildade kärnfysikern, övervakade användningen av radioisotoper samt kalibrering av filmmärken som används för att övervaka sjukhusarbetarnas exponering för strålning. Han bevittnade också hur strålning användes vid diagnos och behandling av cancer. Medan Cormacks främsta intresse var partikelfysik blev han fascinerad av bildteknik och dess brister och började en serie experiment mot att konstruera en radiologisk tvärsnittsvy av biologiska system. Detta resulterade i två grundläggande vetenskapliga artiklar publicerade separat mellan 1963 och 1964 i Journal of Applied Physics, som bildade den grundläggande teoretiska grunden för CT-skanning. Tyvärr genererade de nästan inget intresse från det vetenskapliga samfundet vid den tiden trots potentialen att avslöja tidigare osynliga eller bara knappt synliga tvärsnitt av kroppen in vivo.

Cormacks arbete avbröts av ett sabbatsår vid Harvard University, Cambridge, Massachusetts, Usa, 1956-1957. I sin självbiografi skrev han att när hans fru hade kommit till Afrikas vildmark med honom var det bara rimligt att han skulle gå till vildmarken i Amerika med henne på sin första sabbatsår. Harvard hade också ett cyklotronlaboratorium, som nästan uteslutande hade använts för fysikforskning före 1961. Allan gick med i fakulteten för Tufts University i Boston som biträdande professor och 1966 blev en naturaliserad medborgare i USA. Hans huvudsakliga avdelningsintressen var i studier och undervisning i kärn-och partikelfysik. Mellan 1956 och 1964 genomförde han det mesta av sin forskning om utvecklingen av CAT på sin egen tid, men hans studier blev inaktiva på grund av hans kollegors bristande intresse för hans arbete. Men under perioden 1970-1972 ökade intresset för Bildtekniker och hans entusiasm återupplivades. Det kulminerade i hans upptäckt av CT och slutligen vinna och dela medicin/fysiologi Nobelpriset med Sir Godfrey Newbold Hounsfield, som uppfann en kvantitativ skala för att beskriva radiodensitet.

CAT-skanning

CT använder seriella inspelningar av tvärsnittsradiografiska bilder för att producera datorbehandlade kompositer av ett skannat objekt. Digital geometri bearbetning används sedan för att ytterligare generera en tredimensionell volym av insidan av objektet. Termen CT används ofta för att hänvisa till röntgen CT, eftersom det är den mest kända formen. Men andra typer av CT finns, såsom PET (positron emission tomography) och SPECT (single-photon emission computed tomography) avbildning. År 2015 utfördes mer än 80 miljoner CT-procedurer i USA, och oro för maligniteter som härrör från CT-strålningsexponering förblir obekräftade. Även om det oftast används inom medicin, CT används också inom icke-medicinska områden som för materialprovning och avbildning av innehållet i arkeologiska prover, sarkofager eller keramik.

andra utmärkelser och utmärkelser

vid Tufts gick Cormack upp på den akademiska stegen vid fysikavdelningen för att bli associerad och sedan professor. Trots att han inte hade doktorsexamen, hans kampanjer och eventuella ordförandeskap för avdelningen vittnar om hans anmärkningsvärda forskningsupptäckter. Han fick Hosea Ballou-medalj för Distinguished Service från Tufts 1978 och guldmedalj av meriter från University of Cape Town. Han var medlem i National Academy of Sciences, en kollega i American Physical Society och en medlem av American Academy of Arts and Sciences. När han gick i pension 1980 tilldelade Tufts honom en hedersdoktor och gav honom sin högsta professionella rang, universitetsprofessor. 1990, USA: s President George Bush tilldelade honom National Medal of Science in the physical sciences ”för hans vetenskapliga arbete inklusive utveckling av datorassisterad tomografi; och som forskare och lärare, särskilt för studenter”.

Cormack och hans fru var föräldrar till en son, Robert, och två döttrar, Margaret och Jean. Han levde ut sina pensionsår i staden Winchester, New Hampshire, njuter av ”bekvämligheterna i New England, särskilt somrar nära, i och vid sjön Winnipesaukee, New Hampshire”.

Cormack dog av cancer den 7 maj 1998, vid 74 års ålder, och tilldelades postumt Mapungubwe-ordningen, Sydafrikas högsta ära, i guldkategorin.