Успех лечения во многом определяется точностью диагностики. Поэтому возможность без операции увидеть, что происходит в человеческом теле, – одно из важнейших достижений медицины. Эра медицинской визуализации началась после открытия В. К. Рентгеном особого излучения. Но рентгенограммы не позволяли исследовать структуру органов и тканей послойно. Дальнейшее развитие математики, физики и инженерии привело к созданию метода, известного сегодня как компьютерная томография.
Первые шаги истории компьютерной томографии (КТ) были сделаны Годфри Хаунсфилдом и Алланом Кормаком.
От звёзд к терниям
Аллан Маклауд Кормак появился на свет 23 февраля 1924 года. Он стал младшим из троих детей Джорджа и Амелии. Его родители переехали в ЮАР из Шотландии. Семья поселилась в Йоханнесбурге. Отец работал инженером, мама учительницей. В детстве у мальчика было много увлечений. Он играл в любительском театре, любил теннис. Но больше всего Аллану нравились астрономия, физика и математика. Он мечтал стать астрономом.
Когда мальчику исполнилось 12, его отец умер. Амелия Кормак с детьми переехала в Кейптаун. Окончив школу, Аллан поступил в Кейптаунский университет. От мечты стать астрономом он отказался по весьма прозаической причине: посчитал, что особого дохода такая специальность не принесёт. Начал изучать электротехнику, но вскоре решил, что физика интереснее, и перевёлся на физический факультет. В 1945 году Кормак стал магистром физики. На стажировку он отправился в Кембриджский университет (Великобритания).
Кавендишская лаборатория в Кембридже была райским местом для молодого исследователя. Работой стажёра руководил знаменитый физик Отто Фриш. Лекции по квантовой механике читал Поль Дирак. Аллан Кормак исследовал свойства радиоактивного гелия. Но Кембридж принёс ему не только радость научных познаний. Во время стажировки Кормак познакомился с американской студенткой Барбарой Сиви. В 1950 году Аллан и Барбара поженились. Тогда же было принято решение об отъезде в Кейптаун.
Вернувшись домой, Кормак стал преподавать студентам физику. По совместительству он работал в радиологическом отделении госпиталя Гроте-Шур. Наблюдая за радиотерапией онкобольных, физик всё чаще думал, что нужна точная информация о способности разных тканей поглощать рентгеновские лучи. Он вплотную занялся этим вопросом и вскоре понял, что эти данные имеют не только терапевтическое, но и диагностическое значение. Но как получить сведения об отдельных участках, если стандартная рентгенограмма показывает только общее поглощение лучей на пути каждого пучка? Аллан Кормак догадался делать снимки в нескольких измерениях, пропуская лучи через объект под разными углами. Полученные данные требовали скрупулёзного анализа.
Кормак взял отпуск на год и отправился в лабораторию Гарвардского университета. Там он провёл серию опытов на циклотроне, выпустил две статьи о математических основах томографии. Но предложенные Кормаком алгоритмы не подходили для практического применения. Компьютерам того времени не хватало мощности, исследование могло длиться несколько дней. Поэтому научное сообщество не заинтересовалось новым методом.
К счастью, независимо от Кормака теми же вопросами заинтересовался другой учёный.
Радиоденсивность, сэр
Годфри Ньюболд Хаунсфилд тоже был младшим ребёнком в семье и сыном инженера. Он родился в английской деревне графства Ноттингемшир 28 августа 1919 года. Разница в возрасте с двумя старшими братьями и двумя сёстрами оказалась значительной, поэтому в их играх мальчик почти не участвовал. Его это только радовало: Годфри с детства любил исследовать окружающую действительность и не терпел помех. А объектов для исследования на ферме хватало. Особенно занимала мальчика сельскохозяйственная техника. В одиннадцать лет он сам перешёл к экспериментам: сконструировал планер и пускал его с крыши сарая, делал звукозаписывающие устройства. Впоследствии учёный назвал период жизни от 11 до 18 лет самым ярким в своей жизни.
Увлечённость и нежелание отвлекаться проявились и в школе. Хаунсфилд демонстрировал глубокие знания физики и математики, но не мог справиться с общественными науками и иностранными языками. Кроме физики он любил только музыку, хорошо играл на пианино.
Годфри Хаунсфилд
В 1939 году Годфри окончил лондонский Сити-Гилд-коледж. Сразу после выпуска его призвали в Королевские воздушные силы. Во время Второй мировой Хаунсфилд служил инструктором по радарной технике и преподавал в военно-воздушной радиолокационной школе. В 1945 году он получил специальную премию за заслуги в военный период. После демобилизации молодому инженеру дали грант для учёбы в электротехническом колледже Фарадея.
В 1951 году Годфри Хаунсфилд начал работать в EMI – компании, производившей электронику для коммерческого использования. Работая над проблемой автоматической идентификации объектов, он задумался о шкале поглощения рентгеновских лучей биологическими тканями. Дальнейший путь рассуждений Хаунсфилда был похож на заключения Кормака. Но инженер смог разработать более совершенную математическую модель и приспособить для обработки данных мощный компьютер. Время исследования сократилось, качество изображений выросло.
В 1971 году в госпитале Аткинсона Морли в Уимблдоне сконструировали первый клинический компьютерный томограф. Через год кисту головного мозга впервые обнаружили с помощью КТ. Хаунсфилда назначили руководителем отдела медицинских систем в EMI.
Удалось разработать и шкалу рентгеновской плотности (радиоденсивности) тканей – шкалу единиц Хаунсфилда.
В 1976 году Хаунсфилд стал сэром Годфри – за научные заслуги Елизавета II посвятила его в командоры Ордена британской империи. На церемонии спутницей сэра Годфри была его мама: инженер не женился, потому что не хотел, чтобы семья отвлекала от любимой работы.
Признание
В 1979 году Аллан Кормак и Годфри Хаунсфилд удостоились Нобелевской премии по физиологии и медицине. Пока что это единственный случай, когда в данной номинации лауреатом стал инженер.
Аллан Кормак к моменту награждения был профессором Тафтского университета (США). Эту должность он занимал до конца жизни. Также он состоял в редколлегии «Журнала компьютерной томографии».
Хаунсфилд в 1984 году покинул EMI из-за разногласий с руководством, но продолжал научную работу. На свою часть премии он обустроил лабораторию дома.
КТ постоянно совершенствуется. Лучевая нагрузка снижается, а точность исследования растёт. Большинство используемых сейчас аппаратов относят к IV поколению.
Автор: Дарья Ушкова
Редакция рекомендует:
Нобелевский лауреат без аттестата о среднем образовании: Рентген как имя собственное
Дело, которому служишь. Спасибо, рентгенологи!
Когда КТ незаменима?
