Машина, созданная для изображения человеческого мозга, принесла Нобелевскую премию.
Вдохновением для создания компьютерной томографии (КТ) послужил случайный разговор инженера-исследователя Годфри Хаунсфилда с врачом во время отпуска в 1960-х годах. Врач жаловался, что рентгеновские снимки головного мозга были слишком зернистыми и двухмерными.
Хаунсфилд работал в электротехнической и музыкальной промышленности в Хейсе, Англия. Компания EMI , наиболее известная производством и продажей пластинок Beatles , также разработала электронное оборудование.
Когда Хаунсфилд вернулся к работе после этого отпуска, он предложил своему руководителю проект по разработке машины, которая могла бы создавать трехмерные изображения мозга. Машина будет проецировать узкие пучки рентгеновских лучей через голову человека, а компьютер будет использовать полученные данные для построения серии поперечных сечений, которые вместе будут представлять мозг в 3D.
Хаунсфилд работал с нейрорадиологами над созданием аппарата, и в 1971 году они произвели первую компьютерную томографию человеческого мозга. Компьютерная томография теперь используется для точного определения местоположения сгустков крови, опухолей и переломов костей.Сканер Хаунсфилда был отмечен знаком IEEE Milestone во время церемонии, состоявшейся 26 октября на старой виниловой фабрике EMI в Хейсе, Англия, где была разработана эта технология. Спонсором номинации выступила секция Соединенного Королевства и Ирландии IEEE .
Продажа альбомов Beatles и разработка медицинского оборудования
После того, как в 1896 году был изобретен рентгеновский аппарат, он быстро стал стандартным оборудованием в больницах. Аппараты дают отличные изображения костей, потому что их плотная структура хорошо поглощает рентгеновские лучи. Из-за поглощения кости на пленке выглядят белыми. Но мягкие ткани, такие как мозг, выглядели затуманенными, потому что излучение проходило через них.
Пока Хаунсфилд служил в Королевских ВВС , он изучил основы электроники и радаров. В 1951 году он присоединился к EMI, где разрабатывал системы управляемого вооружения и радар. Его интерес к компьютерам рос, и в 1958 году он участвовал в разработке Eidec 1100 — первого коммерчески доступного полностью транзисторного компьютера, сделанного в Великобритании.
После этого проекта руководитель Хаунсфилда предупредил его, что его работа будет под угрозой, если он не предложит еще одну хорошую идею.
Хаунсфилд вспомнил разговор с доктором об ограничениях рентгеновских изображений, а затем предложил проект, который должен был стать компьютерным томографом.
EMI не разрабатывала и не производила медицинское оборудование и не была заинтересована в этом направлении бизнеса, но руководитель Хаунсфилда поверил в его идею и одобрил ее. Компания не могла полностью профинансировать проект, поэтому Хаунсфилд подал заявку и получил грант в размере около 40 000 долларов США (примерно 300 000 долларов США по данным на 2022 год) от Министерства здравоохранения и социального обеспечения Великобритании .
Компьютерный томограф мозга коровы и человека
Хаунсфилд работал с нейрорадиологами Джеймсом Амброузом и Луи Крилом над созданием первого прототипа. Он был достаточно мал, чтобы сидеть на столе. Они протестировали машину на маленьких свиньях, и после успешного получения изображений их мозга трое мужчин построили полноразмерный сканер.
Компьютерный томограф был впервые испытан на человеческом мозге, законсервированном в формалине. Но мозги не были идеальными, потому что химическое вещество так сильно укрепило их ткани, что они больше не походили на нормальное мозговое вещество, как описано в статье о сканере вЕврейские новости Северной Калифорнии . Поскольку сканер предназначался для использования на живых пациентах, Хаунсфилд и его команда искали мозг, похожий на человеческий.
Они закупили свежие коровьи мозги, но их нельзя было использовать, потому что перед забоем животных оглушали электрическим током. Процедура привела к тому, что мозг наполнился кровью, и жидкость мешала рентгенологам видеть структуру органа.
Эмброуз, который был наполовину евреем, предложил использовать кошерные коровьи мозги, потому что вместо оглушения у животных была прорезана яремная щель. В ходе этого процесса кровь оттекала от черепа, что позволяло делать четкие компьютерные томограммы головного мозга.
После нескольких успешных испытаний машина была готова к испытанию на человеке. Сканер был установлен в 1971 году в больнице Аткинсон Морли , в Лондоне, где работал Эмброуз. Первым пациентом была женщина, у которой были признаки опухоли головного мозга.
Она лежала на столе, когда рентгеновские лучи прошли через ее череп из единственного места над ее головой. Лучи прошли сквозь нее и попали в кристаллический детектор, расположенный на платформе под ее головой. И источник рентгеновского излучения, и детектор перемещались вокруг нее с шагом в 1 градус, пока не повернулись на 180 градусов, при этом каждое устройство оказывалось в начальной точке другого.Это позволило сканеру изобразить мозг отдельными слоями. Согласно статье о сканере на веб-сайте Siemens MedMuseum , Хаунсфилд описал это как «пропускание мозга через нож для нарезки бекона» .
Детектор регистрировал рентгеновские сигналы и отправлял данные на компьютер. Компьютер построил изображение мозга, используя метод алгебраической реконструкции физика Аллана Маклеода Кормака . Техника создавала изображение путем заполнения матрицы, каждый квадрат которой соответствовал части исследуемого органа, согласно пресс- релизу Nobel о сканере. Поскольку кристаллический детектор был в 100 раз более чувствительным, чем рентгеновская пленка, разрешение по плотности было намного выше, что делало результирующее изображение более четким. Кормак разделил Нобелевскую премию 1979 года с Хаунсфилдом.
Сканирование заняло 30 минут, а компьютерное построение изображения заняло еще два часа. Изображение показало кистозную массу размером со сливу в левой лобной доле пациента.
EMI начала производство компьютерных томографов и успешно продала их больницам. Но в течение пяти лет General Electric , Siemens и другие компании начали производить более совершенные сканеры всего тела. В конце концов EMI прекратила выпуск своих сканеров, потому что не могла конкурировать с другими производителями.
Управляемая Историческим центром IEEE и поддерживаемая донорами , программа Milestone признает выдающиеся технические разработки по всему миру.
Табличка Milestone на компьютерном томографе, которая висит на внешней стене Старой виниловой фабрики, гласит:
1 октября 1971 года группа исследовательских лабораторий EMI, расположенных на этом участке, сделала изображение мозга пациента с помощью первого в мире клинического рентгеновского компьютерного томографа, основанного на запатентованных изобретениях Годфри Хаунсфилда. Практическая реализация рентгеновских изображений высокого разрешения внутренних структур организма человека положила начало новой эре в клинической медицине.