Изобретение принадлежит эксцентричному британскому инженеру, работавшему в компании, более известной продажей альбомов Beatles
Возможность спрятать драгоценные предметы в потайных комнатах действительно может разжечь воображение. В середине 1960-х годов британский инженер Годфри Хаунсфилд задумался о том, можно ли обнаружить скрытые области в египетских пирамидах, улавливая космические лучи, проходящие через невидимые пустоты.
Он годами придерживался этой идеи, которую можно перефразировать как «заглянуть внутрь коробки, не открывая ее». В конце концов он понял, как использовать высокоэнергетические лучи, чтобы обнаружить то, что невидимо невооруженным глазом. Он изобрел способ заглянуть внутрь твердого черепа и получить изображение мягкого мозга внутри.
Первое компьютерно-томографическое изображение - компьютерная томография - человеческого мозга было сделано 50 лет назад, 1 октября 1971 года. Хаунсфилд так и не попал в Египет, но его изобретение привело его в Стокгольм. и Букингемский дворец.
Инновация инженера
Молодость Годфри Хаунсфилда не предполагала, что он вообще многого добьется. Он не был особенно хорошим учеником. В детстве учителя описывали его как «толстого».
Он присоединился к британским Королевским военно-воздушным силам в начале Второй мировой войны, но солдатом он был не очень. Однако он был волшебником с электрическими машинами, особенно с недавно изобретенным радаром, который он собирал, чтобы помочь пилотам лучше находить дорогу домой темными облачными ночами.
После войны Хаунсфилд последовал совету своего командира и получил диплом инженера. Он практиковал свою торговлю в EMI - компания стала более известна продажей альбомов Beatles, но начинала как Electric and Music Industries, уделяя особое внимание электронике и электротехнике.
Природные таланты Хаунсфилда побудили его возглавить группу по созданию самого передового универсального компьютера, доступного в Великобритании. Но к 60-м годам EMI захотела уйти с конкурентного компьютерного рынка и не знала, что делать с блестящим эксцентричным инженером.
Находясь в вынужденном отпуске, чтобы обдумать свое будущее и то, что он может сделать для компании, Хаунсфилд встретил врача, который пожаловался на плохое качество рентгеновских снимков мозга. На обычных рентгеновских снимках видны изумительные детали костей, но мозг представляет собой аморфный сгусток ткани - на рентгеновском снимке все выглядит туманом. Это заставило Хаунсфилда задуматься о своей старой идее находить скрытые структуры, не открывая коробку.
Новый подход раскрывает невидимое ранее
Хаунсфилд сформулировал новый подход к проблеме визуализации того, что находится внутри черепа.
Во-первых, он концептуально разделил бы мозг на последовательные ломтики - как буханку хлеба. Затем он планировал направить серию рентгеновских лучей через каждый слой, повторяя это для каждого градуса полукруга. Сила каждого луча будет фиксироваться на противоположной стороне мозга, причем более сильные лучи указывают на то, что они прошли через менее плотный материал.
Наконец, Хаунсфилд, пожалуй, самое гениальное изобретение, создал алгоритм для реконструкции изображения мозга на основе всех этих слоев. Работая в обратном направлении и используя один из самых быстрых новых компьютеров того времени, он смог рассчитать значение для каждой маленькой коробки каждого слоя мозга. Эврика!
Но была проблема: EMI не занималась медицинским рынком и не хотела вмешиваться. Компания разрешила Хаунсфилду работать над своим продуктом, но с ограниченным финансированием. Ему пришлось порыться в мусорном баке исследовательского центра и собрать примитивную сканирующую машину - достаточно маленькую, чтобы поместиться на обеденном столе.
Даже при успешном сканировании неодушевленных предметов, а позже и кошерных коровьих мозгов, власть имущие в EMI остались не в восторге. Хаунсфилду нужно было найти внешнее финансирование, если он хотел продолжить разработку человеческого сканера.
Хаунсфилд был блестящим, интуитивным изобретателем, но неэффективным коммуникатором. К счастью, у него был сочувствующий босс Билл Ингем, который увидел ценность предложения Хаунсфилда и изо всех сил боролся с EMI, чтобы удержать проект на плаву.
Он знал, что грантов, которые они могли бы получить быстро, не было, но рассудил, что Министерство здравоохранения и социального обеспечения Великобритании может закупить оборудование для больниц. Каким-то чудом Ингам продал им четыре сканера еще до того, как они были построены. Итак, Хаунсфилд организовал команду, и они бросились создавать безопасный и эффективный человеческий сканер.
Тем временем Хаунсфилду нужны были пациенты, чтобы опробовать его аппарат. Он нашел неохотного невролога, который согласился помочь. Команда установила полноразмерный сканер в больнице Аткинсон-Морли в Лондоне и 1 октября 1971 года просканировала своего первого пациента: женщину средних лет с признаками опухоли головного мозга.
Это был не быстрый процесс - 30 минут на сканирование, поездка по городу с магнитными лентами, 2,5 часа обработки данных на мейнфрейме EMI и захват изображения камерой Polaroid перед гонкой обратно в больницу.
И это было - в ее левой лобной доле - кистозное образование размером со сливу. При этом любой другой метод визуализации мозга устарел.
Миллионы КТ каждый год
EMI, не имевшая опыта работы на медицинском рынке, внезапно стала монополистом на машину, пользующуюся большим спросом. Компания запустила производство и поначалу очень успешно продавала сканеры. Но в течение пяти лет более крупные, более опытные компании с большим исследовательским потенциалом, такие как GE и Siemens, производили более качественные сканеры и поглощали продажи. В конечном итоге EMI ушла с медицинского рынка и стала примером того, почему лучше сотрудничать с одним из крупных игроков, чем пытаться действовать в одиночку.
Инновация Хаунсфилда изменила медицину. Он получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1979 году и был посвящен в рыцари королевой в 1981 году. Он продолжал возиться с изобретениями до своих последних дней в 2004 году, когда он умер в возрасте 84 лет.
В 1973 году американец Роберт Ледли разработал сканер всего тела, который мог отображать другие органы, кровеносные сосуды и, конечно же, кости. Современные сканеры работают быстрее, обеспечивают лучшее разрешение и, самое главное, делают это с меньшим радиационным облучением. Есть даже мобильные сканеры.
К 2020 году технические специалисты в США ежегодно выполняли более 80 миллионов сканирований. Некоторые врачи утверждают, что это число чрезмерно и, возможно, треть из них не нужны. Хотя это может быть правдой, компьютерная томография принесла пользу здоровью многих пациентов во всем мире, помогая выявлять опухоли и определять необходимость хирургического вмешательства. Они особенно полезны для быстрого поиска внутренних повреждений после несчастных случаев в отделении неотложной помощи.
А помните идею Хаунсфилда о пирамидах? В 1970 году ученые разместили детекторы космических лучей в самой нижней камере пирамиды Хефрена. Они пришли к выводу, что в пирамиде не было скрытой камеры. В 2017 году другая команда разместила детекторы космических лучей в Великой пирамиде Гизы и обнаружила скрытую, но недоступную камеру. Маловероятно, что он будет исследован в ближайшее время.
Эдмунд С. Хиггинс - доцент кафедры психиатрии и семейной медицины Медицинского университета Южной Каролины.