Wetenschap
De eerste CT-scan was 50 jaar geleden,
EMI-ingenieur Godfrey Hounsfield staat in 1972 naast zijn CT-scanner. PA Images via Getty Images De mogelijkheid dat kostbare voorwerpen verborgen zijn in geheime kamers kan echt tot de verbeelding spreken. Halverwege de jaren zestig, De Britse ingenieur Godfrey Hounsfield vroeg zich af of men verborgen gebieden in Egyptische piramiden kon detecteren door kosmische straling op te vangen die door onzichtbare holtes ging.
Dit idee hield hij jarenlang vast, wat kan worden geparafraseerd als "in een doos kijken zonder hem te openen". Uiteindelijk bedacht Hounsfield hoe hij energierijke stralen kon gebruiken om te onthullen wat onzichtbaar is voor het blote oog. Hij vond een manier uit om in de harde schedel te kijken en een beeld te krijgen van de zachte hersenen erin.
Het eerste computertomografiebeeld - een CT-scan - van het menselijk brein werd 50 jaar geleden gemaakt, op 1 oktober 1971. Hounsfield heeft Egypte nooit bereikt, maar zijn uitvinding bracht hem wel naar Stockholm en Buckingham Palace.
De innovatie van een ingenieur
Het vroege leven van Godfrey Hounsfield suggereerde niet dat hij veel zou bereiken. Hij was geen bijzonder goede leerling. Als jonge jongen beschreven zijn leraren hem als 'dik'.
Hij trad aan het begin van de Tweede Wereldoorlog in dienst bij de Britse Royal Air Force, maar hij was niet zo'n soldaat. Hij was, echter, een tovenaar met elektrische machines - vooral de nieuw uitgevonden radar die hij zou jury-riggen om piloten te helpen hun weg naar huis beter te vinden in het donker, bewolkte nachten.
Na de oorlog, Hounsfield volgde het advies van zijn commandant op en behaalde een graad in techniek. Hij oefende zijn vak uit bij EMI - het bedrijf zou beter bekend worden door de verkoop van Beatles-albums, maar begon als Electric and Music Industries, met een focus op elektronica en elektrotechniek.
Hounsfields natuurlijke talenten dreven hem ertoe het team te leiden dat de meest geavanceerde mainframecomputer in Groot-Brittannië bouwde. Maar tegen de jaren '60, EMI wilde weg uit de competitieve computermarkt en wist niet goed wat te doen met de briljante, excentrieke ingenieur.
Tijdens een gedwongen vakantie om na te denken over zijn toekomst en wat hij voor het bedrijf zou kunnen doen, Hounsfield ontmoette een arts die klaagde over de slechte kwaliteit van röntgenfoto's van de hersenen. Effen röntgenfoto's tonen prachtige details van botten, maar de hersenen zijn een amorfe klodder weefsel - op een röntgenfoto lijkt het allemaal op mist. Dit zette Hounsfield aan het denken over zijn oude idee om verborgen structuren te vinden zonder de doos te openen.
Een nieuwe benadering onthult het voorheen ongeziene
Hounsfield formuleerde een nieuwe manier om het probleem van het in beeld brengen van wat zich in de schedel bevindt te benaderen.
Eerst, hij zou de hersenen conceptueel verdelen in opeenvolgende sneetjes - zoals een brood. Toen was hij van plan een reeks röntgenstralen door elke laag te stralen, herhaal dit voor elke graad van een halve cirkel. De sterkte van elke straal zou worden vastgelegd aan de andere kant van de hersenen - met sterkere stralen die aangeven dat ze door minder dicht materiaal zijn gereisd.
Deze afbeelding laat zien hoe röntgenstralen door hersenlagen snijden, georiënteerd op elke graad van 1 tot 180 in een halve cirkel. Edmund S. Higgins (CC BY-ND 4.0) Eindelijk, in misschien wel zijn meest ingenieuze uitvinding, Hounsfield creëerde een algoritme om een beeld van de hersenen te reconstrueren op basis van al deze lagen. Door achteruit te werken en een van de snelste nieuwe computers van het tijdperk te gebruiken, hij kon de waarde berekenen voor elk doosje van elke hersenlaag. Eureka!
De sterkte van elke röntgenfoto berekenen zodra deze door het object is gegaan, en achteruit werken met een indrukwekkend algoritme, het is mogelijk om een afbeelding te construeren. Edward S. Higgins (CC BY-ND 4.0) Maar er was een probleem:EMI was niet betrokken bij de medische markt en had geen zin om in te springen. Het bedrijf stond Hounsfield toe om aan zijn product te werken, maar met weinig geld. Hij werd gedwongen door de schrootbak van de onderzoeksfaciliteiten te scharrelen en een primitieve scanmachine in elkaar te knutselen die klein genoeg was om bovenop een eettafel te rusten.
Zelfs met succesvolle scans van levenloze objecten en, later, koosjere koeienhersenen, de bevoegdheden van EMI bleven onder de indruk. Hounsfield moest externe financiering vinden als hij verder wilde gaan met een menselijke scanner.
Hounsfield was een briljante, intuïtieve uitvinder, maar geen effectieve communicator. Gelukkig had hij een sympathieke baas, Bill Ingham, die de waarde inzag in het voorstel van Hounsfield en worstelde met EMI om het project overeind te houden.
Hij wist dat er geen subsidies waren die ze snel konden krijgen, maar redeneerde dat het Britse ministerie van Volksgezondheid en Sociale Zekerheid apparatuur voor ziekenhuizen zou kunnen kopen. Wonderbaarlijk, Ingham verkocht ze vier scanners voordat ze gebouwd waren. Dus, Hounsfield organiseerde een team, en ze haastten zich om een veilige en effectieve menselijke scanner te bouwen.
In de tussentijd, Hounsfield had patiënten nodig om zijn machine uit te proberen. Hij vond een ietwat onwillige neuroloog die ermee instemde om te helpen. Het team installeerde een scanner op ware grootte in het Atkinson Morley Hospital in Londen, en op 1 oktober 1971, ze scanden hun eerste patiënt:een vrouw van middelbare leeftijd die tekenen van een hersentumor vertoonde.
Het was geen snel proces - 30 minuten voor de scan, een rit door de stad met de magneetbanden, 2,5 uur verwerken van de gegevens op een EMI-mainframecomputer en vastleggen van het beeld met een polaroidcamera voordat je terug racet naar het ziekenhuis.
En daar was het - in haar linker frontale kwab - een cystische massa ter grootte van een pruim. Met dat, elke andere methode om de hersenen in beeld te brengen was achterhaald.
De eerste klinische CT-scan toont een hersentumor ter grootte van een pruim die zichtbaar is in de linker voorkwab van de patiënt. Het verschijnt op de scan als een donkere klodder. Medische beeldvormingssystemen:een inleidende gids (CC BY 4.0)
Miljoenen CT-scans per jaar
EMI, zonder ervaring in de medische markt, had plotseling een monopolie voor een machine waar veel vraag naar was. Het sprong in productie en was aanvankelijk zeer succesvol in het verkopen van de scanners. Maar binnen vijf jaar groter, meer ervaren bedrijven met meer onderzoekscapaciteit, zoals General Electric Co. en Siemens, produceerden betere scanners en slokten de verkoop op. EMI verliet uiteindelijk de medische markt - en werd een case study over waarom het beter kan zijn om samen te werken met een van de grote jongens in plaats van te proberen het alleen te doen.
Hounsfields innovatie veranderde de geneeskunde. Hij deelde in 1979 de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde en werd in 1981 door de koningin geridderd. Hij bleef rommelen met uitvindingen tot zijn laatste dagen in 2004, toen hij op 84-jarige leeftijd stierf.
1973, Amerikaan Robert Ledley ontwikkelde een scanner voor het hele lichaam die andere organen in beeld kon brengen, bloedvaten en, natuurlijk, botten. Moderne scanners zijn sneller, zorgen voor een betere resolutie en vooral, doe het met minder blootstelling aan straling. Er zijn zelfs mobiele scanners.
Tegen 2020, technici voerden jaarlijks meer dan 80 miljoen scans uit in de VS. Sommige artsen beweren dat het aantal buitensporig is en dat misschien een derde niet nodig is. Hoewel dat misschien waar is, de CT-scan heeft de gezondheid van veel patiënten over de hele wereld ten goede gekomen, helpen bij het identificeren van tumoren en bepalen of een operatie nodig is. Ze zijn vooral handig op de eerste hulp voor een snelle zoektocht naar inwendige verwondingen na ongevallen.
En herinner je Hounsfield's idee over de piramides? In 1970 plaatsten wetenschappers kosmische stralingsdetectoren in de onderste kamer van de Piramide van Chefren. Ze concludeerden dat er geen verborgen kamer aanwezig was in de piramide. in 2017, een ander team plaatste kosmische stralingsdetectoren in de Grote Piramide van Gizeh en vond een verborgen, maar ontoegankelijk, kamer. Het is onwaarschijnlijk dat het snel zal worden onderzocht.
Moderne CT-scans bieden beelden met een veel hogere resolutie van de "plakjes" van de hersenen dan de originele scan van Hounsfield in 1971. The Conversation Dit artikel is opnieuw gepubliceerd van Het gesprek onder een Creative Commons-licentie. U vindt de origineel artikel hier .
Edmund S. Higgins is een aangesloten universitair hoofddocent psychiatrie en huisartsgeneeskunde aan de Medical University of South Carolina.
Hoofdlijnen
Lye veilig gebruiken - Wat is het verschil tussen de troposfeer en de stratosfeer?
- Positieve en negatieve effecten van aardbevingen
- Hybridisatie berekenen
- Hoe een Fawns-tijdperk te vertellen
- Welke conversiefactor is aanwezig in bijna alle stoichiometrische berekeningen?
- Is Noord-Korea uitgerust om de Verenigde Staten aan te vallen?
- Nieuwe "robothuid" kan druk, pijn voelen
- Elektronica
- Biologie
- Zonsverduistering
- Wiskunde
- French | Italian | Spanish | Portuguese | Swedish | German | Dutch | Danish | Norway |
-
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com
