НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1979 г. / ФИЗИОЛОГИЯ ИЛИ МЕДИЦИНА / ГОДФРИ ХАУНСФИЙЛД

Годфри Хаунсфийлд (Godfrey Hounsfield)

28 август 1919 г. – 12 август 2004 г.

Нобелова награда за физиология или медицина (заедно с Алън Кормак)

(За разработването на компютърната томография.)

Английският физик Годфри Хаунсфийлд е роден в Нюуърк (графство Нотингамшър). Баща му, Томас Хаунсфийлд, работи като инженер в стоманодобивен завод, но след Първата световна война купува малко ферма в Нотингамшър. Като най-малкото от петте деца, Годфри участва рядко в игрите на братята и сестрите си, поради което прекарва много време на фермата, която превръща в площадка за забавления. Намирайки се постоянно в обкръжението на селскостопанска техника, той с удоволствие изучава нейната работа; от това детско увлечение се появява склонността му към инженерното дело. В юношеските си години Годфри конструира планер, който пуска от покрива на плевнята, фонтан, към който се изпраща вода с ацетиленов двигател, а също така патефон и радиоприемник.

В класическото училище на Нюуърк Хаунсфийлд започва да се интересува основно от физика и математика. През 1939 г. учи в колежа „Сити“ в Лондон, а в началото на Втората световна война е призован в Кралските въздушни сили и служи като инструктор по радарна техника в Кралския колеж в Южен Кенсингтън. Едновременно с това чете лекции във военновъздушното радиолокационно училище „Кенуел“, където конструира широкоекранен осцилограф и други средства за обучение. През 1945 г. е удостоен със специална награда за заслуги по време на войната, а през следващата година е демобилизиран.

Една година след уволнението си Хаунсфийлд получава субсидия, която му позволява да постъпи в електротехническия инженерен колеж „Фарадей“ в Лондон. След като го завършва през 1951 г., започва да работи в компанията EMI, правейки изследвания в областта на електрониката за търговски цели. По време на службата си във военновъздушните сили , занимавайки се с радари и системи за следене на въздушни обекти, Хаунсфийлд започва да се интересува и от електронноизчислителна техника. През 1958-1959 г. групата специалисти, в чийто състав участва, успява да конструира първата в Англия стационарна транзисторна електронноизчислителна машина. По-предишните електронноизчислителни машини нямат особени преимущества в сравнение с ламповите. Хаунсфийлд успява да увеличи тяхната бързина на действие и мощност със създадена от него система, основаваща се, както самият той казва, на управлението на транзистори с помощта на магнитни полета.

В началото на 60-те години Хаунсфийлд работи в редица водещи изследователски лаборатории на EMI над разработването на тънка метална технология за увеличаване на обема на паметта в компютрите EMI, но тя не е приложена поради търговска нерентабилност. Хаунсфийлд участва в създаването на компютърни програми в областта на идентификацията. Тези опити го насочили към мисълта да разработи компютър, който да определя степента на поглъщане на рентгеновите лъчи от биологичните тъкани и по такъв начин да се използват най-пълноценно техните възможности.

Медицинската радиология се появява като наука в края на XIX в., когато Вилхелм Рентген открива лъчите, наречени от него Х-лъчи, и с тяхна помощ получава първите изображения на различни обекти. При обикновеното рентгеново изображение рентгеновите лъчи преминават през изследваната част от тялото и попадат върху рентгенова плака. Тъй като костите поглъщат повече енергия на рентгеновите лъчи от меките тъкани, които са по-малко плътни, костите изглеждат на проявената плака като светли участъци, наричани сенки. Меките тъкани, разположени една над друга, се очертават лошо. Поради това при обикновената рентгенография е невъзможно да се разграничи нормалната от променената мека тъкан (например от тумора).

Алън Кормак, специалист по медицинска физика от университета „Тъфтс“ (щат Масачузетс), с когото Хаунсфийлд не се познава, разработва през 50-те и началото на 60-те години математически метод за определяне на поглъщането на рентгеновите лъчи от биологичните тъкани. Методът на Кормак се основава на многобройни измервания на поглъщането на тънък рентгенов сноп, преминаващ през тялото под различен ъгъл, което дава възможност да се получи тънък напречен разрез. Тъй като снопът сондира определен участък от много точки, получената информация изобразява особеностите на поглъщане на всяка отделна част от този участък. При обикновеното рентгеново изследване се определя само сумарното поглъщане на лъча, който достига до плаката. По този начин изображенията на тъканите, лежащи по преминаването на лъча, „се налагат“ един върху друг.

Методът на Кормак позволява да се създаде изображение на вътрешните детайли на строежа на тялото поради различното поглъщането на рентгеновите лъчи. Но неговото изследване, макар че е публикувано, не привлича вниманието на научната общност, а методът му остава примитивен лабораторен начин за проучване по-скоро на моделирани ситуации, отколкото на биологични тъкани. Освен това бързо действащите компютри, способни да изпълняват голям брой математически операции в секунда и необходими за анализ на получените резултати, още не са създадени, затова методът на Кормак е трудоемък, изискващ значителна загуба на време. Получаването на подобни рентгенови изображения на телесните разрези е наречено томография, от гръцката дума τομη, означаваща „сечение“. Постепенно, с развитието и достъпността на по-мощни компютри, методът става известен като компютърна аксиална томография (КАТ) или КАТ-сканиране, наричана също компютърна томография (КТ) или КТ-сканиране.

През 1967 г. Хаунсфийлд, независимо от Кормак, започва да работи над своя КАТ-система, използвайки гама-лъчи, като Кормак, и разработва схема, приличаща много на схемата на Кормак. Гама-лъчите имат същия принцип като рентгеновите. Хаунсфийлд разработва малко по-различен математически модел, използвайки мощен компютър за обработка на данните и благодарение на инженерната си мисъл въвежда томографския метод на изследване в практиката.

Отначало времето, необходимо за сканиране на обекта, отнема девет дена, което е свързано с ниско интензивния източник на гама-лъчи, изискващ дълги експозиции. Мощна рентгенова тръба намалява времето за изследване на девет часа. Успешни изображения са получени при изследването на човешки главен мозък, на главния мозък на живо теле и на бъбречната област на прасе. Контрастът на получените снимки е много ясен и позволява да се оцени тъканта на главния мозък и на други органи, но няма сигурност, че този метод ще даде възможност да се да се различат поразените тъкани от нормалните, например да се открие рак. За постигането на тази цел през 1971 г. в болницата „Аткинсън Морли“ в Уимбълдън е конструиран и монтиран бърз и сложен апарат, първият клиничен КАТ-скенер. През 1972 г. е направена първата сканограма на главния мозък на жена с подозрение за мозъчни поражения и полученото изображение отчетливо показва наличието на тъмна кръгла киста. Постепенно са монтирани по-големи и по-бързи скенери, които намаляват времето за сканиране отначало до осемнадесет секунди, а след това до три секунди или по-малко, като при се получават изображения на различни органи с висока разрешителна способност.

Хаунсфийлд описва създаването на КАТ-приборите в сборника на ежегодните конференции на Британския институт в Лондон и през декември 2973 г. пише статията „Компютърно напречно аксиално сканиране: томография“ („Computerized Fransverse Axial Scanning: tomography“), в която привежда резултатите от клиничните изследвания с помощта на първия сериен скенер EMI СТ 1000. Веднага става очевидно, че използването на КАТ е значителен прогрес в сравнение с използваните други методи за получаване на изображения на биологични тъкани. Този метод позволява да се видят детайли на строежа на меките тъкани, по-рано недостъпни за изследователите; той допуска да се открият с по-голяма точност такива промени като раковите тъкани и дава възможност да се измери точно поглъщането на рентгеновите лъчи от различните тъкани, което се оказва ценно за диагностиката и лечението. Хаунсфийлд изчислява, че КАТ-сканирането е сто пъти по-ефективно от обикновеното рентгеново изследване, защото то използва цялата получена информация, докато обикновеното рентгеново изследване фиксира само един процент от информацията. Освен това скенерът е по-чувствителен и изисква по-малко енергия на рентгеновите лъчи за един кадър от стандартната рентгенова апаратура, макар че сумарното облъчване е приблизително еднакво, защото сканирането изисква многократна експозиция.

Промишленият КАТ-скенер се състои от източник на рентгенови лъчи, сканиращо устройство, съдържащо рентгенова тръба, детектор, компютър за обработване на данните, терминал и принтер за записване на направените изображения. Сканиращото устройство се движи около главата или тялото, правейки до милион отделни измервания на отслабването на лъчевия сноп под различни ъгли. (В някои прибори детекторите са фиксирани неподвижно, а се върти само един източник на рентгеново излъчване.) От този колосален обем информация компютърът създава напречни разрези на изследваните телесни части. По време на процедурата пациентът се движи по протежение на надлъжната ос на рамата на сканиращото устройство. В резултат от обработката на серията последователно напречни разрези се реконструира пространствено изображение на органите.

През 1972 г. Хаунсфийлд е назначен за ръководител на отдела за медицински системи в EMI, а от 1976 г. е водещ научен сътрудник в компанията. От 1978 г. е член на научното дружество в Манчестърския университет.

Следващата дейност на Хаунсфийлд се основава на по-нататъшното усъвършенстване на технологията КАТ и близките до нея диагностични методи като ядрения магнитен резонанс - скоро разработен метод за получаване на изображения, без да се използват рентгенови лъчи.

Хаунсфийлд не се жени през целия си живот. Той обича дългите разходки, „шеговитите разговори на отвлечени теми“, свири на пиано.

Сред многото награди на Хаунсфийлд е наградата Мак Робърт на дружеството на инженерите (1972 г.), наградата Баркла на Британския институт по радиология (1974 г.) наградата Алберт Ласкер за фундаментални медицински изследвания (1975 г.), медалът и наградата Дъдел на Института по физика (1976 г.) и наградата на международното дружество „Гарднър“ (1967 г.). Той е почетен доктор на Базелския и Лондонския университет. Почетен член е на Кралския колеж на лекарите и на Кралския колеж на радиолозите.

Превод от руски: Павел Б. Николов