최초의 CT 스캔은 50년 전, 의학을 영원히 바꾸었습니다.

2021-10-01
1972년 EMI 엔지니어 Godfrey Hounsfield가 CT 스캐너 옆에 서 있습니다. 게티 이미지를 통한 PA 이미지

비밀 방에 숨겨진 귀중한 물건의 가능성은 실제로 상상을 불태울 수 있습니다. 1960년대 중반, 영국 엔지니어 Godfrey Hounsfield 는 보이지 않는 공극을 통과하는 우주선을 포착하여 이집트 피라미드의 숨겨진 영역을 감지할 수 있는지 여부를 숙고했습니다.

그는 수년 동안 이 아이디어를 고수했으며, 이는 " 열지 않고 상자 안을 들여다보는 것"으로 바꾸어 말할 수 있습니다 . 궁극적으로 Hounsfield는 고에너지 광선을 사용하여 육안으로 볼 수 없는 것을 드러내는 방법을 알아냈습니다. 그는 단단한 두개골 내부를 보고 내부의 부드러운 두뇌의 사진을 얻는 방법을 발명했습니다.

인간 두뇌 의 최초의 컴퓨터 단층 촬영 이미지(CT 스캔) 는 50년 전인 1971년 10월 1일에 만들어졌습니다. Hounsfield는 이집트에 가지 못했지만 그의 발명품은 그를 스톡홀름과 버킹엄 궁전으로 데려갔습니다.

엔지니어의 혁신

Godfrey Hounsfield의 초기 생애는 그가 많은 것을 성취할 것이라고 암시하지 않았습니다. 그는 특별히 좋은 학생은 아니었습니다. 어린 소년이었을 때 그의 교사 들은 그를 "두꺼운"이라고 묘사했습니다 .

그는 제2차 세계 대전이 시작될 때 영국 공군에 입대했지만 군인은 아니었습니다. 그러나 그는 전기 기계를 다루는 마법사였습니다. 특히  새로 발명된 레이더 는 어둡고 흐린 밤에 조종사가 집으로 가는 길을 더 잘 찾도록 돕기 위해 배심원단을 구성했습니다.

전쟁이 끝난 후 Hounsfield는 사령관의 조언에 따라 공학 학위를 받았습니다. 그는 EMI에서 그의 무역을 연습했습니다. 회사는  비틀즈 앨범 판매로 더 유명해 졌지만 전자 및 전기 공학에 중점을 둔 Electric and Music Industries로 시작했습니다.

Hounsfield는 타고난 재능 덕분에 영국에서 가장 발전된 메인프레임 컴퓨터를 만드는 팀을 이끌었습니다. 그러나 60년대에 이르러 EMI는 경쟁적인 컴퓨터 시장에서 벗어나고 싶었고 훌륭하고 괴상한 엔지니어를 어떻게 해야 할지 확신하지 못했습니다.

그의 미래와 그가 회사를 위해 무엇을 할 수 있을지 생각하기 위해 강제 휴가를 보내는 동안 Hounsfield는 뇌의 엑스레이 품질이 좋지 않다고 불평하는 의사를 만났습니다. 일반 X-레이는 뼈의 놀라운 세부 사항을 보여 주지만 뇌는 조직의 무정형 덩어리입니다. X-레이에서는 모두 안개처럼 보입니다. 이것은 Hounsfield가 상자를 열지 않고 숨겨진 구조를 찾는 그의 오래된 아이디어에 대해 생각하게 했습니다.

새로운 접근 방식은 이전에 볼 수 없었던 것을 드러냅니다

Hounsfield는 두개골 내부에 있는 것을 이미징하는 문제에 접근하는 새로운 방법을 공식화했습니다.

첫째, 그는 개념적 으로 뇌를 한 덩어리의 빵처럼 연속적인 조각으로 나눕니다 . 그런 다음 그는 각 층을 통해 일련의 X-선을 조사하여 반원의 각 각도에 대해 이를 반복할 계획이었습니다. 각 광선의 강도는 뇌의 반대쪽에서 포착됩니다. 더 강한 광선은 덜 밀도가 높은 물질을 통과했음을 나타냅니다.

이 그래픽은 X-선 빔이 반원에서 1에서 180까지 각 각도로 배향된 뇌 층을 통해 슬라이스하는 방법을 보여줍니다.

마지막으로 Hounsfield는 그의 가장 독창적인 발명품으로 이러한 모든 레이어를 기반으로 뇌의 이미지를 재구성하는 알고리즘을 만들었습니다. 거꾸로 작업하고 그 시대의 가장 빠른 새 컴퓨터 중 하나를 사용하여 그는 각 뇌 층의 작은 상자 하나에 대한 가치를 계산할 수 있었습니다. 유레카!

물체를 통과한 각 X선의 강도를 계산하고 인상적인 알고리즘으로 역으로 작업하면 이미지를 구성할 수 있습니다.

그러나 문제가 있었습니다. EMI는 의료 시장에 관여하지 않았고 뛰어들고 싶은 마음도 없었습니다. 회사는 Hounsfield가 그의 제품에 대해 작업하도록 허용했지만 자금이 부족했습니다. 그는 연구 시설의 쓰레기통을 뒤져야 했고 식탁 위에 놓을 수 있을 만큼 작은 원시적인 스캐닝 기계를 조립했습니다.

무생물 과 나중에 정결한 소의 뇌 를 성공적으로 스캔 했음에도 불구 하고 EMI의 권한은 여전히 ​​압도적이었습니다. Hounsfield는 사람 스캐너로 진행하려면 외부 자금을 찾아야 했습니다.

Hounsfield는 명석하고 직관적인 발명가였지만 효과적인 의사소통자는 아니었습니다. 운 좋게도 그에게는 Hounsfield의 제안에서 가치를 보았고 프로젝트를 계속 진행시키기 위해 EMI와 고군분투했던 동정적인 상사 Bill Ingram이 있었습니다.

그는 빨리 얻을 수 있는 보조금이 없다는 것을 알고 있었지만 영국 보건사회보장부가 병원용 장비를 구입할 수 있다고 추론했습니다. 기적적으로 Ingram은 스캐너가 만들어지기 전에 스캐너 4대를 판매했습니다. 그래서 Hounsfield는 팀을 구성하고 안전하고 효과적인 인간 스캐너를 만들기 위해 경쟁했습니다.

한편 Hounsfield는 환자가 자신의 기계를 시험해 볼 필요가 있었습니다. 그는 도움을 주기로 동의한 다소 꺼려하는 신경과 전문의를 찾았습니다. 팀 은 런던 의 Atkinson Morley 병원에 실물 크기의 스캐너를 설치했고 1971년 10월 1일 첫 번째 환자인 뇌종양 징후를 보이는 중년 여성을 스캔했습니다.

스캔에 30분, 마그네틱 테이프로 시내를 가로질러 드라이브, EMI 메인프레임 컴퓨터에서 데이터를 처리하고 폴라로이드 카메라로 이미지를 캡처한 후 병원으로 다시 달려가는 데 2.5시간이 소요 되는 빠른 과정은 아니었 습니다.

그리고 거기에는 그녀의 왼쪽 전두엽에 자두만한 낭포성 덩어리가 있었습니다. 그것으로 뇌를 이미징하는 다른 모든 방법은 쓸모가 없었습니다.

첫 번째 임상 CT 스캔은 환자의 왼쪽 전엽에서 볼 수 있는 자두 크기의 뇌종양을 보여줍니다. 스캔에 어두운 얼룩으로 나타납니다.

매년 수백만 건의 CT 스캔

의료 시장 경험이 전무했던 EMI가 갑자기 수요가 많은 기계를 독점하게 됐다. 그것은 생산에 뛰어 들었고 처음에는 스캐너를 판매하는 데 매우 성공적이었습니다. 그러나 5년 이내에 General Electric Co. 및 Siemens와 같이 더 많은 연구 역량을 갖춘 더 크고 경험 많은 회사가 더 나은 스캐너를 생산하고 판매를 갉아먹었습니다. EMI는 결국 의료 시장을 떠났고  혼자 해결하려고 하는 것보다 대기업 중 한 사람과 파트너 관계를 맺는 것이 더 나은 이유에 대한 사례 연구가 되었습니다 .

Hounsfield의 혁신은 의학을 변화시켰습니다. 그는 1979년 노벨 생리의학상을 공동 수상 했으며 1981년 여왕의 작위를 받았습니다. 그는 2004년 84세의 나이로 세상을 떠날 때까지 발명품으로 계속 퍼팅했습니다.

1973년에 미국인 Robert Ledley 는 다른 장기, 혈관 및 뼈를 이미지화할 수 있는 전신 스캐너 를 개발 했습니다 . 최신 스캐너는 더 빠르고 더 나은 해상도를 제공하며 가장 중요한 것은 방사선 노출이 적습니다. 모바일 스캐너도 있습니다.

2020년까지 기술자들은 미국에서 매년 8천만 건 이상의 스캔 을 수행 하고 있었습니다. 일부 의사들은 그 수가 너무 많고 3분의 1이 불필요하다고 주장합니다. 그것이 사실일 수도 있지만 CT 스캔은 전 세계 많은 환자 의 건강 에 도움이 되어 종양을 식별하고 수술이 필요한지 여부를 결정하는 데 도움이 되었습니다. 사고 후 내부 부상을 신속하게 검색하기 위해 응급실에서 특히 유용합니다.

피라미드에 대한 Hounsfield의 아이디어를 기억하십니까? 1970년 과학자들은 카프레 피라미드의 가장 낮은 방에 우주선 탐지기를 설치했습니다. 그들은 피라미드 안에 숨겨진 방이 없다고 결론지었습니다 . 2017년에 또 다른 팀은 기자 대피라미드에 우주선 탐지기를 배치 하고 숨겨져 있지만 접근할 수 없는 방을 발견했습니다 . 조만간 탐색될 가능성은 거의 없습니다.

현대 CT 스캔은 1971년 Hounsfield의 원본 스캔보다 훨씬 더 높은 해상도의 뇌 "조각" 이미지를 제공합니다.

이 기사는 Creative Commons 라이선스에 따라 The Conversation 에서 다시 게시됩니다 . 여기 에서 원본 기사를 찾을 수 있습니다 .

Edmund S. Higgins 는 사우스캐롤라이나 의과대학 정신의학과 가정의학과 부교수입니다.

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