CT-scans redden al 50 jaar levens – dankzij een excentrieke ingenieur bij de platenmaatschappij van the Beatles

Search

De mogelijkheid van kostbare voorwerpen verborgen in geheime kamers kan echt tot de verbeelding spreken. In het midden van de jaren 1960 vroeg de Britse ingenieur Godfrey Hounsfield zich af of men verborgen gebieden in Egyptische piramides kon detecteren door kosmische straling vast te leggen die door onzichtbare holtes ging.

Hij hield door de jaren heen vast aan dit idee, dat kan worden geparafraseerd als ‘in een doos kijken zonder deze te openen’.

Uiteindelijk bedacht hij hoe hij hoogenergetische stralen kon gebruiken om te onthullen wat onzichtbaar is voor het blote oog. Hij bedacht een manier om in de harde schedel te kijken en een beeld te krijgen van het zachte brein binnenin.

Het eerste computertomografiebeeld – een CT-scan – van het menselijk brein werd 50 jaar geleden gemaakt, op 1 oktober 1971. Hounsfield heeft Egypte nooit gehaald, 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 student. Als jonge jongen beschreven zijn leraren hem als ‘dik’.

Hij ging aan het begin van de Tweede Wereldoorlog bij de Britse Royal Air Force, maar hij was niet echt een soldaat. Hij was echter een tovenaar met elektrische machines – vooral de nieuw uitgevonden radar die hij zou optuigen om piloten te helpen hun weg naar huis beter te vinden op donkere, bewolkte nachten.

Na de oorlog volgde Hounsfield het advies van zijn commandant op en behaalde een graad in engineering.

Hij oefende zijn vak uit bij EMI – het bedrijf zou beter bekend worden voor de verkoop van Beatles-albums, maar begon als Electric and Music Industries, met een focus op elektronica en elektrotechniek.

Foto met dank aan de National Institutes of Health, onderdeel van het Amerikaanse ministerie van Volksgezondheid en Human Services

Hounsfield’s natuurlijke talenten stuwden hem ertoe om het team te leiden bij het bouwen van de meest geavanceerde mainframe-computer die beschikbaar is in Groot-Brittannië.

Maar in de jaren ’60 wilde EMI 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, ontmoette Hounsfield een arts die klaagde over de slechte kwaliteit van röntgenfoto’s van de hersenen.

Gewone 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 aanpak 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.

schematische weergave van drie röntgenstralen door één 'plakje' hersenen
Röntgenstralen stralen door elk ‘plakje’ van de hersenen, georiënteerd op elke graad van 1 tot 180 in een halve cirkel. Edmund S. Higgins, CC DOOR-ND

Ten eerste zou hij de hersenen conceptueel verdelen in opeenvolgende sneetjes – als een brood. Vervolgens was hij van plan om een reeks röntgenstralen door elke laag te stralen en dit voor elke graad van een halve cirkel te herhalen.

De kracht van elke straal zou aan de andere kant van de hersenen worden vastgelegd – met sterkere stralen die aangeven dat ze door minder dicht materiaal waren gereisd.

vereenvoudigde illustratie van meer röntgenstralen die door zachter materiaal gaan
Door de sterkte van elke röntgenfoto te berekenen zodra deze door het object is gegaan en achteruit te werken met een indrukwekkend algoritme, is het mogelijk om een afbeelding te construeren. Edmund S. Higgins, CC DOOR-ND

Uiteindelijk creëerde Hounsfield in misschien wel zijn meest ingenieuze uitvinding 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, kon hij de waarde berekenen voor elk doosje van elke hersenlaag. Eureka!

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 prullenbak van de onderzoeksfaciliteiten te kruipen en een primitieve scanmachine in elkaar te knutselen – klein genoeg om bovenop een eettafel te rusten.

Zelfs met succesvolle scans van levenloze objecten en, later, koosjere koeienhersenen, bleven de machthebbers bij EMI onder de indruk.

Hounsfield moest externe financiering vinden als hij verder wilde gaan met een menselijke scanner.

lijntekening van CT-scanner
Schematisch diagram van de CT-scanner opgenomen in hounsfield’s Amerikaanse patent. Godfried Newbold Hounsfield

Hounsfield was een briljante, intuïtieve uitvinder, maar geen effectieve communicator. Gelukkig had hij een sympathieke baas, Bill Ingham, die de waarde van Hounsfields voorstel zag en met EMI worstelde om het project overeind te houden.

Hij wist dat er geen subsidies waren die ze snel konden verkrijgen, maar redeneerde dat het Britse ministerie van Volksgezondheid en Sociale Zekerheid apparatuur voor ziekenhuizen kon kopen. Wonder boven wonder verkocht Ingham ze vier scanners voordat ze zelfs maar waren gebouwd.

Dus organiseerde Hounsfield een team en ze raceten om een veilige en effectieve menselijke scanner te bouwen.

Ondertussen had Hounsfield patiënten nodig om zijn machine uit te proberen. Hij vond een wat onwillige neuroloog die ermee instemde om te helpen.

Het team installeerde een full-size scanner in het Atkinson Morley Hospital in Londen en op 1 oktober 1971 scanden ze 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 magnetische banden, 2,5 uur verwerken van de gegevens op een EMI mainframe-computer en het vastleggen van het beeld met een Polaroid-camera voordat je terug naar het ziekenhuis racete.

gepixeld beeld van een brein
De eerste klinische CT-scan, met hersentumor zichtbaar als donkere blob. ‘Medical Imaging Systems: An Introductory Guide’, Maier A, Steidl S, Christlein V, et al., editors., CC BY

En daar was het – in haar linker frontale kwab – een cystische massa ter grootte van een pruim.

Daarmee was elke andere methode om de hersenen in beeld te brengen achterhaald.

Miljoenen CT-scans per jaar

EMI, zonder ervaring op de medische markt, had plotseling een monopolie op 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 produceerden grotere, meer ervaren bedrijven met meer onderzoekscapaciteit zoals GE en Siemens betere scanners en verhoogden ze de verkoop.

EMI verliet uiteindelijk de medische markt – en werd een casestudy in 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 transformeerde de geneeskunde. Hij deelde de Nobelprijs voor de Fysiologie of Geneeskunde in 1979 en werd geridderd door de koningin in 1981.

Hij bleef rondhangen met uitvindingen tot zijn laatste dagen in 2004, toen hij op 84-jarige leeftijd overleed.

In 1973 ontwikkelde de Amerikaan Robert Ledley een scanner voor het hele lichaam die andere organen, bloedvaten en natuurlijk botten in beeld kon brengen.

Moderne scanners zijn sneller, bieden een betere resolutie en het belangrijkste is dat ze het doen met minder blootstelling aan straling. Er zijn zelfs mobiele scanners.

Moderne CT-scans bieden beelden met een veel hogere resolutie van de ‘plakjes’ van de hersenen dan de oorspronkelijke scan van Hounsfield in 1971.

Tegen 2020 voerden technici jaarlijks meer dan 80 miljoen scans uit in de VS.

Sommige artsen beweren dat het aantal buitensporig is en misschien een derde onnodig. Hoewel dat waar kan zijn, heeft de CT-scan de gezondheid van veel patiënten over de hele wereld ten goede gekomen, waardoor tumoren worden geïdentificeerd en wordt bepaald of een operatie nodig is. Ze zijn vooral handig voor een snelle zoektocht naar interne verwondingen na ongevallen in de ER.

En herinner je je Hounsfields idee over de piramides nog? In 1970 plaatsten wetenschappers kosmische stralingsdetectoren in de laagste kamer in de Piramide van Khafre. Ze concludeerden dat er geen verborgen kamer aanwezig was in de piramide. In 2017 plaatste een ander team kosmische stralingsdetectoren in de Grote Piramide van Gizeh en vond een verborgen, maar ontoegankelijke kamer. Het is onwaarschijnlijk dat het binnenkort zal worden onderzocht.

Het gesprek

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd door Het gesprek op 30 september 2021 en werd beschikbaar gesteld aan Good Good Good.