世界初のCTスキャンは50年前。あるエンジニアが開発し、医師が頭蓋骨の中を見ることができるようになりました。

テクノロジー
初期のCTスキャナーの前に立つゴッドフリー・ハウンズフィールド氏(1919年8月28日~2004年8月12日)。©Catalina Imaging

著者情報:Edmund S. Higgins氏, サウスカロライナ医科大学精神科・家庭医学科客員准教授

秘密の部屋に貴重なものが隠されているかもしれないと思うと、想像力がかきたてられます。

1960年代半ば、イギリス人エンジニアのゴッドフリー・ハウンズフィールド氏は、目に見えない空洞を通過する宇宙線を捉えることで、エジプトのピラミッドの隠れた部分を発見できないかと考えました。

これは「箱を開けずに中を見る」という意味で、彼は何年もこのアイデアを持ち続けました。

最終的に彼は、高エネルギー線を使って肉眼では見えないものを明らかにする方法を見つけました。

彼は、硬い頭蓋骨の中を見て、その中にある柔らかい脳の写真を撮る方法を発明したのです。

50年前の1971年10月1日、人間の脳の最初のコンピュータ断層撮影(CTスキャン)が行われたのです。

ハンスフィールドはエジプトに行くことはありませんでしたが、彼の発明によってストックホルムやバッキンガム宮殿に行くことができました。

一人の技術者の発明

ゴッドフリー・ハウンズフィールド氏の若いころは、彼が大きなことを成し遂げるとは思えませんでした。

彼は特に優秀な学生ではありませんでした。

少年時代、教師は彼を「鈍い」と評しました。

第二次世界大戦が始まると、英国王立空軍に入隊しましたが、兵士としての能力はあまりありませんでした。

しかし、新開発のレーダーは、暗い曇り空の夜にパイロットが帰路を見つけやすくするために、彼が改造したものでした。

戦後、ハウンズフィールド氏は司令官のアドバイスに従い、工学の学位を取得しました。

後にビートルズのアルバム販売で知られるようになるEMI社で仕事をしました。

当時のEMI社は電子工学と電気工学に重点を置いていました。

ハウンズフィールド氏は、その才能を買われて、英国で最も先進的なメインフレームコンピューターの開発チームを率いていました。

しかし、60年代に入ると、EMI社は競争の激しいコンピューター市場から撤退したいと考え、この優秀なエンジニアをどうすればいいのか分からなくなりました。

ハンスフィールド氏は、自分の将来と会社のために何ができるかを考えるために、強制的に休暇を取らされていたとき、脳のX線写真の質の悪さを訴える医師と出会いました。

普通のX線写真では、骨の細部まできれいに写っていますが、脳は不定形な組織の塊であり、X線写真ではすべてが霧のように見えるのです。

そこでハンスフィールド氏は、「箱を開けずに隠された構造を見つける」という昔のアイデアを思い出しました。

新しい方法で、今まで見えなかったものを発見

X線は脳の各「スライス」を半円状に1から180までの各度に向けて照射される。

X線は脳の各「スライス」を半円状に1から180までの各度に向けて照射される。©Edmund S. Higgins, CC BY-ND

ハンスフィールド氏は、頭蓋骨の中を撮影するという問題に取り組むために、新しい方法を考案しました。

まず、脳をパンのように連続した大きさに分割し、そこにビームを照射して、脳の中を撮影するというものです。

そして、それぞれの層にX線を照射し、これを半円の度数ごとに繰り返します。

それぞれのビームの強さは、脳の反対側で捉えられます。

強いビームは、密度の低い物質を通過したことを示しています。

対象物を通過したX線の強さを計算し、アルゴリズムで逆算することで、画像を構築することができます。

対象物を通過したX線の強さを計算し、アルゴリズムで逆算することで、画像を構築することができます。©Edmund S. Higgins, CC BY-ND

最後に、ハウンズフィールド氏は、最も独創的な発明として、これらの層に基づいて脳の画像を再構成するアルゴリズムを開発しました。

当時最速のコンピューターを使って、脳の各層の小さな箱の値を逆算したのです。

しかし、問題がありました。

EMI社は医療分野とは無縁の会社であり、製品を開発する気がなかったのです。

彼は、研究施設の廃品をかき集めて、ダイニングテーブルの上に置ける程度の小さなスキャン装置を作りました。

無生物や牛の脳のスキャンに成功しても、EMI社の上層部は満足してくれません。

人間をスキャンするためには、外部から資金を調達する必要がありました。

ハンスフィールド氏は、直感的に優れた発明家でしたが、コミュニケーション能力には欠けていました。

幸運なことに、彼にはビル・インガム(Bill Ingham)氏という同情的な上司がいました。

彼は、ハンスフィールド氏の提案に価値を見出し、EMI社と協力してプロジェクトを継続させようと奮闘しました。

彼は、すぐに獲得できる助成金がないことを知っていましたが、英国保健社会保障省が病院用の機器を購入できるのではないかと考えました。

奇跡的に、インガム氏がスキャナーを4台、製造前に売ってくれたのです。

そこで、ハンスフィールド氏はチームを結成し、安全で効果的な人間用スキャナーの製作を急ぎました。

一方、ハウンズフィールド氏は、自分の機械を試してもらう患者を必要としていました。

そして、渋々ながらも協力してくれる神経内科医を見つけたのです。

1971年10月1日、最初の患者として、脳腫瘍の兆候を示す中年の女性をスキャンしました。

スキャンに30分、磁気テープを持って街中を走り、EMI社のメインフレーム・コンピューターでデータを処理するのに2時間半、ポラロイドカメラで画像を撮影して病院に戻るという、決して早いプロセスではありませんでした。

その結果、彼女の左前頭葉には、梅干しほどの大きさの嚢胞があったのです。

これによって、脳を画像化する他の方法はすべて廃止されました。

初の臨床用CTスキャン。

初の臨床用CTスキャン。脳腫瘍が黒い塊のように見える。©「Medical Imaging Systems: An Introductory Guide」Maier A, Steidl S, Christlein V, et al., editors., CC BY

毎年、何百万回ものCTスキャンを実施

医療市場での経験がなかったEMI社は、需要の高い装置を突然独占しました。

しかし、5年も経たないうちに、GEやシーメンスなどの経験豊富で研究能力の高い大企業が、より優れたスキャナーを生産し、売り上げを奪っていきました。

結局、EMI社は医療市場から撤退しましたが、これは、単独でやろうとせず、大手企業と提携した方が良いことを示すケーススタディとなりました。

ハウンズフィールド氏のイノベーションは、医学に大きな変革をもたらしました。

1979年にはノーベル医学・生理学賞を受賞し、1981年には英国女王からナイトの称号を授与されました。

彼は2004年に84歳で亡くなるまで、ずっと発明を続けました。

1973年、アメリカ人のロバート・レドリー氏は、他の臓器や血管、そしてもちろん骨も撮影できる全身スキャナーを開発しました。

最近のスキャナーは、より速く、より良い解像度で、そして何よりも少ない放射線量で撮影できるようになっています。

携帯型のスキャナーもあります。

現代のCTスキャンでは、1971年にHounsfield氏が行ったオリジナルのスキャンよりも、はるかに高解像度の脳の「スライス」画像が得られる。©Author Provided

2020年までに、米国では技術者が年間8,000万回以上のスキャンを行っていました。

医師の中には、この数字は過剰であり、3分の1は不要であると主張する人もいます。

確かにそうかもしれませんが、CTスキャンは世界中の多くの患者の健康に寄与しており、腫瘍の特定や手術の必要性の判断に役立っています。

特に、ER(救急救命室)での事故の後、内部の傷を素早く検索するのに役立ちます。

ピラミッドについてのハウンズフィールド氏のアイデアを思い出してください。

1970年、カフラー王のピラミッドの最下段の部屋に宇宙線検出器を設置しました。

彼らは、ピラミッド内に隠し部屋は存在しないと結論づけました。

2017年、別のチームがギザの大ピラミッドに宇宙線検出器を設置し、隠された、しかし入ることのできない部屋を発見しました。

すぐに探索されることはなさそうです。La Conversation

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