Tomografinin İcadı: Bir Kutunun İçini Açmadan Görmek

Tomografi, X Işınları, ultrason veya diğer görüntüleme yöntemlerinin bir kombinasyonunu kullanarak vücudun kesitsel görüntülerini üreten tıbbi bir görüntüleme tekniğidir.
Tomografinin icadı: İnsanların içini fotoğraflamak

Bilgisayarlı tomografi (BT) taraması bilim ve teknoloji ile ilişkili olsa da ortaya çıkışının rock and roll'a dayandığını öğrenmek şaşırtıcı olabilir. Bu inanılmaz teknoloji bugün aramızdaysa bunu The Beatles'ın 60'lardaki başarısına borçluyuz. Abbey Road Stüdyo'sunun sahibi Electric and Music Industries (EMI) sonuçta "EMI taraması"nın ortaya çıkacağı bir araştırmayı finanse etmek için 60'lardaki sürpriz albüm satışlarını kullandı. Cihaz günümüzde artık CT tarayıcı veya bilgisayarlı tomografi cihazı olarak biliniyor. Peki tomografi nasıl icat edildi?

Tomografi nasıl icat edildi?

İlk ticari tomografi cihazı ve Godfrey Hounsfield.
İlk ticari tomografi cihazı ve Godfrey Hounsfield.

Buluş daha çok Beatles albümleri satmasıyla tanınan bir şirkette çalışan sıra dışı bir İngiliz mühendisten geldi. İngiliz mühendis Godfrey Hounsfield 1960'ların ortalarında görünmeyen boşluklardan geçen kozmik ışınları kullanarak Mısır piramitlerindeki gizli alanları tespit etmenin yolunu arayan biriydi. Yıllar boyu "bir kutuyu açmadan içine bakma" düşüncesine kapılmıştı.

Sonunda bir gün çıplak gözle görülmeyen şeyleri ortaya çıkarmak için yüksek enerjili ışınları nasıl kullanacağını anladı. Sert kafatasının içini görmenin ve içindeki yumuşak beynin resmini çekmenin yolunu icat etti. İnsan beyninin ilk bilgisayarlı tomografi görüntüsü 50 yıl önce 1 Ekim 1971'de alındı.

Godfrey Hounsfield yaşamının ilk zamanlarında pek başarı potansiyeli taşımayan biriydi. İyi bir öğrenci sayılmazdı. Çocukken öğretmenleri ona "kalın kafalı" demişti. II. Dünya Savaşı'nda Hava Kuvvetleri'ne katıldı ancak pek asker olmadı. Elektrikli makinelerde oldukça yetenekliydi. Orduda henüz yeni icat edilen radar teknolojisinin ve diğer elektroniklerin temelini öğrendi.

Savaştan sonra komutanının tavsiyesine uydu ve Faraday House adlı koleje katılarak mühendislik diploması aldı. Daha çok Beatles albümleri satmasıyla tanınacak EMI'de işe girdi. Hounsfield'ın yetenekleri onu İngiltere'deki mevcut en gelişmiş ana bilgisayarın inşa edildiği bir ekibin başına getirdi. Ancak EMI 60'larda bilgisayar pazarından çıkmak isteyince bu parlak mühendisle ne yapacağına karar veremedi.

Hounsfield, geleceğini ve şirket için neler yapabileceğini düşünmek için çıktığı zorunlu tatilde beyin röntgenlerinin kalitesizliğinden şikayet eden bir doktorla tanıştı. Düz x ışınları kemikleri ayrıntıları gösteriyordu ancak beyin biçimsiz bir dokuydu ve x ışınıyla her şeyi bulanıktı. Bu durum Hounsfield'ı kutuyu açmadan içindekileri görmeye dair düşüncesine götürdü.

Görülmeyeni Görmek

x ışını tomografi algoritması
Nesneden geçen her X ışınının gücünü ölçerek ve etkileyici bir algoritmayla geriye doğru hesaplama yaparak bir görüntü oluşturmak mümkün. (Edmund S. Higgins, CC BY-ND)

Hounsfield, kafatasının içinde ne olduğunu görüntüleme sorununa yeni yaklaşım aradı. Beyni önce ardışık düşsel dilimlere böldü. Ardından her katmandan X Işını geçirmeyi planladı ve bunu yarım dairenin her derecesinde yineledi. Güçlü ışınlar beynin diğer tarafından yakalanacak ve daha az yoğun malzemeden geçen ışınlar daha çok yansıyacaktı.

Son olarak tüm bu katmanlara dayalı olarak beynin görüntüsünü oluşturan bir algoritma üreterek en dahiyane buluşuna imza attı. Çağın en hızlı bilgisayarını kullanarak ve geriye doğru giderek her beyin katmanına denk düşen küçük kutudaki sayıyı hesapladı.

Eldekilerle Cihaz Yapmak

Hounsfield'in tesiste bulabildiği nesnelerden tasarladığı ilk tomografi cihazının prototipi.
Hounsfield'in tesiste bulabildiği nesnelerden tasarladığı ilk tomografi cihazının prototipi.

Ancak EMI tıp piyasasında değildi ve olmak da istemiyordu. Şirket Hounsfield'ın ürünü üzerinde çalışmasına izin verdi ancak fonu kıstı. Hounsfield bu yüzden araştırma tesislerindeki hurda kutularını karıştırmak zorunda kaldı ve yemek masasına sığacak kadar küçük ilkel bir tomografi makinesi yaptı. Cansız nesneleri ve koşer inek beyinlerini taradı ancak EMI'deki mevcut teknoloji yetersizdi.

Hızlıca fon almanın yolu yoktu. Ancak Hounsfield'ın icadından hoşlanan EMI'nin patronu şirketi karşısına alarak yaratıcı bir fikirle geldi: Birleşik Krallık Sağlık ve Sosyal Güvenlik Bakanlığı'na hastanelere yerleştirilecek dört tomografi cihazı satmayı başardı, hem de ortada cihazlar yokken. Hounsfield derhal bir ekip kurdu ve güvenli ve etkili bir "insan tarayıcısı" inşa etmek üzere kolları sıvadı.

Son olarak makinelerin test edilmesi için hasta gerekiyordu. Hastanede bir nörolog bulundu ve Londra'daki Atkinson Morley Hastanesi'nde tomografisi taranan ilk hasta Ekim 1971'de beyin tümörü belirtileri gösteren orta yaşlı bir kadın oldu. Öyle hızlı bir süreç değildi: Her tarama 30 dakika alıyor, manyetik bantlar araçla ana bilgisayara taşınıyor, veriler EMI ana bilgisayarında 2,5 saatte işleniyor, Polaroid kamerayla görüntüsü çekilip hastaneye götürülüyordu.

Tomografi makinesi sayesinde hastanın sol ön lobunda erik büyüklüğünde kitle tespit edildi. Artık beyni görüntülemenin diğer tüm yöntemleri kenara bırakılmıştı.

Tıp sektöründe deneyimi olmayan EMI, aniden yüksek talep gören bir makinede tekel haline geldi. Üretime girdi ve başarılı satış elde etti. Beş yıl sonra GE ve Siemens gibi daha fazla araştırma kapasitesine sahip daha büyük ve deneyimli şirketler daha iyi tomografi cihazları ürettiler. EMI sonuç olarak tıp sektöründen çekildi.

Piramitteki Gizli Odalar

İngiliz mühendis Godfrey Hounsfield tomografi teknolojisini birlikte geliştirdiği fizikçi Dr. Allan Cormack ile 1979'da Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülü aldı. Hounsfield ayrıca 1981'de şövalye ilan edilip Sir unvanı kazandı. Tomografi teknolojisini mümkün kılan Johann Radon'un 1917'de "Radon dönüşümü" dediği bir matematik teorisiydi. Yararlandığı diğer matematiksel gelişme 1937'de Polonyalı matematikçi Stefan Kaczmarz tarafından formüle edilen bir cebirsel teknik oldu. Her iki teori de tıp tarihindeki en büyük ilerlemelerden birini sağladı.

Mucit Hounsfield aslında 16 yaşında okulu bıraktığı için hiçbir yeterliliğe sahip değildi. Bu yüzden kendisine verilen tüm dereceler fahri oldu. Ayrıca hiç evlenmedi ve 60 yaşına dek kalıcı bir ikametgahı olmadı. EMI şirketiyle çalışmadan önce radar ve güdümlü silahlara odaklanıp tomografiyi sonradan icat etti. Dehasına rağmen Hounsfield'ın meslektaşları Nobel kazanan bu adamın "çatlak" olduğunu söylediler. 2004 yılında 84 yaşında vefat edene dek icat peşinde olmaya devam etti.

1972'de icat ettiği ilk tomografi cihazı Atkinson Morley Hastanesi'nde prototip beyin tarayıcısı olarak kullanıldı ve ses getirdi. Yalnızca 1980 yılına dek 3 milyon tomografi taraması yapıldı. Hounsfield'ın ilk tomografi cihazını icat ettiği günden bu yana teknolojide uzun yol gelindi ve beyin taraması modern tıbbın en önemli ve değerli araçlarından oldu.

Hounsfield'ın piramitlere dair yaratıcı fikri unutulmadı. 1970 yılında bilim insanları Kefre Piramidi'nin en alt odasına kozmik ışın dedektörleri yerleştirdiler ve piramidin içinde gizli bir oda olmadığını öğrendiler. 2017'de başka bir ekip Büyük Gize Piramidi'ne kozmik ışın dedektörleri yerleştirdi ve gizli, ancak erişilemez bir oda olduğunu buldu. Odaya yakın zamanda erişilmesi beklenmiyor.

Tomografi Hakkında Sık Sorulanlar

Bilgisayarlı tomografinin (BT) diğer görüntüleme tekniklerinden farkı nedir?

BT, vücudun ayrıntılı, kesitsel görüntülerini üretmek için X Işınlarını kullanır. İki boyutlu görüntü üreten geleneksel X Işınlarının aksine, BT taramaları vücudun iç yapılarını daha ayrıntılı olarak gösteren üç boyutlu görüntüler üretebilir. BT özellikle beyin, göğüs, karın ve pelvisi görüntülemek için kullanışlıdır.

Manyetik rezonans görüntüleme (MRI) tomografisi nedir?

MRI tomografi, vücudun ayrıntılı görüntülerini üretmek için manyetik alan ve radyo dalgaları kullanan bir tıbbi görüntüleme tekniğidir. BT gibi MR da vücudun iç yapılarını ayrıntılı olarak gösteren 3 boyutlu görüntüler üretebilir. MRG özellikle beyin, omurilik ve eklemler gibi yumuşak dokuları görüntülemek için kullanışlıdır.

Tomografi zaman içinde nasıl gelişti?

Tomografi, 20. yüzyılın başlarındaki başlangıcından bu yana önemli ölçüde gelişmiştir. İlk tomografi makineleri 2 boyutlu görüntüler üretmek için X Işınları kullanırken, modern makineler çeşitli görüntüleme yöntemleri kullanarak 3 boyutlu görüntüler üretebilmektedir. Buna ek olarak, yeni makineler daha hızlı, daha güvenli ve eski makinelere göre daha yüksek kaliteli görüntüler üretiyor.

Tıpta tomografi kullanımıyla ilgili zorluklar nelerdir?

Tomografi ile ilgili temel zorluklardan biri, makinelerin satın alınması ve bakımı pahalı olabileceğinden maliyetidir. Buna ek olarak, bazı hastalar, özellikle klostrofobik veya kapalı alan korkusu varsa, görüntüleme işlemi sırasında rahatsızlık veya endişe yaşayabilir. Son olarak, modern makineler bu riski en aza indirecek şekilde tasarlanmış olsa da, X-ışınlarından kaynaklanan iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalma ile ilgili potansiyel riskler vardır.

Tomografi nedir?

Tomografi, tipik olarak teşhis amacıyla kullanılan, bir nesnenin veya organizmanın iç yapılarının ayrıntılı görüntülerini üreten tıbbi bir görüntüleme tekniğidir. Vücudun veya nesnenin farklı açılardan birden fazla X Işını veya diğer görüntüleme taramalarının alınmasını ve 3D görüntü oluşturmak için bunların birleştirilmesini içerir.

Tomografinin türleri nelerdir?

Bilgisayarlı tomografi (BT): Vücudun ayrıntılı kesitsel görüntülerini oluşturmak için X ışınlarını kullanır.
Manyetik rezonans görüntüleme (MRI): yumuşak dokuların ve organların ayrıntılı görüntülerini oluşturmak için manyetik alanlar ve radyo dalgaları kullanır.
Pozitron emisyon tomografisi (PET): vücuttaki hücrelerin metabolik aktivitesini ölçmek için radyoaktif bir izleyici kullanır.
Tek Foton Işınımı Yapan Bilgisayarlı Tomografi (SPECT): iç organların 3 boyutlu görüntülerini oluşturmak için radyoaktif bir izleyici kullanır.
Optik koherens tomografi (OCT): retina da dahil olmak üzere gözün yüksek çözünürlüklü görüntülerini oluşturmak için ışık dalgalarını kullanır.

Tomografinin diğer görüntüleme tekniklerine göre avantajları nelerdir?

Tomografinin diğer görüntüleme tekniklerine göre aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli avantajları vardır:
1- Diğer görüntüleme teknikleriyle görülemeyen iç yapıların ayrıntılı görüntülerini sağlar.
2- Vücuttaki farklı doku ve yapı türlerini ayırt edebilir.
3- Hasta için invazif olmayan ve ağrısız
Çok çeşitli tıbbi durumları teşhis etmek için kullanılabilir.

Tomografinin sınırlamaları nelerdir?

Tomografinin aşağıdakiler dahil bazı sınırlamaları da vardır:
1- Hastayı iyonlaştırıcı radyasyona maruz bırakabilir (BT taramaları durumunda).
2- Pahalı ve zaman alıcı olabilir.
3- Hamilelik veya klostrofobi (MRI durumunda) gibi belirli tıbbi durumları olan hastalar için uygun olmayabilir.
4- Bazı durumlarda zararlı olabilen kontrast maddelerin kullanılmasını gerektirebilir.


Referanslar: