ALLAN MACLEOD CORMACK (1924–1998)

V roce 1979 získali Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu americký teoretický fyzik se skotskými kořeny a jihoafrickým rodištěm Allan Macleod Cormack a britský elektrotechnický inženýr Godfrey Newbold Hounsfield – dva otcové výpočetní tomografie.

Krátce před I. světovou válkou přicestovali ze severního Skotska do Jihoafrické unie inženýr George Cormack a jeho žena, učitelka Amelia MacLeod Cormacková. Z jejich tří dětí nejmladší Allan Macleod Cormack se narodil 23. února 1924 v Johannesburgu. S otcem zaměstnaným u pošty prošla rodina mnohými kouty země a když v roce 1936 zemřel, zakotvila vdova s dětmi v Kapském Městě. Na jižním předměstí jménem Rondebosch navštěvoval Allan chlapeckou střední školu se znamenitými pedagogy, především buditelem zájmu žáků o vědu A. A. Jayesem. Allan se nadchnul pro astronomii. Když z popularizačních knih Arthura Eddingtona a Jamese Jeanse pochopil, jak velmi potřebuje astronom fyziku i matematiku, věnoval se oběma předmětům o to raději.

Na univerzitu v Kapském Městě však v roce 1940 vstupoval už se střízlivým vědomím tehdy nevalných vyhlídek na obživu astronomií. Po vzoru otce i bratra se zapsal ke studiu elektroinženýrství, jehož nové kurikulum se zvýšeným důrazem na fyziku a matematiku tu zaváděl osvícený přednosta ústavu Brian L. Goodlet. Během studií trávených při spoustě hudby (pokud Allan právě nelezl na Stolovou horu nad městem nebo po horách Západokapské provincie) ho odlákala od inženýrství fyzika, ne však už ke hvězdám, nýbrž k atomům pod vlivem skvělého Angličana Reginalda Williama Jamese, kdysi člena Shackletonovy transantarktické výpravy, pak průkopníka krystalografie na manchesterské univerzitě a od roku 1937 profesora fyziky v Kapském Městě. Jamesův žák Cormack tu po bakalářském stupni ve fyzice roku 1944 dosáhl o rok později magisterského stupně v krystalografii.

Svému oblíbenému sportu se Cormack oddával i postgraduálně. V roce 1947 podnikl výstup na Stolovou horu se studentem Aaronem Klugem, horolezcem méně zdatným, který uklouzl a bezmocně visel na laně, díky Allanově pomoci však výlet přežil, aby 35 let nato mohl jako druhý Jamesův žák (po Cormackovi) přijmout Nobelovu cenu (tentokrát za chemii). Téhož roku 1947 odcestoval Cormack do Anglie a v koleji sv. Jana Cambridgeské univerzity nastoupil ke studijnímu pobytu v Cavendishově fyzikální laboratoři. Stal se tu spolu s dalším Jihoafričanem, Australanem a dvěma Kanaďany členem pětice doktorandů z dominií, čelících sdílenému vnímání nerovnoprávnosti vůči domácím Britům vzájemnou podporou, spoluprací a přátelstvím na celý život. Cormackova doktorská práce o izotopu helia pod vedením profesora Otto Frische nakonec po 2 letech ztroskotala na tom, že ho mezitím v publikaci výsledků výzkumu předběhl jiný badatel.

Allan se raději vytratil. Místo doktorátu si z Anglie odvážel studentku fyziky Barbaru Jeanne Seaveyovou z amerického Bostonu, kterou v Cambridgi poznal na přednáškách Paula Diraca o kvantové mechanice. Dne 6. ledna 1950 se v Bostonu s Barbarou oženil a vrátil se s ní do Kapského Města, kde vzápětí nastoupil v univerzitním fyzikálním ústavu jako lektor. V následujících 6 letech prokazoval své výrazné učitelské vlohy a s velmi chudým vybavením se pokoušel o výzkum, zpočátku také na poli mikrobiologie.

V roce 1956 vstoupil lektor fyziky Cormack poprvé na půdu medicíny: kapská Nemocnice Groote Schuur tehdy nečekaně ztratila lékařského fyzika. Bez kvalifikovaného pracovníka jí podle předpisů hrozilo uzavření, hledala proto pomoc všude a ukázalo se, že jaderné fyzice rozumí v Kapském Městě pouze Allan Cormack, z několika dalších jaderných fyziků v celé zemi je pak ten nejbližší 600 mil odsud. Kapská univerzita tedy vyslala Cormacka, aby jeden a půl dne každého týdne v příštích 18 měsících dohlížel v Nemocnici Groote Schuur na izotopovou léčbu. Když mu tamní radioterapeut Muir Grieve ukazoval dosavadní postup stanovování dávky paprsků X pro radioterapii rakoviny v různých místech těla, nestačil se Cormack divit: Jak mohou docílit vůbec nějaké přesnosti, když neznají koeficienty útlumu, koeficienty pohltivosti paprsků X různými tkáněmi? Jeho původní pohnutkou bylo zlepšit plánování radioterapie.

Pojal tento problém jako matematický a uvědomil si, že matematika plánování léčby bude důležitá i pro diagnostické účely. Na základě pochopení, že obraz prostorového předmětu může být rekonstruován z nekonečného počtu plošných průmětů, a s vědomím, že výsledky zobrazení průchodu paprsků X předmětem závisejí na skladbě vnitřních struktur a liší se s každou změnou směru, mořil se ve volném čase s konstrukcí základních rovnic, až sestavil matematický vzorec pro složení přesného obrazu z nesčetných dat získaných křižováním paprsků X v těle různými směry, a tak vypracoval matematický základ pro konstrukci obrazu výpočetní tomografie. Po tomto teoretickém vyřešení problému sestrojil prototyp snímače pro výpočetní osovou tomografii, naprogramoval jednoduchý počítač pro trojrozměrnou reprodukci a prováděl experimenty na fantomových modelech z hliníku a dřeva, z hliníku a polymetylmetakrylátu a na koňských a vepřových kotletách.

Po vědecké dovolené v Cyklotronové laboratoři Harvardovy univerzity v letech 1956–1957 se rozhodl následovat svou ženu do její vlasti. Na podzim 1957 přijal profesuru na Tuftsově univerzitě v Medfordu u Bostonu. Manželé Cormackovi s dcerami Margaret a Jean a synem Robertem žili od samého počátku v massachusettském městečku Winchester severně od Bostonu. Cormack si oblíbil tamní systém přímé demokracie a celá rodina užívala půvabů Nové Anglie zvláště v letních měsících kolem jezera Winnipesaukee ve státě New Hampshire.

I na univerzitě v Medfordu zůstával především jaderným fyzikem. Současně se v Massachusettské všeobecné nemocnici zabýval protonovou léčbou a pozitronovou emisní tomografií. Ve volném čase však výzkum započatý v Kapském Městě, jímž položil základy výpočetní osové tomografie, nepřerušil a dotáhl jej v letech 1963 a 1964 ke dvojdílné publikaci (Representation of a Function by Its Line Integrals, with Some Radiological Applications I. J Appl Phys 1963; 34: 2722–2727, II. J Appl Phys 1964; 35: 2908–2912). Odezvy se nedočkal, ale netrápil se tím, jeho hlavní zájmovou oblastí zůstávala jaderná fyzika a fyzika částic. V roce 1971 pak náhodou objevil článek, v němž rakouský matematik (a děčínský rodák) Johann Radon ukázal už roku 1917, že obraz prostorového předmětu lze rekonstruovat z nekonečného počtu plošných průmětů.

Zatímco teoretický fyzik Allan Cormack pracoval v základním výzkumu a nebyl bytostně spjat s otázkami jeho aplikace, Angličan Godfrey Newbold Hounsfield, elektrotechnický inženýr pracující za 2. světové války na technickém vývoji radarových systémů a po válce zaměstnanec Ústředních výzkumných laboratoří EMI Ltd., začal v roce 1967 nezávisle na Cormackovi svůj výzkum tomografie nejprve s užitím záření gama a počítače na tehdejší úrovni. Na semináři Britského ústavu radiologie v dubnu 1972 představil Hounsfield výsledky dosažené s užitím snímače EMI.

V následujících letech prošla výpočetní tomografie strmým rozvojem a brzy se ukázala nejvýznamnějším pokrokem v radiografii od Röntgenova objevu paprsků X v roce 1895. Bylo jen otázkou času, kdy se dočká Nobelovy ceny, a tvůrce prvního úspěšného snímače pro klinickou tomografii Godfrey Newbold Hounsfield byl všeobecně předpokládaným laureátem. Mnozí očekávali dělení ceny mezi něho a losangeleského neurologa Williama Oldendorfa, který už v roce 1961 předvedl prototyp jednoduchého tomografu, v němž zdroj paprsků X a detektor rotují kolem zkoumaného předmětu, 2 roky na to na něj získal patent a v roce 1975 s Hounsfieldem Laskerovu cenu. V roce 1979 byla Nobelova cena skutečně udělena „za vývoj výpočetní tomografie“ a laureáty se stali podle očekávání Hounsfield a pro mnohé nečekaně Cormack, o jehož volbě podle názoru opomenutého Oldendorfa rozhodlo vyvinutí matematického algoritmu pro přesnou rekonstrukci obrazů.

Allan Cormack, od roku 1964 řádný profesor Tuftsovy univerzity, od roku 1966 naturalizovaný občan USA a od roku 1978 nositel nejvyšší pocty Tuftsovy univerzity, Ballouovy medaile, byl v Medfordu spokojen. Kromě trochy letního plavání a výletů na plachetnici vedl sedavý život, v němž spoustu času trávil četbou. Od prvních rozhovorů o ekologických problémech s profesorem Johnem Dayem kolem roku 1950 a od četby knihy Konrada Lorenze „Prsten krále Šalamouna“ přitahovalo jeho rostoucí zájem studium živočichů, neboť nás mohou mnoho naučit o člověku, a studium člověka samého jakožto živočicha. Zároveň sílilo jeho rozčarování z toho, co nám o podstatě člověka říkají osvícenští a náboženští myslitelé a doktrinářští političtí teoretici. Po knize Edwarda Wilsona „O lidské přirozenosti“ se v roce 1979 chystal na Wilsonovu „Sociobiologii,“ nejprve však musel přečkat dva hektické měsíce do stockholmské nobelovské přednášky 8. prosince (Early Two-Dimensional Reconstruction and Recent Topics Stemming from It. Med Phys 1980; 7: 277–282, Science 1980; 209: 1482–1486, J Comput Assist Tomogr 1980; 4: 658–664) a do slavnosti předání cen 10. prosince.

O Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu se tentokrát dělili dva badatelé, kteří nikdy nepracovali spolu a poprvé v životě se potkali až teď ve Stockholmu. Byla to zvláštní dvojice: ve vědeckých kruzích málo známý Cormack, až dosud nevyznamenaný žádnou z těch cen, jaké té Nobelově obvykle předcházejí, neměl ani doktorát – stejně jako Hounsfield, člověk sice mnohem známější, ale krajně plachý, který si přál, aby tříminutovou nobelovskou přijímací řeč proslovil za oba dva Cormack. Ten mu vyhověl, navíc pak při banketu opět za oba prohlásil: „Bez velké nadsázky lze říci, že to, co Hounsfield a já víme o medicíně a fyziologii, vešlo by se na malý tiskopis receptu.“

I v následujících letech pokračoval Allan Cormack ve výzkumu na poli radiační léčby. Distribuci dávek při rotační terapii zářením X (A Problem in Rotation Therapy with X Rays. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1987; 13: 623–630) řešil také se synem Robertem (A Problem in Rotation Therapy with X-Rays: Dose Distributions with an Axis of Symmetry. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1987; 13: 1921–1925; s Robertem A. Cormackem). Vedle toho se věnoval i humanitárním a vědecko-etickým otázkám. V roce 1990 byl vyznamenán americkou Národní medailí za vědu. O 7 let později mu našli rakovinu žlučovodu a 7. května 1998 ve Winchesteru zemřel. Urna s jeho popelem byla uložena k jedné žulové skále v New Hampshire. Od roku 2002 je Allan Macleod Cormack spolu s exprezidenty Frederikem Willemem de Klerkem a Nelsonem Mandelou jedním ze šesti prvních nositelů nejvyššího jihoafrického vyznamenání – Mapungubweského řádu.

MUDr. Pavel Čech

Kabinet dějin lékařství 3. LF UK

Ruská 87, 100 00 Praha 10

e-mail: pavel.cech@lf3.cuni.cz