GODFREY NEWBOLD HOUNSFIELD
(1919 –2004)

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.

Ve vsi Suttonu na řece Trentu ve středoanglickém Nottinghamském hrabství koupil ocelářský pracovník Thomas Hounsfield po 1. světové válce malou farmu a přivedl sem svou ženu a čtyři děti. Jako páté a poslední zde 28. srpna 1919 přišel na svět chlapec Godfrey. Tichého, spíše do sebe uzavřeného benjamínka nechávali sourozenci (dva bratři a dvě sestry), aby se staral sám o svou zábavu, a on ji ve všech koutech farmy nacházel v každé mlátičce, samovazu či generátoru. Od 11 let se Godfrey projevoval jako důmyslný technik i dobrodružný výzkumník: Stavěl elektrické nahrávací přístroje, pro vesnické kino sestrojil promítačku, se stohu sena se snášel na kluzáku vlastní konstrukce, výbuchem acetylenu vystřeloval vodou naplněné sudy do výše až 1000 stop.

V nedalekém Newarku navštěvoval Magnusovu střední školu založenou roku 1532 kaplanem krále Jindřicha VIII. Thomasem Magnusem. Přes zřejmé vlohy pro fyziku a matematiku tam ale k vynikajícím žákům nepatřil. Když s nevalnou zásobou znalostí, zato s vyvinutým smyslem pro praktické inženýrství nastoupil v rýsovně místního stavitele, schylovalo se už k válce a na jejím prahu se Godfrey přihlásil ke Královskému letectvu jako dobrovolný záložník.

Jeho oddíl byl posádkou zpočátku v Královské přírodovědné koleji v Jižním Kensingtonu západně od Londýna, pak v Cranwellské radarové škole v Lincolnském hrabství. Tam Godfrey ve volném čase přečetl spoustu literatury o radiokomunikacích, absolvoval kurz a byl přijat jako instruktor radarové mechaniky. Sestrojením velkoplošného osciloskopu pro výukové účely si vysloužil čestné uznání a upoutal pozornost vicemaršála letectva Johna Reginalda Cassidyho. Když pak desátník Hounsfield po válce odcházel do civilu, získal díky Cassidymu stipendium ke studiu na Elektro-inženýrské koleji Faradayova domu v Londýně, z níž sice nemohl vyjít jako autorizovaný inženýr, získal však alespoň diplom Faradayova domu, který už zůstane jeho nejvyšší dosaženou kvalifikací.

Dne 10. října 1949 (nikoli 1951, jak sám v autobiografii nedopatřením tvrdí a řada životopisců to po něm v dobré víře opakuje) vstoupil do služeb společnosti Electrical and Musical Industries (EMI), jejímž sídlem bylo město Hayes v hrabství Middlesex na západním okraji Londýna a jehož dlouholetým vrchním ředitelem byl absolvent Magnusovy školy v Newarku Joseph Lockwood. Hounsfield pracoval jako výzkumník nejprve na vývoji radarů a řízených střel, v roce 1958 už jako vedoucí návrhářské skupiny vyvinul první celotranzistorový počítač britské výroby EMIDEC 1100. Tranzistory zpočátku v rychlosti zaostávaly za elektronkami, potom však Hounsfield zavedl řízení tranzistorů magnetickou pamětí, čímž docílil obrácení tohoto poměru a uspíšil konec užívání elektronek. Po výprodeji počítačového oddělení v roce 1962 přeložila společnost EMI úspěšného konstruktéra do ústředních výzkumných laboratoří v Hayesu s úkolem vytvořit počítačovou paměť o milionu slov s přímým přístupem, a když z komerčních důvodů tento projekt padl, výběr příštího přenechali Hounsfieldovi.

Společnost EMI už několik let bohatnoucí prodejem nahrávek hudební skupiny The Beatles si mohla dovolit podporu i tak nákladného výzkumu, jaký se v Hounsfieldově hlavě zrodil při víkendové procházce po venkově, právě když Beatles ve studiu EMI na Abbey Road připravovali k vydání slavné album „Sgt. Pepper’s Lonely Hearts Club Band“ – v červnu 1967. Hounsfield přemítal o svém výzkumu radarových systémů vysílajících rádiové vlny z ústředního bodu všemi směry a pátrajících po strukturách kolem sebe a napadlo ho: Proč nezkusit obrácený přístup – vysílání zvnějška a odhalování skrytých struktur uvnitř? Rozhodl se zkoumat trojrozměrné předměty jako série dvojrozměrných řezů pomocí paprsků X, které kosti sice zobrazují zřetelně, měkké tkáně však rozlišují hůře, on však bude v řezech měřit útlum záření ve všech směrech jeho průchodu a obraz každého řezu i trojrozměrný obraz předmětu pak rekonstruovat v počítači.

Jako zaměstnanec průmyslové společnosti a bytostně samotářský vynálezce zůstával Hounsfield vzdálen od výzkumné činnosti a pracovních styků jiných badatelů na tomto poli. Valný přehled neměl ani o příslušné literatuře. Neznal článek děčínského rodáka a vídeňského matematika Johanna Radona z roku 1917 o rekonstrukci obrazu prostorového předmětu z nekonečného počtu plošných průmětů. Neznal publikaci losangeleského neurologa Williama Oldendorfa z roku 1961, představující prototyp jednoduchého tomografu, v němž zdroj záření i detektor kolem zkoumaného předmětu rotují. Neznal ani práci medfordského fyzika Allana Macleoda Cormacka z let 1963 a 1964, takže netušil, že obsahuje matematickou teorii pro rekonstrukci obrazu.

Nezávisle na všech tedy s užitím záření gama a počítačů na tehdejším raném stupni vývoje zahájil v roce 1967 výzkum, pro nějž si opatřil lože soustruhu a zdroj soustředěného záření gama (americium 241) k rotaci kolem snímaných předmětů (láhve, kousky plexiskla, později frontální řez mozkem vyňatým z lebky). Výsledkem zhruba 28 000 měření v 9 dnech a 2,5hodinové rekonstrukce počítačem při tloušťce řezu 13 mm, době snímání přes 4 minuty, rekonstrukční době 20 sekund a rozlišení 80 × 80 zobrazovacích bodů čili pixelů po 3 × 3 mm byl obraz s kontrastem dostatečným k rozlišování šedé a bílé mozkové hmoty. Zdroj záření gama později Hounsfield nahradil rentgenkou a dosáhl zkrácení doby měření na 9 hodin. Tak vynalezl metodu příčné axiální výpočetní tomografie (CAT, CT). V roce 1968 byl vynález patentován (A Method of and Apparatus for Measuring X or Gamma Radiation. UK Patent 1283915).

Svou technikou výpočetní tomografie tvořil Hounsfield obrazy biologických tkání s 1000krát větší citlivostí k rozdílům v absorpci záření X ve srovnání s tradiční radiografií převládající v rentgenologických odděleních nemocnic i v časných sedmdesátých letech 20. století. Valná většina tehdy vysoce konzervativní radiologické obce lpěla na starých rentgenových obrázcích a přínos Hounsfieldova vynálezu nebyla schopna docenit. Jeho snímky nevyvolaly velký zájem ani na Evropském radiologickém kongresu v Amsterdamu v létě 1971. Ke všemu ještě publikaci jeho článku zhatila stávka britských poštovních zaměstnanců.

Hounsfield chtěl postavit tomograf dostatečně velký ke snímkování celého těla v příčných řezech, ale i jeho příznivci jako neuroradiolog James Ambrose byli opatrnější a prosadili omezení na tomografii hlavy, kterou na rozdíl od trupu lze v nehybnosti držet i déle než tehdy potřebných 20 minut. Hounsfield vyvinul prototyp snímače pro vyšetřování hlavy EMI Mark I a instaloval jej nedaleko Hayesu ve wimbledonské Nemocnici Atkinsona Morleye, Ambrosově působišti. Dne 1. října 1971 tam pak provedl první klinické vyšetření člověka výpočetní tomografií, k němuž Ambrose vybral ženu s podezřením na tumor v mozkovém čelním laloku. Vyšetření CT zřetelně ukázalo cystu a také u následující desítky pacientů odhalila metoda spolehlivě choroby mozku v různých formách. Ambrose zvýraznil zobrazení injekcí jodové kontrastní látky.

Dne 20. dubna 1972 představil Hounsfield s Ambrosem první klinické obrazy ze snímače EMI na výročním kongresu Britského ústavu radiologie v Londýně a roku 1973 publikoval popis techniky výpočetní tomografie ve formátu souhrnu (Computerized Transverse Axial Tomography. Br J Radiol 1973; 46: 148–149; s Ambrosem) a článku (Computerized Transverse Axial Scanning /Tomography/. 1. Description of system. Br J Radiol 1973; 46: 1016–1022). Následovaly instalace tomografů v Londýně, Manchesteru a Glasgow, poté v Rochesteru a Bostonu, brzy pak na dalších místech po celém světě.

Snímač EMI vysloužil společnosti EMI Královninu cenu za technologickou inovaci. Řady neurologů, radiologů, fyziků, inženýrů a zpracovatelů dat zabývajících se tomografií po celém světě rostly. Na konci roku 1973 byl na trh uveden první komerční snímač EMI CT 1000 s dobou snímání sníženou na 20 s a počtem detektorů zvýšeným na 30, což umožnilo rekonstrukci obrazu s rozlišením 320 × 320 pixelů.

V roce 1974 Hounsfield (a současně s ním i Robert Ledley v americkém Georgetownu) sestrojil celotělový tomograf. První snímač pro výzkumné účely CT 5000 byl v roce 1975 instalován v Nemocnici v Northwickém parku na severozápadě Londýna a první snímky předvedeny na bermudské I. mezinárodní konferenci o výpočetní tomografii. Hounsfield byl zvolen za člena Královské společnosti a s Oldendorfem přijal Laskerovu cenu za základní lékařský výzkum.

V roce 1976 rozmnožil svou skrovnou bibliografii třemi články (Picture Quality of Computed Tomography. Am J Roentgen 1976; 127: 3–9, Historical Notes on Computerized Axial Tomography. J Can Assoc Radiol 1976; 27: 135–142, Computerized Axial Tomography: Estimation of Spatial and Density Resolution Capability. Br J Radiol 1976; 49: 604–611; s Ambrosem et al.). Téhož roku byl za svou koncepci a vývoj systému výpočetní tomografie vyznamenán komandérským Řádem britského impéria, rok nato pak Mullardovou cenou Královské společnosti.

Výpočetní tomografie se ukázala nejvýznamnějším pokrokem v radiografii od Röntgenova objevu paprsků X v roce 1895. Bylo jen otázkou času, kdy se dočká Nobelovy ceny. Všeobecně předpokládaným laureátem byl tvůrce prvního úspěšného snímače pro klinickou tomografii Godfrey Newbold Hounsfield, mnozí pak očekávali dělení ceny mezi něho a 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, kdy už na světě pracovalo kolem 1000 snímačů, byla Nobelova cena za fyziologii nebo medicínu skutečně udělena „za vývoj výpočetní tomografie.“ 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. Dne 8. prosince 1979 měl Hounsfield ve Stockholmu nobelovskou přednášku (Computed Medical Imaging. Med Phys 1980; 7: 283–290, Science 1982; 210: 22–28) a poprvé v životě potkal druhého laureáta. Plachý Hounsfield Cormacka požádal, aby tříminutovou nobelovskou přijímací řeč proslovil za oba. Cormack vyhověl a při banketu pak opět za oba řekl: „Bez velké nadsázky lze říci, že to, co Hounsfield a já víme o medicíně a fyziologii, by se vešlo na malý tiskopis receptu.“

Profesor Godfrey Newbold Hounsfield, povýšený v roce 1981 do rytířského stavu, pracoval až do svého odchodu na odpočinek v roce 1984 jako vedoucí výzkumník a v roce 1986 se stal konzultantem ústředních výzkumných laboratoří společnosti Thorn EMI. Sir Godfrey zásadně přispěl k rozvoji svého oboru i k pokroku lékařství, než uprostřed tohoto prudkého rozvoje 12. srpna 2004 v Kingstonu nad Temží v hrabství Surrey zemřel. Po starém mládenci nezůstal žádný potomek, jeho jméno však trvale nosí Hounsfieldova jednotka radiodenzity (HU) a Hounsfieldova stupnice, na níž vzduch má –1000 HU, voda 0 HU, houbovitá kost +400 HU, titan +1000 HU a kompakta až 2000 i více HU.

MUDr. Pavel Čech

Kabinet dějin lékařství 3. LF UK

Ruská 87, 100 00 Praha 10

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