सीमाओं को तोड़ना: भौतिकविदों ने फिजियोलॉजी या मेडिसिन के लिए नोबेल पुरस्कार कैसे जीता

भौतिकविदों को हमेशा जैविक और चिकित्सा भौतिकी में रुचि रही है, फ्रांसिस क्रिक और मौरिस विल्किंस ने प्रसिद्ध रूप से साझा किया है 1962 फिजियोलॉजी या मेडिसिन के लिए नोबेल पुरस्कार डीएनए की संरचना को स्पष्ट करने के लिए (जीवविज्ञानी जेम्स वॉटसन के साथ)।

लेकिन चिकित्सा भौतिकी में दो अन्य बड़ी सफलताओं - एक्स-रे कंप्यूटेड टोमोग्राफी (सीटी) और चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) की शुरूआत - ने भी अपने आविष्कारकों को फिजियोलॉजी या मेडिसिन नोबेल पुरस्कार दिलाया।

टोमोग्राफी सिद्धांत से निपटना

1901 में एक्स-रे की खोज के लिए विल्हेम रोएंटजेन को भौतिकी का पहला नोबेल पुरस्कार मिलने से पहले ही, हम जानते थे कि उनका उपयोग शरीर के आंतरिक भाग की छवि बनाने के लिए किया जा सकता है। उन्होंने तेजी से कई प्रकार के चिकित्सा अनुप्रयोगों की शुरुआत की; लेकिन यह सीटी स्कैनिंग का विकास था - जिसमें क्रॉस-सेक्शनल और 3डी छवियां बनाने के लिए एक्स-रे को शरीर के माध्यम से विभिन्न कोणों पर भेजा जाता है - जिसने मेडिकल एक्स-रे इमेजिंग की क्षमता का काफी विस्तार किया।

उस काम को 1979 में मान्यता मिली जब भौतिक विज्ञानी एलन कॉर्मैक को फिजियोलॉजी या मेडिसिन के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।कंप्यूटर सहायता प्राप्त टोमोग्राफी के विकास के लिए”, एक सम्मान जो उन्होंने इंजीनियर गॉडफ्रे हाउंसफील्ड के साथ साझा किया।

दक्षिण अफ्रीका के जोहान्सबर्ग में जन्मे कॉर्मैक को कम उम्र में ही खगोल विज्ञान में रुचि हो गई थी। इसके बाद उन्होंने केप टाउन विश्वविद्यालय में इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग का अध्ययन किया, लेकिन कुछ वर्षों के बाद उन्होंने इंजीनियरिंग छोड़ दी और भौतिकी की ओर रुख किया। भौतिकी में बीएससी और क्रिस्टलोग्राफी में एमएससी पूरी करने के बाद वह कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय की कैवेंडिश प्रयोगशाला में डॉक्टरेट छात्र के रूप में काम करने के लिए यूके चले गए। कॉर्मैक एक व्याख्याता के रूप में केप टाउन लौट आए और हार्वर्ड विश्वविद्यालय में विश्राम के बाद 1957 में संयुक्त राज्य अमेरिका में टफ्ट्स विश्वविद्यालय में भौतिकी के सहायक प्रोफेसर बन गए। नोबेल पुरस्कार विजेता के लिए असामान्य रूप से, कॉर्मैक ने वास्तव में कभी पीएचडी अर्जित नहीं की।

टफ्ट्स में, कॉर्मैक की मुख्य गतिविधियाँ परमाणु और कण भौतिकी थीं। लेकिन जब उनके पास समय था, उन्होंने अपनी अन्य रुचि - "सीटी स्कैनिंग समस्या" को आगे बढ़ाया। सैद्धांतिक दृष्टिकोण से, वह जैविक प्रणाली में सही रेडियोग्राफिक क्रॉस-सेक्शन प्रदर्शित करने के लिए स्थितियों का विश्लेषण करने वाले पहले व्यक्ति थे।

टोमोग्राफिक छवि पुनर्निर्माण के सैद्धांतिक आधार विकसित करने के बाद, उन्होंने 1963 और 1964 में अपने परिणाम प्रकाशित किए। कॉर्मैक ने कहा कि उस समय, इन पत्रों पर "व्यावहारिक रूप से कोई प्रतिक्रिया नहीं थी", इसलिए उन्होंने अनुसंधान और शिक्षण के अपने सामान्य पाठ्यक्रम को जारी रखा। हालाँकि, 1971 में, हाउंसफील्ड और उनके सहयोगियों ने पहला सीटी स्कैनर बनाया और सीटी स्कैनिंग में रुचि बढ़ गई।

दिलचस्प बात यह है कि कॉर्मैक और हाउंसफ़ील्ड ने दुनिया के विभिन्न हिस्सों में बिना किसी सहयोग के एक समान प्रकार का उपकरण बनाया। उनके स्वतंत्र प्रयासों की बदौलत, सीटी स्कैन अब आधुनिक चिकित्सा में सर्वव्यापी है, जिसका उपयोग रोग निदान और निगरानी जैसे अनुप्रयोगों के साथ-साथ बायोप्सी या विकिरण चिकित्सा जैसे उपचारों के मार्गदर्शन के लिए किया जाता है।

एमआरआई का उद्भव

फिजियोलॉजी या मेडिसिन के लिए किसी भौतिक विज्ञानी को अगला नोबेल पुरस्कार 2003 में मिला था जब पीटर मैन्सफील्ड को (अमेरिकी रसायनज्ञ पॉल लॉटरबर के साथ) "के लिए" मान्यता दी गई थी।चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग से संबंधित खोजें”, जिसने आधुनिक एमआरआई का मार्ग प्रशस्त किया। यह तकनीक आंतरिक शरीर संरचनाओं का स्पष्ट और विस्तृत दृश्य प्रदान करती है और अब इसे नियमित रूप से चिकित्सा निदान, उपचार और अनुवर्ती कार्रवाई के लिए उपयोग किया जाता है। महत्वपूर्ण बात यह है कि, एक्स-रे-आधारित स्कैन के विपरीत, एमआरआई विषय को आयनीकृत विकिरण के संपर्क में नहीं लाता है।

मैन्सफील्ड ने मूल रूप से लंदन के क्वीन मैरी कॉलेज में भौतिकी का अध्ययन किया, जहां उनके स्नातक अनुसंधान ने ठोस बहुलक प्रणालियों का अध्ययन करने के लिए एक स्पंदित परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) स्पेक्ट्रोमीटर के निर्माण पर ध्यान केंद्रित किया। 1962 में अपनी पीएचडी प्राप्त करने के बाद, उन्होंने नॉटिंघम विश्वविद्यालय (जहां उन्होंने 1994 में अपनी सेवानिवृत्ति तक काम किया) में व्याख्यान लेने के लिए यूके लौटने से पहले, अर्बाना-शैंपेन में इलिनोइस विश्वविद्यालय में आगे एनएमआर अनुसंधान किया।

मैन्सफील्ड की पीएचडी और पोस्टडॉक ने उन्हें मानव इमेजिंग के लिए एनएमआर का उपयोग करने के विचार के लिए प्रेरित किया (एक तकनीक जिसे मूल रूप से परमाणु चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग कहा जाता था, लेकिन जल्द ही चिंताजनक रोगियों से बचने के लिए इसे केवल एमआरआई के रूप में बदल दिया गया)। और नॉटिंघम में अपने समय के दौरान मैन्सफील्ड ने कुछ महत्वपूर्ण सफलताएं हासिल कीं, जिससे उन्हें नोबेल पुरस्कार मिला।

1970 के दशक के मध्य में, मैन्सफील्ड ने एक जीवित मानव विषय की पहली एमआर छवियां बनाईं: उनके एक शोध छात्र की उंगली। उनकी टीम ने पूरे शरीर का एमआरआई प्रोटोटाइप विकसित किया, जिसका परीक्षण उन्होंने स्वेच्छा से किया। साथी वैज्ञानिकों की चेतावनी के बावजूद कि यह संभावित रूप से खतरनाक हो सकता है, मैन्सफील्ड "काफ़ी हद तक आश्वस्त था कि कोई समस्या नहीं होगी"।

लॉटरबर के लिए, उन्होंने पाया कि चुंबकीय क्षेत्र में ग्रेडिएंट पेश करने से संरचनाओं की दो-आयामी छवियां बनाना संभव हो गया है जिन्हें अन्य तकनीकों द्वारा देखा नहीं जा सकता है। मैन्सफील्ड ने ग्रेडिएंट्स के उपयोग को और विकसित किया, जिसमें दिखाया गया कि कैसे पता लगाए गए संकेतों का गणितीय विश्लेषण किया जा सकता है और उपयोगी छवियों में परिवर्तित किया जा सकता है। उन्हें यह खोजने का श्रेय भी दिया जाता है कि इको-प्लानर इमेजिंग तकनीक का उपयोग करके एमआरआई स्कैनिंग के समय को कैसे काफी कम किया जाए।

इन दिनों दुनिया भर में हर साल लाखों एमआरआई परीक्षण किए जाते हैं और 1993 में मैन्सफील्ड को चिकित्सा विज्ञान में उनकी सेवाओं के लिए नाइट की उपाधि दी गई थी। यहां बीयर भी है (4.2% एबीवी)। सर पीटर मैन्सफील्ड एले) का नाम उनके सम्मान में रखा गया है।