50 năm chiếc máy chụp X-quang đầu tiên giúp bác sĩ nhìn thấu bên trong hộp sọ

Giúp NTDVN sửa lỗi

Thời Tam Quốc trong lịch sử Trung Quốc, Thần Y Hoa Đà nổi tiếng có y thuật cao siêu, kỹ năng hơn người có thể nhìn thấu trong sọ não Tào Tháo có khối u cần loại bỏ. Ngày nay người ta đã phát minh ra máy chụp CT đầu tiên cho phép các bác sĩ nhìn thấy bên trong một hộp sọ sống - nhờ một kỹ sư lập dị tại công ty thu âm của The Beatles cách đây 50 năm.

Khả năng những đồ vật quý giá được cất giấu trong những căn phòng bí mật thực sự có thể khơi dậy trí tưởng tượng. Vào giữa những năm 1960, kỹ sư người Anh Godfrey Hounsfield đã cân nhắc xem liệu người ta có thể phát hiện ra các khu vực ẩn trong kim tự tháp Ai Cập bằng cách chụp các tia vũ trụ đi qua các khoảng trống không nhìn thấy được bằng mắt thường.

Ông đã giữ vững ý tưởng này trong nhiều năm, nó gợi lên ý nghĩ làm thế nào để “quan sát được vào bên trong một chiếc hộp kín mà không cần mở nó ra”. Cuối cùng, anh ấy đã tìm ra cách sử dụng các tia năng lượng cao mở ra những hình ảnh mà mắt thường không nhìn thấy được. Ông đã phát minh ra một cách để nhìn bên trong hộp sọ cứng và có được hình ảnh của bộ não mềm bên trong.

Hình ảnh chụp cắt lớp vi tính đầu tiên - chụp CT - não người được thực hiện cách đây 50 năm, vào ngày 1 tháng 10 năm 1971. Hounsfield chưa bao giờ đến được Ai Cập, nhưng phát minh của ông đã đưa ông đến Stockholm và Cung điện Buckingham.

Kỹ sư điện tài ba

Những ngày đầu trong sự nghiệp của Godfrey Hounsfield không có mấy thành tựu. Ông ấy không phải là một học sinh có khả năng gì nổi bật. Khi còn là một cậu bé, các giáo viên của ông đã miêu tả anh ấy là “người dày”.

Ông gia nhập Lực lượng Không quân Hoàng gia Anh vào đầu Chiến tranh thế giới thứ hai nhưng không phải với tư cách là một người lính. Tuy nhiên, ông lại rất thích thú với việc lắp ráp và khám phá các thiết bị điện tử. Ông cũng đã phát minh ra được chiếc radar có thể chỉ dẫn cho các phi công tìm đường về đúng hướng trong những đêm tối, nhiều mây.

Sau chiến tranh, Hounsfield lấy bằng kỹ sư. Ông bắt đầu công việc kinh doanh của mình tại EMI - công ty thu hút nhiều sự chú ý hơn ở lĩnh vực bán các album của Beatles, nhưng khởi đầu là Electric and Music Industries, tập trung vào điện tử và kỹ thuật điện.

Tài năng thiên bẩm của Hounsfield đã giúp ông trở thành người dẫn đầu nhóm chế tạo máy tính tiên tiến lớn nhất hiện có ở Anh. Nhưng đến những năm 60, EMI muốn thoát khỏi sự cạnh tranh trong thị trường máy tính và không biết phải làm gì với một kỹ sư tài giỏi nhưng có vẻ lập dị.

Trong một kỳ nghỉ buộc phải suy nghĩ về tương lai của mình và những gì có thể làm cho công ty, Hounsfield đã gặp một bác sĩ phàn nàn về chất lượng chụp X-quang não bộ rất kém. Chụp X-quang chỉ đơn thuần cho thấy những chi tiết của xương, nhưng hình ảnh của bộ não thì mờ nhạt giống như một khối sương mù không thể quan sát được. Điều này khiến Hounsfield nghĩ về ý tưởng cũ của mình là tìm các cấu trúc ẩn mà không cần mở hộp sọ ra.

Hounsfield đã đưa ra một phương pháp mới để có thể nhìn thấy hình ảnh bên trong hộp sọ.

Giản đồ của ba chùm tia X xuyên qua một 'lát cắt' của não. Tia X chiếu qua từng 'lát cắt' của não, được định hướng ở mỗi độ từ 1 đến 180 theo hình bán nguyệt. (
Giản đồ của ba chùm tia X xuyên qua một 'lát cắt' của não. Tia X chiếu qua từng 'lát cắt' của não, được định hướng ở mỗi độ từ 1 đến 180 theo hình bán nguyệt. (Ảnh Edmund S. Higgins, CC BY-ND)

Đầu tiên, theo khái niệm, ông sẽ chia bộ não thành các lớp cắt liên tiếp - giống như một ổ bánh mì. Sau đó, ông dự định chiếu một loạt tia X qua mỗi lớp, lặp lại điều này cho mỗi độ của nửa vòng tròn. Cường độ của mỗi chùm sẽ được ghi lại ở phía đối diện của não - với các chùm sáng có cường độ mạnh hơn cho thấy chúng đã truyền qua vật thể mỏng hơn.

 

Tính toán cường độ của mỗi tia X khi nó đi qua vật thể và sử dụng một thuật toán ấn tượng, có thể tạo ra hình ảnh bên trong "chiếc hộp kín".
Tính toán cường độ của mỗi tia X khi nó đi qua vật thể và sử dụng một thuật toán ấn tượng, có thể tạo ra hình ảnh bên trong "chiếc hộp kín". (Ảnh Edmund S. Higgins, CC BY-ND)

Cuối cùng, Hounsfield đã tạo ra một thuật toán để tái tạo lại hình ảnh của bộ não dựa trên tất cả các lớp này. Đây có thể là phát minh tài tình nhất của ông. Với phương thức làm việc không chuyên nghiệp và sử dụng một trong những máy tính mới nhanh nhất thời đại, ông vẫn có thể tính toán giá trị cho từng hộp nhỏ của mỗi lớp não.

Nhưng có một vấn đề xảy ra: EMI không tham gia vào lĩnh vực y học và không muốn nghiên cứu về lĩnh vực đó. Công ty đã cho phép Hounsfield làm việc với sản phẩm mà ông phát minh ra với số tiền tài trợ ít ỏi. Ông ta buộc phải lục tung thùng phế liệu của các cơ sở nghiên cứu và lắp ráp một chiếc máy quét thô sơ vừa đủ đặt trên bàn ăn.

Ngay cả khi quét thành công các vật thể vô tri vô giác và sau này là bộ não bò kosher, sức mạnh của EMI vẫn bị áp đảo. Hounsfield cần tìm nguồn tài trợ bên ngoài nếu muốn tiếp tục với một máy quét người.

Hounsfield là một nhà phát minh tài giỏi, trực giác, nhưng không phải là một người có khả năng giao tiếp tốt. May mắn thay, anh có một ông chủ rất hiểu mình, Bill Ingham, người đã nhìn thấy giá trị trong những đề xuất của Hounsfield và đấu tranh với EMI để giữ cho dự án tiếp tục tồn tại.

Ông biết rằng không có khoản tài trợ nào mà họ có thể nhận được nhanh chóng, nhưng lý do rằng Bộ Y tế và An sinh xã hội của Vương quốc Anh có thể mua thiết bị cho các bệnh viện. Thật kỳ diệu, Ingham đã bán cho họ 4 chiếc máy quét trước khi chúng được chế tạo sản xuất với lượng lớn. Vì vậy, Hounsfield đã tổ chức một lực lượng công nhân chế tạo một máy quét an toàn và hiệu quả cho con người.

Trong khi đó, Hounsfield cần bệnh nhân thử máy của mình. Anh ta tìm gặp một nhà thần kinh học nhưng miễn cưỡng và đồng ý giúp đỡ. Nhóm nghiên cứu đã lắp đặt một máy quét kích thước đầy đủ tại Bệnh viện Atkinson Morley ở London, và vào ngày 1 tháng 10 năm 1971, họ đã quét bệnh nhân đầu tiên của mình: một phụ nữ trung niên có dấu hiệu của khối u não.

Quá trình quét não mất đến 30 phút và mất rất nhiều thời gian để ông lái xe khắp thị trấn với các cuộn băng từ, 2,5 giờ xử lý dữ liệu trên máy tính lớn EMI và chụp hình ảnh bằng máy ảnh Polaroid trước khi quay trở lại bệnh viện.

Chụp cắt lớp CT hiện đại cung cấp hình ảnh có độ phân giải cao hơn nhiều so với hình ảnh "lát cắt" não ban đầu của Hounsfield vào năm 1971.
Chụp cắt lớp CT hiện đại cung cấp hình ảnh có độ phân giải cao hơn nhiều so với hình ảnh "lát cắt" não ban đầu của Hounsfield vào năm 1971.

Có thể thấy một khối u nang có kích thước bằng quả mận trong não của bệnh nhân. Kể từ đó, mọi phương pháp chụp ảnh não khác đã lỗi thời.

Hàng triệu lần chụp CT mỗi năm

EMI, trong khi ông không có kinh nghiệm trong thị trường y tế, nhưng lại giữ độc quyền đối với một sản phẩm độc quyền với nhu cầu cao. Nó đã được đưa vào sản xuất và ban đầu rất thành công trong việc bán máy quét. Nhưng trong vòng năm năm, các công ty lớn hơn, giàu kinh nghiệm hơn với nhiều năng lực nghiên cứu hơn như GE và Siemens đã sản xuất máy quét tốt hơn và tăng doanh số bán hàng. EMI cuối cùng đã thoát khỏi thị trường kinh doanh lĩnh vực y tế - và trở thành một nghiên cứu điển hình về lý do tại sao có thể tốt hơn nếu hợp tác với một trong những ông lớn thay vì cố gắng đi một mình.

Phát minh của Hounsfield đã làm thay đổi lớn trong nền Y học thế giới. Ông từng nhận giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học năm 1979 và được Nữ hoàng phong tước Hiệp sĩ năm 1981. Ông tiếp tục nỗ lực với những phát minh cho đến những ngày cuối cùng của mình vào năm 2004, khi ông qua đời ở tuổi 84.

Năm 1973, Robert Ledley, người Mỹ, đã phát minh một máy quét toàn thân có thể hình ảnh các cơ quan khác, mạch máu và tất nhiên là cả xương. Máy quét hiện đại nhanh hơn, cung cấp độ phân giải tốt hơn, và quan trọng nhất, làm điều đó với ít tiếp xúc với bức xạ hơn. Thậm chí có cả máy quét di động.

Chụp cắt lớp CT hiện đại cung cấp hình ảnh có độ phân giải cao hơn nhiều so với hình ảnh "lát cắt" của não so với hình ảnh chụp ban đầu của Hounsfield được thực hiện vào năm 1971.

Đến năm 2020, các kỹ thuật viên đã thực hiện hơn 80 triệu lần quét hàng năm ở Hoa Kỳ. Một số bác sĩ cho rằng con số này là quá mức và có thể ⅓ là không cần thiết. Mặc dù điều đó có thể đúng, nhưng chụp CT đã mang lại lợi ích cho sức khỏe của nhiều bệnh nhân trên khắp thế giới, giúp xác định khối u và xác định xem có cần phẫu thuật hay không. Chúng đặc biệt hữu ích trong việc tìm kiếm nhanh các vết thương bên trong sau tai nạn trong phòng chống cháy nổ.

Và hãy nhớ lại ý tưởng của Hounsfield về các kim tự tháp. Năm 1970, các nhà khoa học đã đặt máy dò tia vũ trụ trong buồng thấp nhất trong Kim tự tháp Khafre. Họ kết luận rằng không có căn phòng bí ẩn nào tồn tại bên trong kim tự tháp này. Vào năm 2017, một nhóm nghiên cứu khác đã đặt máy dò tia vũ trụ ở Đại kim tự tháp Giza và tìm thấy một căn phòng ẩn giấu nhưng không thể tiếp cận được. Và ít có khả năng nơi này sẽ sớm được khám phá.

Ngọc Mai

Bạn bình luận gì về tin này?

Khoa học Công nghệ


BÀI CHỌN LỌC

50 năm chiếc máy chụp X-quang đầu tiên giúp bác sĩ nhìn thấu bên trong hộp sọ