Tấm ảnh X-quang đầu tiên của nhân loại và ngành kỹ thuật hình ảnh y học

Tia laser X-quang lớn nhất thế giới chụp hình 3 chiều phân tử

SKĐS - Chưa đầy 1 năm sau khi XFEL châu Âu (tia laser X-quang electron tự do) ra mắt ở Đức, nó đã cho thấy triển vọng trong nghiên cứu y khoa.

Lịch sử ra đời của tia X

Năm 1895, nhà vật lí Wilhelm Conrad Rontgen (1845-1923) trở thành người đầu tiên quan sát tia X, một tiến bộ khoa học quan trọng có thể đem lại lợi ích cho nhiều lĩnh vực khác nhau, hầu hết là trong y học.

Phát hiện của Rontgen đến rất tình cờ ở phòng thí nghiệm Wurzburg, Đức. Khi đó, ông đang nghiên cứu một trong những hiện tượng lạ mà đồng nghiệp của mình phát hiện ra: với một chút nhôm, họ có thể chuyển tia cathode (tia âm cực) lên một màn hình huỳnh quang đặt cạnh ống Crookes – Crookes tube (một ống kính mà bên trong là chân không, thứ thiết bị khoa học rất nổi tiếng hồi cuối những năm 1800), khi đó màn hình sẽ sáng lên.

Rontgen nhận ra được một sự lạ xuất hiện ở một điểm cách xa những cái ống Crookes kia: có một màn hình được phủ barium platinocyanide (thứ vật liệu huỳnh quang hay được dùng trong phim ảnh) cứ sáng lên mỗi lần có dòng điện đi qua ống Crookes. Ông không rõ rằng hiện tượng kì lạ này là gì và cố gắng lý giải nó bằng vô số các thử nghiệm cũng như ghi lại chi tiết từng lần thử một. Ông gọi những tia tạo ra ánh sáng này là tia X, vì bản chất chưa rõ của chúng. Ông lấy tia X soi lên nhiều loại vậy liệu khác nhau, nhận thấy rằng với những vật liệu nhất định tia X sẽ đi xuyên qua chúng.

Để kiểm chứng giả thuyết mới của mình, Rontgen đã nhờ vợ mình làm mẫu cho bức ảnh chụp bằng tia X đầu tiên – hình ảnh về xương bàn tay và chiếc nhẫn cưới của bà mà về sau được biết đến là bức rontgenogram đầu tiên. Ông đã phát hiện ra rằng khi đặt trong bóng tối hoàn toàn, tia X sẽ đi xuyên qua các vật thể có mật độ vật chất khác nhau, từ đó dựng lại khá rõ các cơ bắp và thớ thịt trên bàn tay của vợ ông. Những đoạn xương và chiếc nhẫn dày hơn thì sẽ để lại những bóng đen trên một tấm phim đặc biệt được bao phủ chất barium platinocyanide. Bức ảnh này đã được giới thiệu trong hội nghị của Hội vật lý học thành phố Wurtzbourg (Đức) năm 1896 nhằm chứng minh khả năng đâm xuyên của tia X qua cơ thể con người.

Rontgen đã chôn chân trong phòng thí nghiệm của mình và tiến hành một loạt các thí nghiệm để hiểu rõ hơn về khám phá mới này. Ông biết rằng tia X xuyên qua da thịt người nhưng không để xuyên qua những chất có mật độ cao như xương hoặc chì và chúng có thể được chụp ảnh lại.

Ông đã gửi hình mẫu cho nhiều nhà vật lý học khắp Châu Âu, kèm theo báo cáo khoa học nêu chi tiết về khám phá của mình. Trong số người nhận có Arthur Schuster tại Đại học Manchester, chuyên gia nghiên cứu nhiều lĩnh vực khác nhau của vật lý như từ tính, quang phổ học và thiên văn học.

Khi nhận được báo cáo nghiên cứu này năm 1896, Arthur Schuster đã tái dựng thí nghiệm này ngay trong khu vực nghiên cứu của mình. Ông chụp lại những bức hình khác nhau bằng tia X: những con cóc, những khớp xương, thậm chí là bàn chân của con mình. Arthur Schuster nhận ra được những lợi ích quý giá về mặt y học của thứ tia kỳ lạ này.

Không đăng ký bằng sáng chế cho phát hiện của mình

Khám phá của Wilhelm Conrad Rontgen đã thu hút được nhiều sự chú ý tới từ cộng đồng khoa học và dư luận. Vào tháng 1/1896, ông đã tiến hành bài giảng công khai đầu tiên về tia X, đồng thời trình diễn khả năng chụp hình các khớp xương ẩn sau các thớ thịt của loại tia này.

Nhờ có tia X mà lần đầu tiên các bác sĩ nhìn thấy bên trong cơ thể người mà không cần phẫu thuật. Năm 1897, tia X lần đầu tiên được sử dụng trên chiến trường quân sự, trong chiến tranh Balkan để tìm các mảnh đạn và vị trí xương gãy bên trong cơ thể bệnh nhân.

Những giải thưởng danh tiếng đến với Rontgen ngay sau đó. Huy chương, bằng danh dự, những đường phố được đặt tên ông... Năm 1901, ông đoạt giải thưởng Nobel Vật lý. Dù vậy Rontgen vẫn quyết định không lấy bằng sáng chế cho phát hiện của mình, vì ông cảm thấy những tiến bộ khoa học thuộc về toàn nhân loại và không nên được dùng cho mục đích kiếm lời.

Vì không đăng ký xin cấp bằng sáng chế cho tia X thế nên công nghệ này nhanh chóng được áp dụng vào cả y học lẫn trong đời sống hàng ngày. Bên cạnh những lợi ích mà tia X mang lại cho y học nhưng các nhà khoa học cũng chưa hiểu rõ về tác hại của tia bức xạ. Ban đầu, người ta tin rằng tia X đi xuyên qua da thịt cũng vô hại như ánh sáng, nhưng sau vài năm các nhà nghiên cứu bắt đầu ghi nhận các trường hợp bị bỏng và tổn thương da sau khi tiếp xúc với tia X. Năm 1904, Clarence Dally (trợ lý của Thomas Edison) - người đã làm việc rất nhiều với tia X đã bị phơi nhiễm phóng xạ nặng, qua đời vì ung thư da.

Suốt những thập niên 1930, 1940 và 1950 nhiều cửa hàng giày của Mỹ trang bị máy quang phổ sử dụng tia X để khách hàng có thể nhìn thấy xương ở chân họ; phải đến tận những năm 1950 hành động này mới bị xem là nguy hiểm.

Phát hiện ra tia X của Wilhelm Conrad Rontgen được xem là một phép lạ y học và tia X sớm trở thành một công cụ chẩn đoán quan trọng trong y học. Cái tên Wilhelm Roentgen trở nên nổi tiếng và thông dụng – người ta thường gọi tia X là tia rơn-gen. Đến nay, y học gọi là tia X, X-quang cho ngắn gọn, phiên bản hiện đại của tia X gần như vô hại. Tuy nhiên, cụm từ "Roentgen" vẫn còn được sử dụng làm đơn vị đo mức bức xạ và trong tiếng Đức, tia X vẫn còn được biết tới là tia Roentgen – tia rơn-gen.

Ngày nay, tia X là công cụ chính trong lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh, phát hiện các vấn đề về nội tạng trong cơ thể con người. Ngoài y học, tia X còn được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp, phân tích vật liệu và các thiết bị như máy quét an ninh sân bay.