Kỷ niệm 120 năm ngày X-quang ra đời, cùng nhìn lại X-quang đã thay đổi thế giới như thế nào

Tác giả: Richard Gunderman, MD, PhD, Indiana University | Dịch giả: Hannah

                         (claudiobaba/iStock)

Chủ nhật ngày 8 tháng 11 đánh dấu kỷ niệm 120 năm một trong những khoảnh khắc vĩ đại nhất của lịch sử khoa học: khám phá tia X của một giáo sư vật lý người Đức vô danh. Tên ông là Wilhelm Roentgen, và trong 6 tuần lễ sau đó, ông đã cống hiến gần như từng phút giây để khám phá ra những đặc tính của loại tia mới trước khi công bố phát hiện của mình với thế giới. Chỉ trong vòng vài tháng, các nhà khoa học trên toàn thế giới đã thử nghiệm loại tia mới được phát hiện. Khám phá của Roentgen và ảnh hưởng mang tính cách mạng sau này của X quang là một trong những câu chuyện vĩ đại nhất của khoa học.

Chân dung Wilhelm Roentgen (Wikimedia Commons)

Khám phá của Roentgen đã mở ra cánh cửa đến những vùng không nhìn thấy được trong cơ thể con người và mở ra một chuyên khoa hoàn toàn mới, khoa X quang. Là một bác sĩ siêu âm X quang, tôi cảm thấy vô cùng ấn tượng trước cách tia X làm thay đổi sự nhìn nhận của con người về bản thân và thế giới – nhiều đến mức tôi thậm chí còn viết cuốn sách về nó, Tầm nhìn của X-quang . Câu chuyện rất dài, nhưng bài viết này chỉ tóm tắt lại vài điểm chính.

Roentgen phát hiện X-quang như thế nào

Sinh ra ở Đức vào năm 1845, Roentgen có một sự nghiệp khá mờ nhạt khi còn là sinh viên, nhưng cuối cùng ông cũng tốt nghiệp tiến sĩ và được làm việc tại Đại học Wurzburg. Tại đây, ông nghiên cứu tác dụng của dòng điện đi xuyên qua các ống chân không.

Vào một ngày định mệnh tháng 10 năm 1895, ông quan sát thấy rằng, mặc dù có sự hiện diện của một rào cản các-tông, một ống chân không vẫn khiến một màn hình gần đó phát huỳnh quang (ánh sáng). Roentgen nói rằng, “Tôi không nghĩ gì cả. Tôi bắt tay vào khảo sát.” Ngay sau đó, ông lập giả thuyết rằng cái ống đó đã phát ra một tia sáng mới, không nhìn được bằng mắt thường, và có thể thâm nhập vào các vật thể rắn.
Mượn thuật ngữ truyền thống của vật lý học cho những điều còn chưa biết, “X”, Roentgen đặt tên tia bức xạ mới là “X-quang.” Trong vòng hai tuần sau khám phá đó, ông đã tạo ra hình ảnh X-quang đầu tiên của con người, cho thấy xương bàn tay đeo nhẫn của vợ ông Bertha.
Phát hiện của ông quá bất ngờ, đến mức khi ông công bố bài báo đầu tiên về đặc tính của loại tia mới, nhà vật lý nổi tiếng nhất trên thế giới, Lord Kelvin, người được lấy tên đặt tên cho thang nhiệt kế, cho rằng loại tia này là một trò lừa bịp. Tất nhiên, các nhà khoa học trên thế giới đã sớm nhận ra điều ngược lại.
Nhờ phát hiện của mình, Roentgen đã nhận được rất nhiều giải thưởng, bao gồm cả giải thưởng Nobel đầu tiên về vật lý năm 1901.
Mặc dù được bạn bè và đồng nghiệp thúc giục, họ muốn ông làm giàu từ phát hiện tia X, Roentgen đã từ chối nộp đơn xin cấp bằng sáng chế và thậm chí tặng toàn bộ tiền thưởng từ giải Nobel (tương đương 1,2 triệu USD ngày nay) cho trường đại học của mình. Ông vững tin rằng những khám phá như vậy là tài sản của cả nhân loại. Khi Roentgen mất vào năm 1923, ông rơi vào cảnh cơ hàn, tiền tiết kiệm của ông bị bốc hơi bởi lạm phát sau Thế chiến I.

X-quang là gì?

Bản thân X-quang là một dạng bức xạ điện từ, gồm các photon giống như ánh sáng có thể nhìn thấy, sóng ngắn, và sóng radio, chỉ dao động ở bước sóng ngắn hơn nhiều và tần số cao hơn nhiều. Điều này cho phép chúng đi xuyên qua các vật thể rắn như gỗ, quần áo và mô của con người.
Khi chụp hình ảnh X-quang y tế, một chùm tia X đi qua cơ thể bệnh nhân và được nhận bởi tấm phim ở đầu bên kia. Chùm tia X có thể được hấp thụ bởi các bộ phận đậm đặc của cơ thể như xương, nhưng những bộ phận khác của cơ thể vẫn để cho tia X xuyên qua, vùng mà tia X xuyên qua sẽ có màu đen, trong khi vùng mà tia X bị hấp thu như tổ chức xương thì hiện ra màu trắng.
X-quang đã cách mạng hóa tầm nhìn của con người về thế giới. Nó cung cấp thông tin về những lĩnh vực rất vi mô trước đây không thể thấy được, thông qua tinh thể học X-quang. Kỹ thuật chụp ảnh cấu trúc phân tử được tiên phong bởi đội ngũ cha và con trai William H và William L Bragg, người cùng chia sẻ giải Nobel Vật lý 1915. Nhiều thập kỷ sau đó, X-quang tinh thể cung cấp những hình ảnh được James Watson và Francis Crick sử dụng để suy ra cấu trúc xoắn kép của DNA.
X-quang cũng giúp vén màn cấu trúc của vũ trụ. Thiên văn học X-quang không thể thực hiện cho đến những năm 1960, bởi vì gần như tất cả tia X phát ra ngoài hành tinh bị hấp thụ bởi bầu khí quyển của Trái đất. Nhưng nhờ những máy dò gắn vào tên lửa và vệ tinh, các nhà thiên văn học đã bắt đầu phát hiện tia X năng lượng cao được phát ra từ các ngôi sao và các thiên hà có thể nhìn thấy từ xa, cũng như các vật thể chưa từng được biết trước đó và thực sự kỳ lạ như sao neutron và lỗ đen, có mật độ nhiều hơn hàng nghìn tỷ lần so với Mặt Trời.
Nhưng có lẽ quan trọng nhất trong các vật thể mà tia X khám phá được đó chính là cơ thể con người.
Gần như ngay sau khi phát hiện ra loại tia mới, các nhà khoa học và các bác sĩ đã bắt đầu sử dụng chúng để nhìn vào trong cơ thể mà không cần mổ nó mở ra như trước, và nhìn thấy được không chỉ những cấu trúc thông thường mà cả những chỗ gãy xương, viêm phổi và thậm chí cả các vật thể lạ, chẳng hạn như đồng xu nuốt vào bụng.
Tổng thống Mỹ James Garfield qua đời vào năm 1881 chủ yếu là do các bác sĩ của ông không thể xác định được vị trí viên đạn găm vào cơ thể của ông do một tên sát thủ ám sát, trong khi một thế kỷ sau đó, X-quang trong vài phút đã cho thấy viên đạn nằm ở ngực Tổng thống Ronald Reagan và giúp ông thoát chết.

Từ X-quang đến Chụp CT và vượt trên thế nữa

Các kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh mới hơn như chụp CT dựa trên khám phá của Roentgen, nhưng thay vì chiếu X-quang xuyên qua cơ thể của bệnh nhân từ một hướng duy nhất, những tia sáng được bắn ra từ nhiều góc độ khác nhau, tạo ra một hình ảnh hai chiều bên trong cơ thể sắc nét hơn nhiều.
Ngày nay, chụp CT đóng vai trò rất lớn trong chẩn đoán y tế. Một nghiên cứu gần đây trong một khoa cấp cứu cho thấy rằng, sau khi chụp CT ngực, chẩn đoán chủ đạo của bác sĩ điều trị đã thay đổi ở 42% trường hợp bệnh nhân, và sau khi chụp CT bụng đã thay đổi ở 51% trường hợp. Điều này là minh chứng cho tác động rất lớn của công nghệ X-quang trong việc chẩn đoán và điều trị y khoa, giúp nhiều bệnh nhân tránh những ca phẫu thuật không cần thiết và những người khác được điều trị cấp cứu nhanh hơn.
Khi các bác sĩ nội khoa hàng đầu tại Mỹ được yêu cầu nêu tên những sáng kiến y tế nào mà nếu không có nó th sẽ thật khó khăn khi hành nghề y, chụp CT nhận được nhiều bình chọn nhất cho đến nay.
Nhờ CT có mặt rộng rãi và với tốc độ tuyệt vời, các bác sĩ có thể xác định trong vòng vài phút bệnh nhân bị đau bụng là do viêm ruột thừa; đau ngực là do rách động mạch chủ; hoặc đau đầu nặng là do vỡ các mạch máu trong não hay không. Không lạ gì khi khoảng 80 triệu CT scan được thực hiện mỗi năm ở Mỹ.
Tất nhiên, việc sử dụng X-quang trong y học còn vượt ngoài việc chẩn đoán. Trong những năm ngay sau khám phá của Roentgen, một số nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng tia X được sử dụng để phát hiện ung thư ở các cơ quan như phổi và vú cũng có thể hỗ trợ điều trị những khối u như vậy, bằng cách phá hủy DNA của tế bào ung thư.
Ngày nay, xạ trị ung thư là một chuyên khoa riêng biệt, thường được dùng để giúp tiêu diệt các tế bào ung thư còn sót lại sau khi một khối u được phẫu thuật cắt bỏ. Nó cũng đóng một vai trò quan trọng trong khoa Chăm sóc giảm nhẹ, cho phép các bác sĩ làm giảm đau bằng cách thu nhỏ các khối u không thể giải phẫu.
Nhờ ánh sáng vô hình của Roentgen, ngày nay chúng ta hoạt động với một sự hiểu biết sâu sắc hơn về vũ trụ chúng ta đang sống, các phân tử và tế bào cấu tạo nên chúng ta và các căn bệnh đe dọa cuộc sống của chúng ta.
Chắc hẳn bản thân Roentgen cũng phải kinh ngạc bởi những ứng dụng của X-quang được áp dụng trong nhiều thập kỷ sau khi ông qua đời. Tuy nhiên, ông cũng nhắc nhở chúng ta rằng, trong vòng 120 năm tới, sẽ còn có nhiều tia X mới nữa được phát hiện.
Richard Gunderman là Giáo sư Hiệu trưởng Y khoa, Nghệ thuật Tự do và Bác ái tại Đại học Indiana.
Bài viết được đăng lần đầu tiên trên The Conversation