VNR Content
Pearl
Nguồn cảm hứng cho sự ra đời của phương pháp chụp cắt lớp vi tính (computed tomography - CT) đến từ cuộc trò chuyện tình cờ giữa kỹ sư Godfrey Hounsfield và một bác sĩ lạ mặt, diễn ra trong kỳ nghỉ của Hounsfield vào những năm 1960. Vị bác sĩ than phiền rằng hình ảnh chụp X quang của não bộ bị nhiễu hạt quá nặng và chỉ phản ánh được 2 chiều.
Hounsfield lúc bấy giờ đang là kỹ sư làm việc cho tập đoàn Electrical and Musical Industry (EMI) tại Hayes, Anh. Công ty này cực kỳ nổi tiếng với việc sản xuất và phân phối các bản thu âm của ban nhạc huyền thoại The Beatles; ngoài ra EMI cũng hoạt động trên lĩnh vực phát triển các thiết bị điện tử.
Khi Hounsfield quay trở lại làm việc sau kỳ nghỉ, ông đã mạnh dạn đề xuất một dự án với người giám sát của mình về ý tưởng phát triển cỗ máy có thể chụp được hình ảnh 3 chiều của bộ não. Về nguyên lý, chiếc máy sẽ chiếu các chùm tia X hẹp xuyên qua phần đầu người, sau đó một máy tính có nhiệm vụ sử dụng dữ liệu thu được để xây dựng một loạt các mặt cắt ngang, tổng hợp lại sẽ cho ra hình ảnh bộ não ở chế độ 3D.
Hounsfield đã hợp tác cùng các nhà thần kinh học để chế tạo chiếc máy; cuối cùng, vào năm 1971, họ đã tạo ra bản quét chụp cắt lớp vi tính đầu tiên của não người. Ngày nay, phương pháp chụp CT còn được sử dụng để xác định vị trí cục máu đông, khối u và nơi gãy xương.
Với phát minh của mình, Hounsfield được vinh danh là người đồng nhận giải Nobel Sinh lý và Y khoa năm 1979.
Máy quét của Hounsfield sau đó cũng được lưu danh với một giải thưởng IEEE Milestone được trao trong buổi lễ tổ chức ngày 26/10 tại EMI Old Vinyl Factory ở Hayes, Anh - nơi công nghệ chụp quét này được khai sinh và phát triển. Bộ phận IEEE Vương quốc Anh và Ireland đã đứng ra tài trợ cho đề cử này.
Trong thời gian phục vụ trong lực lượng Không quân Hoàng gia, Hounsfield đã tích lũy được những kiến thức cơ bản về thiết bị điện tử và radar. Năm 1951, ông gia nhập EMI, nơi ông đã gắn bó và phát triển các hệ thống vũ khí dẫn đường và radar; sau đó, mối quan tâm của Hounsfield đối với máy vi tính ngày càng lớn dần, cho đến năm 1958, ông là người có công lớn trong việc thiết kế Emidec 1100 - chiếc máy tính toàn bán dẫn đầu tiên sẵn có trên thị trường được sản xuất tại Anh.
Sau dự án đó, người giám sát của Hounsfield đã cảnh báo ông rằng công việc của ông sẽ gặp nguy hiểm nếu như không thể nghĩ ra một ý tưởng hay ho nào khác.
Godfrey Hounsfield và chiếc máy chụp CT đầu tiên
Đứng trước lời cảnh báo, Hounsfield chợt hồi tưởng lại cuộc trò chuyện với vị bác sĩ nọ trong kỳ nghỉ, về những phàn nàn đến từ hạn chế của hình ảnh X quang; từ ý tưởng đó, ông đã táo bạo đề xuất thực hiện một dự án mà sau này sẽ trở thành cha đẻ của máy chụp CT.
Cần phải nói thêm rằng, EMI thời điểm đó không phát triển hoặc sản xuất thiết bị y tế, cũng như không quan tâm đến việc tham gia vào lĩnh vực kinh doanh này, nhưng người giám sát của Hounsfield đã đặt niềm tin vào ý tưởng của ông và chấp thuận thực hiện nó. EMI không thể tài trợ toàn phần cho dự án, vì vậy Hounsfield đã phải thỉnh cầu và sau đó nhận được một khoản tài trợ trị giá khoảng 40,000 USD - tương ứng khoảng 300,000 USD theo tỷ giá năm 2022 - từ Bộ Y tế và Chăm sóc Xã hội Anh.
Máy chụp CT lần đầu tiên được thử nghiệm trên những bộ não người được bảo quản trong dung dịch formalin; thế nhưng không may, những bộ não này không hề lý tưởng vì thứ hóa chất bảo quản đã làm cứng các mô của chúng nghiêm trọng đến mức chúng không còn giống với vật chất não bình thường nữa (theo một bài báo về máy quét trên tờ The Jewish News of Northern California). Máy chụp CT vốn dĩ được thiết kế nhằm sử dụng trên cơ thể sống, vì vậy Hounsfield cùng các cộng sự đã tìm kiếm một bộ não tương tự như của con người để thử nghiệm.
Họ đặt mua hẳn những bộ não bò còn tươi về để nghiên cứu, vậy nhưng lại một lần không may nữa, những bộ não này cũng không thể sử dụng vì lí do những con bò đã bị làm choáng bởi sốc điện trước khi giết thịt; việc làm này khiến não của chúng chứa đầy máu và phần chất lỏng này đã cản trở khả năng quan sát các cấu trúc cơ quan của những nhà nghiên cứu.
Ambrose (mang trong mình một phần dòng máu Do Thái) đã đề nghị sử dụng bộ não bò kosher để nghiên cứu với lí do: thay vì bị làm choáng thì những con bò này lại bị chọc tiết tại tĩnh mạch cảnh; quá trình này rút sạch máu ra khỏi hộp sọ, giúp cho phép chụp CT được rõ ràng.
Sau nhiều lần thử nghiệm thành công, cuối cùng máy cũng đã sẵn sàng để thử trên người. Chiếc máy chụp được lắp đặt vào năm 1971 tại Bệnh viện Atkinson Morle (London) - nơi Ambrose làm việc. Bệnh nhân đầu tiên là một phụ nữ có dấu hiệu của một khối u não. Người phụ nữ nằm trên bàn khi chùm tia X được bắn xuyên qua hộp sọ từ một vị trí duy nhất phía trên đầu cô. Các chùm tia đi qua người phụ nữ rồi đâm vào một máy dò pha lê được đặt trong giàn nằm dưới đầu cô ta. Cả nguồn tia X lẫn máy dò đều di chuyển xung quanh người phụ nữ với số gia = 1 độ cho đến khi chúng quay đủ 180 độ, với việc mỗi thiết bị kết thúc ở điểm bắt đầu của thiết bị kia; điều này cho phép máy chụp mô tả bộ não trong các lớp riêng lẻ. Hounsfield ví von điều này với hình ảnh đặt bộ não “thông qua một máy thái thịt xông khói” (theo một bài báo về máy chụp trên trang web Siemens MedMuseum).
Máy dò ghi lại các tín hiệu tia X rồi chuyển dữ liệu đến máy tính; máy tính sau đó đã xây dựng một hình ảnh của bộ não bằng cách sử dụng kỹ thuật tái tạo đại số của nhà vật lý người Nam Phi Allan MacLeod Cormack. Kỹ thuật này xây dựng hình ảnh bằng cách điền vào một ma trận, với mỗi hình vuông tương ứng với một phần của cơ quan được kiểm tra (theo một thông cáo báo chí của Nobel về máy chụp). Vì máy dò tinh thể nhạy gấp 100 lần so với phim X-quang nên độ phân giải mật độ cũng cao hơn nhiều, làm cho hình ảnh có được vì thế mà cũng trở nên rõ ràng sắc nét. Hounsfield và Allan Macleod Cormack sau đó đã cùng đoạt giải Nobel danh giá vào năm 1979.
Quá trình quét mất 30 phút và việc xây dựng hình ảnh được vi tính hóa mất thêm hai giờ nữa. Hình ảnh cho thấy một khối nang có kích thước bằng quả mận trên thùy trán trái của nữ bệnh nhân.
EMI bắt đầu sản xuất máy chụp CT rồi bán chúng cho các bệnh viện, việc kinh doanh sớm gặt hái được thành công. Thế nhưng chỉ trong vòng năm năm, General Electric, Siemens và các công ty khác bắt đầu sản xuất máy quét toàn thân với các tính năng được nâng cao hơn. EMI cuối cùng đã phải ngừng sản xuất sản phẩm máy quét của mình vì không thể cạnh tranh với các nhà sản xuất khác.
Chương trình Milestone, được quản lý bởi Trung tâm Lịch sử IEEE và được duy trì bởi kinh phí đến từ các nhà tài trợ, thành lập nhằm ghi nhận những phát triển kỹ thuật nổi bật trên toàn thế giới.
Tấm bảng Milestone của máy quét CT, được trưng bày trên một bức tường bên ngoài Old Vinyl Factory, có nội dung:
Vào ngày 1 tháng 10 năm 1971, một nhóm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu EMI tọa lạc tại địa điểm này đã tạo ra hình ảnh bộ não của một bệnh nhân, sử dụng máy quét chụp cắt lớp vi tính bằng tia X lâm sàng đầu tiên trên thế giới, dựa trên các phát minh được cấp bằng sáng chế của Godfrey Hounsfield. Việc tận mắt nhìn thấy các hình ảnh X-quang có độ phân giải cao về cấu trúc bên trong cơ thể con người đã đánh dấu sự khởi đầu của một kỷ nguyên mới trong y học lâm sàng.
>>> Chỉ vì 1 cơn ho mà gãy đến 4 cái xương sườn, chuyện lạ khó tin!
Tham khảo: Spectrum
Hounsfield lúc bấy giờ đang là kỹ sư làm việc cho tập đoàn Electrical and Musical Industry (EMI) tại Hayes, Anh. Công ty này cực kỳ nổi tiếng với việc sản xuất và phân phối các bản thu âm của ban nhạc huyền thoại The Beatles; ngoài ra EMI cũng hoạt động trên lĩnh vực phát triển các thiết bị điện tử.
Khi Hounsfield quay trở lại làm việc sau kỳ nghỉ, ông đã mạnh dạn đề xuất một dự án với người giám sát của mình về ý tưởng phát triển cỗ máy có thể chụp được hình ảnh 3 chiều của bộ não. Về nguyên lý, chiếc máy sẽ chiếu các chùm tia X hẹp xuyên qua phần đầu người, sau đó một máy tính có nhiệm vụ sử dụng dữ liệu thu được để xây dựng một loạt các mặt cắt ngang, tổng hợp lại sẽ cho ra hình ảnh bộ não ở chế độ 3D.
Hounsfield đã hợp tác cùng các nhà thần kinh học để chế tạo chiếc máy; cuối cùng, vào năm 1971, họ đã tạo ra bản quét chụp cắt lớp vi tính đầu tiên của não người. Ngày nay, phương pháp chụp CT còn được sử dụng để xác định vị trí cục máu đông, khối u và nơi gãy xương.
Với phát minh của mình, Hounsfield được vinh danh là người đồng nhận giải Nobel Sinh lý và Y khoa năm 1979.
Máy quét của Hounsfield sau đó cũng được lưu danh với một giải thưởng IEEE Milestone được trao trong buổi lễ tổ chức ngày 26/10 tại EMI Old Vinyl Factory ở Hayes, Anh - nơi công nghệ chụp quét này được khai sinh và phát triển. Bộ phận IEEE Vương quốc Anh và Ireland đã đứng ra tài trợ cho đề cử này.
Phân phối các album của The Beatles, kiêm phát triển thiết bị y tế
Sau khi được phát minh vào năm 1896, máy chụp X quang nhanh chóng trở thành thiết bị tiêu chuẩn phải có trong các bệnh viện. Những chiếc máy loại này có thể cho ra hình ảnh chi tiết tuyệt vời của xương vì cấu trúc dày đặc của bộ phận này giúp hấp thụ tia X rất tốt (cụ thể, mô hình hấp thụ khiến cho cấu trúc xương được phản ánh bằng màu trắng trên phim chụp); ở chiều hướng ngược lại, các cơ quan có mô mềm như não bộ sẽ cho hình ảnh như phủ một lớp sương mù vì lý do đơn giản: các tia bức xạ hầu như đều đi xuyên qua chúng!Trong thời gian phục vụ trong lực lượng Không quân Hoàng gia, Hounsfield đã tích lũy được những kiến thức cơ bản về thiết bị điện tử và radar. Năm 1951, ông gia nhập EMI, nơi ông đã gắn bó và phát triển các hệ thống vũ khí dẫn đường và radar; sau đó, mối quan tâm của Hounsfield đối với máy vi tính ngày càng lớn dần, cho đến năm 1958, ông là người có công lớn trong việc thiết kế Emidec 1100 - chiếc máy tính toàn bán dẫn đầu tiên sẵn có trên thị trường được sản xuất tại Anh.
Sau dự án đó, người giám sát của Hounsfield đã cảnh báo ông rằng công việc của ông sẽ gặp nguy hiểm nếu như không thể nghĩ ra một ý tưởng hay ho nào khác.
Đứng trước lời cảnh báo, Hounsfield chợt hồi tưởng lại cuộc trò chuyện với vị bác sĩ nọ trong kỳ nghỉ, về những phàn nàn đến từ hạn chế của hình ảnh X quang; từ ý tưởng đó, ông đã táo bạo đề xuất thực hiện một dự án mà sau này sẽ trở thành cha đẻ của máy chụp CT.
Cần phải nói thêm rằng, EMI thời điểm đó không phát triển hoặc sản xuất thiết bị y tế, cũng như không quan tâm đến việc tham gia vào lĩnh vực kinh doanh này, nhưng người giám sát của Hounsfield đã đặt niềm tin vào ý tưởng của ông và chấp thuận thực hiện nó. EMI không thể tài trợ toàn phần cho dự án, vì vậy Hounsfield đã phải thỉnh cầu và sau đó nhận được một khoản tài trợ trị giá khoảng 40,000 USD - tương ứng khoảng 300,000 USD theo tỷ giá năm 2022 - từ Bộ Y tế và Chăm sóc Xã hội Anh.
Một máy chụp CT cho cả não người và não bò
Hounsfield đã hợp tác cùng các nhà thần kinh học James Ambrose và Louis Kreel để chế tạo nguyên mẫu chiếc máy chụp CT đầu tiên, nó đủ nhỏ để có thể đặt trên đỉnh bàn. Họ đã thử nghiệm máy trên những con lợn nhỏ; sau khi thành công trong việc tạo ra hình ảnh não bộ của chúng, ba nhà sáng chế đã bắt tay vào chế tạo một máy chụp với kích thước đầy đủ hơn.Máy chụp CT lần đầu tiên được thử nghiệm trên những bộ não người được bảo quản trong dung dịch formalin; thế nhưng không may, những bộ não này không hề lý tưởng vì thứ hóa chất bảo quản đã làm cứng các mô của chúng nghiêm trọng đến mức chúng không còn giống với vật chất não bình thường nữa (theo một bài báo về máy quét trên tờ The Jewish News of Northern California). Máy chụp CT vốn dĩ được thiết kế nhằm sử dụng trên cơ thể sống, vì vậy Hounsfield cùng các cộng sự đã tìm kiếm một bộ não tương tự như của con người để thử nghiệm.
Họ đặt mua hẳn những bộ não bò còn tươi về để nghiên cứu, vậy nhưng lại một lần không may nữa, những bộ não này cũng không thể sử dụng vì lí do những con bò đã bị làm choáng bởi sốc điện trước khi giết thịt; việc làm này khiến não của chúng chứa đầy máu và phần chất lỏng này đã cản trở khả năng quan sát các cấu trúc cơ quan của những nhà nghiên cứu.
Ambrose (mang trong mình một phần dòng máu Do Thái) đã đề nghị sử dụng bộ não bò kosher để nghiên cứu với lí do: thay vì bị làm choáng thì những con bò này lại bị chọc tiết tại tĩnh mạch cảnh; quá trình này rút sạch máu ra khỏi hộp sọ, giúp cho phép chụp CT được rõ ràng.
Sau nhiều lần thử nghiệm thành công, cuối cùng máy cũng đã sẵn sàng để thử trên người. Chiếc máy chụp được lắp đặt vào năm 1971 tại Bệnh viện Atkinson Morle (London) - nơi Ambrose làm việc. Bệnh nhân đầu tiên là một phụ nữ có dấu hiệu của một khối u não. Người phụ nữ nằm trên bàn khi chùm tia X được bắn xuyên qua hộp sọ từ một vị trí duy nhất phía trên đầu cô. Các chùm tia đi qua người phụ nữ rồi đâm vào một máy dò pha lê được đặt trong giàn nằm dưới đầu cô ta. Cả nguồn tia X lẫn máy dò đều di chuyển xung quanh người phụ nữ với số gia = 1 độ cho đến khi chúng quay đủ 180 độ, với việc mỗi thiết bị kết thúc ở điểm bắt đầu của thiết bị kia; điều này cho phép máy chụp mô tả bộ não trong các lớp riêng lẻ. Hounsfield ví von điều này với hình ảnh đặt bộ não “thông qua một máy thái thịt xông khói” (theo một bài báo về máy chụp trên trang web Siemens MedMuseum).
Máy dò ghi lại các tín hiệu tia X rồi chuyển dữ liệu đến máy tính; máy tính sau đó đã xây dựng một hình ảnh của bộ não bằng cách sử dụng kỹ thuật tái tạo đại số của nhà vật lý người Nam Phi Allan MacLeod Cormack. Kỹ thuật này xây dựng hình ảnh bằng cách điền vào một ma trận, với mỗi hình vuông tương ứng với một phần của cơ quan được kiểm tra (theo một thông cáo báo chí của Nobel về máy chụp). Vì máy dò tinh thể nhạy gấp 100 lần so với phim X-quang nên độ phân giải mật độ cũng cao hơn nhiều, làm cho hình ảnh có được vì thế mà cũng trở nên rõ ràng sắc nét. Hounsfield và Allan Macleod Cormack sau đó đã cùng đoạt giải Nobel danh giá vào năm 1979.
Quá trình quét mất 30 phút và việc xây dựng hình ảnh được vi tính hóa mất thêm hai giờ nữa. Hình ảnh cho thấy một khối nang có kích thước bằng quả mận trên thùy trán trái của nữ bệnh nhân.
EMI bắt đầu sản xuất máy chụp CT rồi bán chúng cho các bệnh viện, việc kinh doanh sớm gặt hái được thành công. Thế nhưng chỉ trong vòng năm năm, General Electric, Siemens và các công ty khác bắt đầu sản xuất máy quét toàn thân với các tính năng được nâng cao hơn. EMI cuối cùng đã phải ngừng sản xuất sản phẩm máy quét của mình vì không thể cạnh tranh với các nhà sản xuất khác.
Chương trình Milestone, được quản lý bởi Trung tâm Lịch sử IEEE và được duy trì bởi kinh phí đến từ các nhà tài trợ, thành lập nhằm ghi nhận những phát triển kỹ thuật nổi bật trên toàn thế giới.
Tấm bảng Milestone của máy quét CT, được trưng bày trên một bức tường bên ngoài Old Vinyl Factory, có nội dung:
Vào ngày 1 tháng 10 năm 1971, một nhóm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu EMI tọa lạc tại địa điểm này đã tạo ra hình ảnh bộ não của một bệnh nhân, sử dụng máy quét chụp cắt lớp vi tính bằng tia X lâm sàng đầu tiên trên thế giới, dựa trên các phát minh được cấp bằng sáng chế của Godfrey Hounsfield. Việc tận mắt nhìn thấy các hình ảnh X-quang có độ phân giải cao về cấu trúc bên trong cơ thể con người đã đánh dấu sự khởi đầu của một kỷ nguyên mới trong y học lâm sàng.
>>> Chỉ vì 1 cơn ho mà gãy đến 4 cái xương sườn, chuyện lạ khó tin!
Tham khảo: Spectrum
