Godfrey Hounsfield: Cha đẻ công nghệ chụp cắt lớp CT

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 nằm ẩn giấu bên trong kim tự tháp Ai Cập bằng cách chụp các tia vũ trụ đi qua những khoảng trống không thể quan sát hay không.

Hounsfield theo đuổi ý tưởng này trong nhiều năm, và nó có thể được diễn giải một cách đơn giản là “nhìn vào bên trong một chiếc hộp nhưng không cần mở nó ra”. Cuối cùng, ông đã tìm ra cách sử dụng các tia năng lượng cao để khám phá những gì mắt thường không thể nhìn thấy được. Công nghệ này có thể giúp ông nhìn vào bên trong hộp sọ cứng và chụp những bức ảnh về bộ não mềm bên trong. Ông thực hiện bức ảnh chụp cắt lớp vi tính (chụp CT) não người đầu tiên cách đây 50 năm, vào ngày 1/10/1971.

Tuổi thơ của Hounsfield không có gì đặc biệt để báo hiệu rằng ông sẽ đạt được nhiều thành tựu sau này. Khi còn là một cậu bé, ông không phải là một học sinh giỏi, thậm chí các giáo viên còn miêu tả ông là một người khá “ngốc nghếch”.

Hounsfield gia nhập Lực lượng Không quân Hoàng gia Anh vào giai đạn đầu của cuộc Chiến tranh Thế giới lần thứ hai, nhưng ông không hoạt động với tư cách là một người lính. Ông am hiểu và có khả năng sáng chế nhiều thiết bị điện. Ông đã phát triển một số loại radar mới để giúp phi công tìm đường về nhà tốt hơn vào đêm tối và trời nhiều mây.

Sau chiến tranh, Hounsfield nghe theo lời chỉ huy của mình và đi học để lấy bằng kỹ sư. Ông bắt đầu làm việc tại công ty Electric and Music Industries (EMI) chuyên về điện tử và kỹ thuật điện. Công ty này cũng được nhiều người biết đến với mảng kinh doanh bán các album của ban nhạc Beatles.

Tài năng thiên bẩm của Hounsfield đã thúc đẩy ông trở thành người dẫn đầu nhóm chế tạo máy tính lớn, tiên tiến nhất ở Anh vào thời điểm đó. Nhưng đến những năm 60, công ty EMI muốn rời khỏi thị trường máy tính đầy tính cạnh tranh, và họ không biết phải giao nhiệm vụ mới nào cho một kỹ sư xuất sắc, lập dị.

Trong một kỳ nghỉ để suy nghĩ về tương lai của mình và những gì ông có thể làm cho công ty, Hounsfield đã gặp một bác sĩ phàn nàn về chất lượng thấp của ảnh chụp X-quang não. Phương pháp chụp X-quang có thể ghi lại hình ảnh của xương một cách rõ ràng và chi tiết, nhưng não là một khối mô mềm không có hình dạng cố định. Trên phim chụp X-quang, hình ảnh não hiện lên như một khối sương mù. Điều này khiến Hounsfield nghĩ về ý tưởng cũ của mình, đó là quan sát đồ vật bên trong một chiếc hộp nhưng không cần mở nó ra.

Hounsfield sử dụng một phương pháp tiếp cận mới để chụp ảnh bên trong hộp sọ. Đầu tiên, ông chia bộ não thành các lát cắt liên tiếp, giống như một ổ bánh mì. Sau đó, ông chiếu một chùm tia X qua mỗi lớp, và lặp lại điều này cho mỗi độ của nửa vòng tròn. Nói cách khác, ông chiếu tia X qua từng “lát cắt” của não, được định hướng từ 1 đến 180 độ theo hình bán nguyệt. Cường độ của mỗi chùm tia X sẽ được ghi lại ở phía đối diện của não. Tia X sẽ có cường độ mạnh hơn khi nó truyền qua vật liệu ít đặc hơn.

Cuối cùng, Hounsfield xây dựng một thuật toán để tái tạo lại hình ảnh của bộ não dựa trên cường độ của tia X khi di chuyển qua các lát cắt của não. Đây là cách tiếp cận hoàn toàn ngược lại với phương pháp chụp ảnh trực tiếp truyền thống.

Với sự trợ giúp của các máy tính mạnh nhất của công ty EMI, Hounsfield có thể dễ dàng tạo ra hình ảnh chụp cắt lớp vi tính cho toàn bộ não. Tuy nhiên có một vấn đề đã xảy ra, đó là công ty EMI không hoạt động trong lĩnh vực y tế và cũng không muốn tham gia vào thị trường mới này. Công ty cho phép Hounsfield tiếp tục phát triển sản phẩm của mình nhưng chỉ với khoản tiền tài trợ ít ỏi.

Hounsfield đã lục tung thùng phế liệu bên trong cơ sở nghiên cứu của công ty để tìm kiếm các linh kiện cần thiết. Nhờ đó, ông lắp ráp thành công một máy quét CT thô sơ và đủ nhỏ để đặt trên bàn ăn.

Ngay cả khi quét thành công nhiều đồ vật và thậm chí cả một bộ não bò, Hounsfield vẫn không gây được nhiều ấn tượng đối với ban lãnh đạo của công ty EMI. Hounsfield là nhà phát minh tài giỏi, trực giác nhạy bén, nhưng không phải là người giao tiếp tốt. May mắn là sau đó Bill Ingham – một quản lý tại EMI – đã nhìn thấy giá trị và tiềm năng đối với sáng chế mới của Hounsfield. Ingham đã liên tục đấu tranh với các quan chức cấp cao của công ty để giữ cho dự án tiếp tục tồn tại.

Hounsfield biết rằng công ty EMI sẽ không cấp thêm tiền tài trợ một cách nhanh chóng, nhưng ông đề xuất Bộ Y tế và An sinh Xã hội (DHSS) của Vương quốc Anh có thể mua thiết bị cho các bệnh viện. Điều đáng ngạc nhiên là Ingham đã rao bán thành công 4 chiếc máy chụp cắt lớp CT cho DHSS trước khi chúng được chế tạo. Vì vậy, Hounsfield nhanh chóng thành lập một nhóm nghiên cứu để chế tạo máy quét an toàn và hiệu quả cho con người.

Với sự trợ giúp của một bác sĩ, nhóm nghiên cứu của Hounsfield đã lắp đặt một máy chụp CT kích thước đầy đủ tại Bệnh viện Atkinson Morley ở London, vào ngày 1/10/1971. Họ đã thử nghiệm thành công thiết bị trên bệnh nhân đầu tiên của mình, đó là một phụ nữ trung niên có dấu hiệu mắc khối u não.

Công ty EMI, không có kinh nghiệm trong thị trường y tế, đột nhiên giữ vị trí độc quyền đối với một loại máy có nhu cầu sử dụng cao trong các bệnh viện. Nhưng chỉ trong vòng 5 năm, các công ty lớn hơn và giàu kinh nghiệm như GE và Siemens đã phát triển và sản xuất các máy chụp CT tốt hơn và tăng doanh số bán hàng, khiến EMI cuối cùng phải rời khỏi thị trường thiết bị y tế.

Sáng chế của Hounsfield đã góp phần làm thay đổi nền y học hiện đại. Ông từng nhận giải Nobel Y sinh năm 1979 và được Nữ hoàng Anh phong tước Hiệp sĩ năm 1981. Ông tiếp tục tạo ra những phát minh mới cho đến khi qua đời vào năm 2004, hưởng thọ 84 tuổi.

Năm 1973, nhà nghiên cứu người Mỹ Robert Ledley đã chế tạo một máy quét CT toàn thân có thể chụp hình ảnh những cơ quan khác bao gồm mạch máu và xương. Các loại máy quét hiện đại ngày càng nhanh, cung cấp độ phân giải tốt hơn, và quan trọng nhất là bệnh nhân tiếp xúc với ít bức xạ hơn. Phương pháp chụp CT đặc biệt hữu ích trong việc xác định khối u, tìm kiếm nhanh các vết thương nằm sâu bên trong cơ thể do tai nạn.