Nếu phải chọn một cỗ máy thể hiện rõ nhất sức mạnh của vật lý cơ bản trong y học, đó là MRI. Nó không dùng tia X, không dùng phóng xạ, mà dùng một nam châm mạnh gấp hàng chục nghìn lần từ trường Trái Đất cùng sóng vô tuyến để "hỏi" từng nguyên tử hydro trong cơ thể, rồi dựng câu trả lời thành những lát cắt sắc nét đến từng milimet.

Nguồn gốc: từ phòng thí nghiệm vật lý đến tranh cãi Nobel

Hiện tượng nền tảng, cộng hưởng từ hạt nhân, được Felix Bloch và Edward Purcell phát hiện độc lập năm 1946; cả hai nhận giải Nobel Vật lý năm 1952. Suốt hai thập niên sau đó, nó chỉ là công cụ phân tích mẫu vật trong phòng thí nghiệm hóa học. Năm 1971, bác sĩ Raymond Damadian công bố phát hiện quan trọng: mô ung thư và mô lành cho thời gian thư giãn từ khác nhau, gợi ý rằng cộng hưởng từ có thể phân biệt bệnh lý ngay trong cơ thể sống. Ông nhận bằng sáng chế máy quét phát hiện ung thư năm 1974 và đến tháng 7 năm 1977 chế tạo được máy chụp toàn thân đầu tiên có tên Indomitable — ảnh chụp lồng ngực người đầu tiên mất gần năm giờ mới hoàn thành.

Song song đó, nhà hóa học Paul Lauterbur nghĩ ra bước quyết định: chồng thêm các từ trường gradient biến thiên theo không gian, để tín hiệu từ mỗi vị trí mang một "địa chỉ" riêng. Bài báo của ông trên tạp chí Nature tháng 3 năm 1973 chứa hình ảnh cộng hưởng từ đầu tiên, chụp hai ống nước nhỏ. Peter Mansfield ở Anh phát triển các phương pháp toán học và kỹ thuật thu ảnh siêu nhanh, khiến thời gian chụp rút từ hàng giờ xuống còn giây. Năm 2003, Lauterbur và Mansfield nhận giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học — còn Damadian bị loại khỏi giải, một quyết định gây tranh cãi ầm ĩ đến mức ông đăng quảng cáo nguyên trang trên nhiều tờ báo lớn để phản đối.

Nguyên lý: bắt nguyên tử hydro "hát" theo nhịp

Cơ thể người chứa rất nhiều nước và mỡ, tức là rất nhiều nguyên tử hydro. Hạt nhân hydro có tính chất như một nam châm tí hon. Khi bệnh nhân nằm trong từ trường mạnh của máy — thường 1,5 hoặc 3 tesla — các hạt nhân này xếp hàng theo hướng từ trường. Máy phát một xung sóng vô tuyến đúng tần số cộng hưởng, làm chúng lệch khỏi hàng và hấp thụ năng lượng. Khi xung tắt, hạt nhân trở về trạng thái cũ và phát lại sóng vô tuyến.

Tốc độ "trở về" ấy khác nhau tùy loại mô: mỡ nhanh, nước chậm, mô bệnh lại khác nữa. Các từ trường gradient thay đổi liên tục trong lúc chụp giúp máy xác định chính xác tín hiệu phát ra từ đâu, và máy tính biến hàng triệu tín hiệu thành hình ảnh cắt lớp ở mọi mặt phẳng. Vì không dùng bức xạ ion hóa, MRI đặc biệt quý giá khi cần chụp não, tủy sống, khớp và các mô mềm — nơi nó cho độ tương phản vượt xa CT.

Tác động: chuẩn vàng cho mô mềm

Từ thập niên 1980, MRI lan khắp các bệnh viện lớn và thay đổi cách chẩn đoán nhiều bệnh: u não, đột quỵ giai đoạn sớm, đứt dây chằng, bệnh lý tủy sống, dị tật tim bẩm sinh. Bác sĩ phẫu thuật thần kinh nay lên kế hoạch mổ dựa trên bản đồ MRI chi tiết thay vì phỏng đoán. Các kỹ thuật mở rộng như MRI chức năng (fMRI) còn cho phép quan sát vùng não nào đang hoạt động, mở ra cả một ngành khoa học thần kinh nhận thức, dù hình ảnh fMRI cần được diễn giải thận trọng.

Cái giá của sức mạnh này là chi phí và sự bất tiện: máy to, đắt, ồn như xưởng cơ khí khi chụp, mỗi ca kéo dài 20–60 phút, và người mang một số thiết bị kim loại cấy ghép không thể vào phòng chụp vì nam châm luôn bật 24/7.

Sự thật thú vị ít người biết

  • Ảnh MRI toàn thân đầu tiên năm 1977 chụp lồng ngực của trợ lý phòng thí nghiệm Larry Minkoff và mất gần năm giờ để hoàn thành.
  • Tên ban đầu của kỹ thuật là "chụp cộng hưởng từ hạt nhân" (NMRI); chữ "hạt nhân" bị bỏ đi phần lớn vì công chúng dễ liên tưởng đến vũ khí hạt nhân, dù kỹ thuật hoàn toàn không liên quan phóng xạ.
  • Nam châm của máy MRI không bao giờ tắt; một chiếc ghế kim loại bị hút vào lòng máy có thể trở thành vật thể nguy hiểm chết người.
  • Raymond Damadian tức giận vì bị loại khỏi giải Nobel 2003 đến mức chi tiền đăng quảng cáo nguyên trang báo với dòng chữ "Nỗi oan đáng hổ thẹn phải được sửa chữa".

Hiểu lầm thường gặp

Hiểu lầm: "Chụp MRI có hại vì nghe tên là biết có phóng xạ hạt nhân." MRI không dùng bất kỳ bức xạ ion hóa nào. Từ "hạt nhân" ở đây chỉ nhân nguyên tử hydro — mục tiêu của từ trường — chứ không liên quan đến phân rã phóng xạ. Đây cũng là lý do tên gọi thương mại đã bỏ chữ "hạt nhân".

Hiểu lầm: "MRI luôn tốt hơn CT nên cứ MRI mà chụp." Hai kỹ thuật mạnh ở hai mặt khác nhau. CT nhanh hơn nhiều, tốt hơn cho xương, phổi và cấp cứu chấn thương; MRI vượt trội ở mô mềm nhưng chậm, đắt và chống chỉ định với một số thiết bị cấy ghép. Chọn kỹ thuật nào là quyết định y khoa, không phải chuyện đắt-rẻ.

Nguồn tham khảo