Tia X bí ẩn - thứ vô hình có thể nhìn thấu bạn

Không ít trường hợp bạn cần phải chụp phim X quang như khi mắc COVID nghi ngờ viêm phổi, khi bị tai nạn té ngã, các bác sĩ muốn kiểm tra liệu bạn có bị gãy xương hay chụp nhũ ảnh để sàng lọc ung thư vú. Ngày nay, tia X được ứng dụng rộng rãi trong y tế, công nghiệp và kiểm tra an ninh. Tia X được phát minh một cách tình cờ và trở thành khám phá vĩ đại của thế kỷ 19. Tuy vậy, những tác hại của nó lại được phát hiện khá muộn. Bên cạnh những lợi ích không thể chối cãi, tia X liệu có nguy hiểm? Những ai nên tránh chụp X quang? Cùng mình tìm hiểu nhé!

Một buổi tối mùa đông lạnh giá năm 1895, nhà vật lý người Đức Wilhelm Röntgen vẫn đang loay hoay nghiên cứu về ống Crookes, một dụng cụ khoa học rất nổi tiếng thời đó. Đây là một ống thủy tinh chân không, bên trong có chứa hai cực catot (cực âm) và anot (cực dương), khi đặt vào đó một nguồn điện có điện áp cao, catot được nung nóng sẽ phát ra các điện tử, dòng điện tử di chuyển với tốc độ cao đập vào anot sẽ bị hãm đột ngột và phát xạ các tia năng lượng cao. Ông bất ngờ phát hiện mỗi lần có dòng điện đi qua ống Crookes thì màn huỳnh quang phủ hợp chất barium platinocyanide đặt gần đó phát sáng trong căn phòng tối. Ông thử rút phích điện ra khỏi ổ cắm thì ánh sáng ngay lập tức biến mất. Rontgen suy đoán một loại tia bí ẩn nào đó đã làm sáng màn huỳnh quang. Ông cố gắng chặn các tia phát ra từ ống Crookes lần lượt bằng tấm bìa cứng, một cuốn sách dày 1.000 trang, một bảng gỗ dày hơn 2,5 cm nhưng đều không thành công. Do không rõ bản chất của tia này nên ông gọi nó là tia X, chữ "X" tượng trưng cho điều chưa biết, sau này giới khoa học gọi là tia Rontgen.

Rontgen nhốt mình trong phòng thí nghiệm suốt 6 tuần liền, tiến hành một loạt các thí nghiệm để hiểu rõ hơn về loại tia mới này. Tia X là sóng năng lượng điện từ hoạt động tương tự như ánh sáng thông thường, nhưng ở bước sóng ngắn hơn khoảng 1.000 lần. Rontgen biết rằng tia X xuyên qua da thịt người nhưng không để xuyên qua những chất có mật độ cao như xương và chúng có thể được chụp ảnh lại.

Trước ngày Giáng sinh, ông chia sẻ kết quả nghiên cứu với người vợ của mình, cũng như muốn bà giúp một tay để thực hiện một thí nghiệm. Ông thay thế màn huỳnh quang bằng giấy ảnh, sau đó để vợ giơ tay chắn đường truyền của tia X. Và thế là chúng ta có  tấm ảnh X quang đầu tiên trong lịch sử nhân loại. Người ta đồn rằng bà đã hoảng sợ hô lớn "Tôi đã nhìn thấy cái chết của mình!" khi nhìn vào bức ảnh và không bao giờ dám bước vào phòng thí nghiệm của chồng một lần nào nữa. Bức ảnh là một bàn tay trông ma quái với những đốt ngón tay dài, nhọn và xương xẩu như của những xác chết và một khối đen lớn, chính là chiếc nhẫn cưới của bà Roentgen. Vào thời đó, tự nhiên thấy xương tay mình hiện trên tường chắc hẳn ai cũng đều sợ chết khiếp như bà.

Phát hiện của Rontgen khiến vợ ông hoảng sợ nhưng giới khoa học Châu Âu đầy phấn khích và nhận ra những lợi ích quý giá về mặt y học của thứ tia kỳ lạ này. Tia X như một phép lạ và nhanh chóng trở thành một công cụ chẩn đoán quan trọng trong y học, lần đầu tiên cho phép 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 binh.

Thời gian đầu, người ta tin rằng tia X đi xuyên qua da thịt cũng vô hại như ánh sáng và nó được sử dụng không chỉ để khám bệnh mà còn tìm thấy ở khắp nơi như quảng cáo thương mại, hiệu giày hay các nhà hàng lớn. Trong suốt những năm 1930 – 1950, nhiều cửa hàng bán giày ở Mỹ vẫn sử dụng tia X để khách hàng có thể nhìn thấy độ lớn các xương bàn chân, giúp họ chọn giày phù hợp với kích cỡ chân. Các nhà khoa học đã nhanh chóng nhận ra những lợi ích của tia X nhưng lại chậm hơn trong việc hiểu được tác hại của bức xạ. 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. Vào năm 1904, trợ lý của Thomas Edison, Clarence Dally, người làm việc rất nhiều với tia X, đã bị phơi nhiễm phóng xạ nặng đến mức ông đã phải chặt bỏ hai cánh tay của mình và qua đời ở tuổi 39 do ung thư da. Cái chết của Dally đã làm các nhà khoa học bắt đầu nhìn nhận rủi ro của bức xạ và nghiên cứu một cách nghiêm túc hơn.

Rontgen nhận được nhiều giải thưởng cho việc phát hiện ra tia X, bao gồm giải thưởng Nobel Vật lý năm 1901. Cục Hải quân Đức từng cử người đến gặp Rontgen và nói rằng sẵn sàng chi một khoản tiền lớn, cung cấp đủ mọi phương tiện để ông tìm cách khai thác sức mạnh của tia X làm vũ khí cho tàu ngầm. Họ cũng đề nghị ông đăng ký phát minh để giữ độc quyền về tia X, không cho nước ngoài sử dụng. Tuy nhiên, Rontgen kiên quyết từ chối. Ông muốn tia X được dùng vào việc chăm sóc sức khỏe y tế cho người dân, nó thuộc về toàn thể nhân loại, còn việc dùng làm phương tiện phục vụ chiến tranh không bao giờ có trong ý định của ông.

Tia X là sóng điện từ hoạt động tương tự như ánh sáng khả kiến (ánh sáng nằm trong vùng quang phổ mắt người nhìn thấy được) nhưng ở bước sóng ngắn hơn khoảng 1.000 lần và có năng lượng cao. Cụ thể, tia X có bước sóng từ 10^-11 m đến 10^-8 m và có năng lượng từ 120 eV đến 120 keV.

Tia X có bước sóng càng ngắn thì khả năng đâm xuyên càng lớn. Nó dễ dàng đi qua các vật cản đối với ánh sáng thông thường như gỗ, giấy, vải, các mô mềm như da, cơ. Đối với các mô cứng như răng, xương và kim loại thì nó khó đi qua hơn. Kim loại có nguyên tử khối càng lớn thì tia X càng khó xuyên qua. Chẳng hạn, một chùm tia X có thể đi qua một tấm nhôm dày vài cm nhưng bị chặn bởi một tấm chì dày vài mm. Vì vậy, chì thường được dùng làm tấm chắn bảo vệ trong phòng chụp X-quang.

Tia X là một bức xạ ion hóa tức là khi hấp thụ vào cơ thể con người, nó có khả năng ion hoá làm thay đổi cấu tạo các phân tử trong các tế bào sống của cơ thể, cụ thể là làm gây tổn thương ADN trong các tế bào, kết quả gây gia tăng nguy cơ tế bào đột biến dẫn tới bệnh ung thư.

Việc phát hiện ra tia X đã khai sinh một chuyên ngành mới trong y học đó là khoa X quang, sau này kết hợp với các kĩ thuật khác như siêu âm, cộng hưởng từ (MRI) để chẩn đoán bệnh bằng hình ảnh nên còn được gọi là khoa Chẩn đoán hình ảnh.

Nguyên tắc cơ bản của chụp X quang là cho một chùm tia X chiếu xuyên qua cơ thể người, nơi một phần tia X bị hấp thụ tùy thuộc vào bản chất của mô cơ thể và phần tia X còn lại là được truyền tới phim kích sáng các muối kim loại tạo nên hình chiếu. Các cấu trúc đặc chặn hầu hết các tia X như xương và kim loại, hiển thị dưới dạng màu trắng trên phim. Không khí trong phổi của bạn có màu đen. Cơ bắp và mỡ xuất hiện dưới dạng màu xám.

Có 3 kỹ thuật sử dụng tia X thường dùng là chụp X quang, chụp cắt lớp vi tính và nội soi huỳnh quang. Việc sử dụng tia X đặc biệt hữu dụng trong việc xác định bệnh lý về xương nhưng cũng có thể giúp ích tìm ra các bệnh về phần mềm. Ưu điểm của các kỹ thuật này là giúp chẩn đoán bệnh và theo dõi liệu pháp điều trị mà không gây đau đớn, hỗ trợ lập kế hoạch điều trị và hướng dẫn nhân viên y tế đưa ống thông, stent hoặc các thiết bị khác vào bên trong cơ thể cũng như  điều trị các khối u.

Ngày nay, tia X được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực xạ trị để điều trị ung thư. Đây là loại bức xạ năng lượng cao có khả năng tiêu diệt tế bào trong khối u bằng cách phá hủy DNA của chúng. Vì tia X cũng tác động đến các tế bào bình thường nên Viện Ung thư Quốc gia Mỹ khuyến cáo việc điều trị nên được lên kế hoạch cẩn thận nhằm giảm thiểu tác dụng phụ.

Do khả năng chiếu xuyên qua một số vật liệu nhất định, người ta có thể dùng tia X để xác định lỗ hổng và vết nứt bên trong những vật đúc bằng kim loại, hoặc nghiên cứu thành phần cấu trúc của các vật rắn trong phòng thí nghiệm. Ngoài ra, tia X cũng được ứng dụng trong việc kiểm tra an ninh tại các sân bay, phát hiện vũ khí và những đồ vật nguy hiểm có trong hành lý của hành khách.

Trong lĩnh vực thiên văn, các thiên thể trong vũ trụ có nhiệt độ cực cao bức xạ tia X. Do đó, giới khoa học có thể sử dụng kính thiên văn tia X để nghiên cứu và xác định nhiệt độ thiên thể đó.

Một số người lo lắng rằng tia X không an toàn vì tiếp xúc với bức xạ có thể gây ra đột biến tế bào dẫn đến ung thư. Lượng bức xạ bạn tiếp xúc trong quá trình chụp X quang phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng nói chung, mức độ phơi nhiễm bức xạ từ tia X là thấp và những lợi ích từ các xét nghiệm này vượt xa rủi ro. Tuy nhiên nếu bạn đang mang thai hoặc nghi ngờ rằng mình có thể mang thai, hãy nói với bác sĩ trước khi chụp X quang. Mặc dù rủi ro đối với thai nhi là nhỏ nhưng bác sĩ có thể xem xét sử dụng một xét nghiệm hình ảnh khác, chẳng hạn như siêu âm. Bất cứ khi nào được yêu cầu chụp X-quang, hãy nói với bác sĩ của bạn về lần chụp X-quang nào tương tự mà bạn đã chụp gần đây, đôi khi có thể không cần thiết phải chụp lại. Bạn cũng nên trao đổi với bác sĩ để  hiểu lý do tại sao yêu cầu chụp x-quang trong trường hợp cụ thể của bạn.

Nếu bạn đã chụp X-quang mà không biết rằng mình đang mang thai liệu có nguy hiểm? Đừng lo lắng. Hãy nhớ rằng khả năng gây hại cho bạn và thai nhi do chụp X-quang là rất nhỏ. Trong hầu hết các trường hợp chụp X quang ở tay, chân, đầu, răng hoặc ngực thì bụng của bạn không được tiếp xúc với chùm tia X trực tiếp. Vì vậy, những xét nghiệm này khi được thực hiện đúng cách, không có bất kỳ rủi ro nào đối với thai nhi. Tuy nhiên, chụp X quang phần thân dưới của người mẹ có thể khiến thai nhi tiếp xúc trực tiếp với chùm tia X quang.

Có một sự bất đồng khoa học về việc liệu một lượng nhỏ bức xạ được sử dụng khi chụp X quang có thực sự gây hại cho thai nhi hay không. Người ta biết rằng thai nhi rất nhạy cảm với tác động của những thứ như bức xạ, một số loại thuốc, rượu và nhiễm trùng. Bởi vì ở thai nhi, các tế bào đang phân chia nhanh chóng và phát triển thành các tế bào và mô chuyên biệt. Nếu bức xạ hoặc các tác nhân khác gây ra những thay đổi trong các tế bào này, có thể tăng nhẹ khả năng bị dị tật bẩm sinh hoặc một số bệnh nhất định sau này trong cuộc đời, chẳng hạn như bệnh bạch cầu.

Một số rủi ro khi tiếp xúc với tia X: (1) đục thủy tinh thể, đỏ da và rụng tóc, xảy ra ở mức độ tiếp xúc với bức xạ tương đối cao và hiếm gặp đối với nhiều loại xét nghiệm hình ảnh, (2) tăng một chút khả năng một người tiếp xúc với tia X sẽ bị ung thư sau này trong cuộc đời. Một rủi ro khác khi chụp X-quang liên quan đến chất cản quang đôi khi được sử dụng để cải thiện hình ảnh như cảm giác nóng bừng, ngứa, có vị kim loại trong miệng, buồn nôn và rất hiếm trường hợp bị sốc phản vệ.

Nguy cơ phát triển ung thư do tiếp xúc với tia X nói chung là rất nhỏ và phụ thuộc vào: liều bức xạ, tuổi của bệnh nhân (trẻ em nguy cơ cao hơn người lớn), giới tính (phụ nữ phần nào có nguy cơ cao hơn nam giới) và vùng cơ thể (một số cơ quan nhạy cảm với bức xạ hơn những cơ quan khác).

Mặc dù lợi ích của việc chụp X-quang thích hợp về mặt lâm sàng thường vượt xa nguy cơ nhưng cần phải nỗ lực để giảm thiểu nguy cơ này bằng cách giảm tiếp xúc không cần thiết với bức xạ ion hóa. Để giúp giảm thiểu rủi ro cho bệnh nhân, tất cả các bài kiểm tra sử dụng tia X chỉ nên được thực hiện khi cần thiết để trả lời câu hỏi y tế, điều trị bệnh hoặc hướng dẫn thủ thuật. Đồng thời, xem xét cụ thể từng bệnh nhân để lợi ích cho bệnh nhân luôn lớn hơn rủi ro.