Hiện tượng cộng hưởng từ đã được hai nhà vật lý Felix Bloch và Edward Mills (Mỹ) tìm ra năm 1946 và nhờ đó đoạt giải thưởng Nobel về vật lý năm 1952. Hai ông đã xác định được mối liên quan giữa cường độ từ trường và tần số sóng radio. Nhân của một nguyên tử nằm trong một từ trường mạnh sẽ quay với một tần số phụ thuộc vào cường độ của từ trường. Năng lượng của chúng có thể tăng nếu chúng hấp thu các sóng radio có cùng tần số, do đó mới gọi là cộng hưởng (resonance). Khi nhân nguyên tử quay trở về mức độ năng lượng ban đầu thì sóng radio sẽ được phát ra và có thể ghi nhận được chúng (chụp hình). Ðối với nhân của mỗi loại nguyên tử có lẻ số proton và/hay neutron thì có một hằng số toán học xác định được bước sóng theo cường độ của từ trường.
Năm 1991, tác giả công trình được giải thưởng Nobel về hóa học, Ric-hard Ernst (Thụy Sĩ), đã phát triển thêm thành phương pháp quang phổ cộng hưởng từ có độ phân giải cao (high resolution magnetic resonance spectroscopy). Năm 2002, một công trình được giải thưởng Nobel khác, Kurt Wutricht (Thụy Sĩ) đã sử dụng phương pháp trên vào việc xác định cấu trúc ba chiều của các đại phân tử sinh học trong dung môi.
Trên cơ sở của những giải thưởng Nobel về vật lý và hóa học đó, các nhà bác học được giải thưởng năm nay đã tìm ra phương pháp áp dụng chúng trong y học để có thể chụp hình những cấu trúc khác nhau của cơ thể sống.
Paul C. Lauterbur (sinh năm 1929 tại Urbana, Illinois) từ 1970 đã phát hiện ra là nếu tạo ra gradient trong từ trường thì có thể làm hiện hình 2 chiều những cấu trúc mà các kỹ thuật khác không thấy được. Năm 1973, ông đã thành công trong việc làm hiện hình cắt dọc của 2 ống thủy tinh lồng vào nhau, ống bên trong chứa nước thường, được bọc bởi ống bên ngoài chứa nước nặng, một cách mà cho tới lúc đó chưa ai thực hiện được vì nước thường và nước nặng không khác gì nhau về cảm quan. Ông đã sử dụng cách thêm vào cục từ chính của máy cảm ứng từ một loạt những cục từ có sức mạnh theo gradien nhất định.
Peter Mensfield (sinh năm 1933 tại Nottingham, Anh, sau đó nhập quốc tịch Mỹ) đã phát triển công việc của Lauterbur bằng cách tăng khả năng phát hiện các tín hiệu phát ra, nhờ đó có thể phân tích chúng hiệu quả hơn để chuyển chúng thành hình ảnh. Ông đã chứng minh rằng có thể có được hình ảnh rõ nét nếu thay đổi gradient cực nhanh (nên mới có tên là Echo-Plannar Scanning). Kỹ thuật này hiện nay đã được ứng dụng rộng rãi.
Ứng dụng của chụp cộng hưởng từ (MRI)
MRI hơn hẳn các loại chụp hình khác đã có (như chụp X quang, chụp cắt lớp CT) vì cho đến nay người ta chưa phát hiện thấy nó có hại như tia X. Tuy nhiên, cũng khó áp dụng kỹ thuật này đối với một số bệnh nhân mang trong người những mảnh kim loại sinh từ hay máy tạo nhịp tim, hoặc người không thể nằm lâu trong lồng kín chật hẹp.
MRI có giá trị rất lớn trong thăm dò não và cột sống [2,3]. Các rối loạn trong não thường kéo theo thay đổi lượng nước trong mô. Chỉ cần có thay đổi khoảng 1% lượng nước là có thể phản ánh rất rõ trên MRI như xuất huyết não, viêm não, khối u trong não. Ðặc biệt trong bệnh xơ cứng rải rác (multiple sclerosis) có viêm não và tủy sống thì MRI dễ dàng phát hiện nơi nào bị viêm, nặng nhẹ ra sao và tác dụng điều trị đến đâu. Rõ ràng MRI ưu việt hơn hẳn các phương pháp cũ trong chẩn đoán và theo dõi điều trị bệnh.
Trong chứng đau thắt lưng dưới, MRI cho phép phân biệt được đau tại cơ, hay do tủy sống hay thần kinh bị chèn ép. Nếu là do đĩa đệm thì có hướng để điều trị bằng phẫu thuật.
MRI cũng là một phương tiện trợ giúp cho việc chuẩn bị và tiến hành phẫu thuật vì nó cho hình ảnh ba chiều của tổn thương nhờ đó phẫu thuật viên có thể biết rõ vị trí của tổn thương và tìm ra đường tiếp cận thuận lợi nhất.
Trong vi phẫu thuật não chữa chứng Parkinson, MRI cho hình ảnh đủ rõ để phẫu thuật viên có thể đặt điện cực một cách chính xác vào các nhân não.
Trong chẩn đoán ung thư, MRI cho thấy rõ số lượng và giới hạn rõ ràng của từng khối u, phần mô bị xâm lấn hay các hạch khi có di căn cho phép bác sỹ quyết định phương pháp điều trị bằng tia xạ hay phẫu thuật và theo dõi kết quả các biện pháp điều trị ung thư khác nhau.
Cuối cùng, MRI còn thay thế được một số thủ thuật thăm dò xâm nhập. Ví dụ: để khảo sát ống dẫn mật và ống tuyến tụy người ta thường dùng ống nội soi để bơm chất cản quang. Ngày nay dùng MRI có thể biết ngay tình trạng của các ống mà không cần can thiệp làm đau đớn bệnh nhân. Ðối với bệnh tại khớp cũng vậy, MRI cho phép khảo sát kỹ lưỡng tình trạng của sụn và dây chằng mà không phải sinh thiết hay dùng những thủ thuật có nguy cơ gây bội nhiễm.
Hai nhà bác học Paul C. Lauterbur và Peter Mansfield đã có đóng góp quan trọng cho sự phát triển của y học phục vụ người bệnh. Phát minh ứng dụng của các ông đã không ngừng mở rộng. Chỉ sau 10 năm, trên toàn thế giới có khoảng 22.000 máy chụp hình cộng hưởng từ (MRI) và 60 triệu xét nghiệm đã được làm. Tại Viêt Nam cũng đã có vài máy chụp cộng hưởng từ và đã thu được một số kinh nghiệm về lĩnh vực này.
Tài liệu tham khảo
- The 2003 Nobel Prize in Physiology or Medicine Press release.
- Nguyễn Quang Bài. Giá trị của chụp cộng hưởng từ MRI trong chẩn đoán tổn thương não và tủy. Tạp chí Nghiên cứu Y học 1998, 7.3.25-2.
- Trần Trung, Hoàng Ðức Kiệt. Chẩn đoán thoát vị đĩa đệm cột sống bằng chụp cộng hưởng từ. Tạp chí Nghiên cứu Y học 1999, 9.1.3-6.p