The Miracle of X-rays

มหัศจรรย์รังสีเอ็กซ์

LinkSpotifyYouTube

การค้นพบนวัตกรรมทางการแพทย์ที่สำคัญอย่างหนึ่งคือการค้นพบรังสีเอ็กซ์ (x-rays) ซึ่งนำมาสู่การประดิษฐ์เครื่องมือฉายภาพจากรังสีเอ็กซ์ที่ทำให้แพทย์สามารถตรวจวินิจฉัยโรคของอวัยวะภายในได้โดยที่ไม่ต้องผ่าตัด ถือเป็นอีกหนึ่งของการค้นพบทางการแพทย์ที่พลิกโฉมหน้าการรักษาโรคในยุคปัจจุบัน และเรื่องราวของการค้นพบนี้หลายคนอาจจะบอกว่าเป็นเรื่องบังเอิญ แต่ความเป็นจริงนั้นอาจพูดได้ว่า “ความบังเอิญไม่มีอยู่จริง” หากผู้ที่ค้นพบรังสีเอ็กซ์ ซึ่งก็คือ ดอกเตอร์ Wilhelm Conrad Röntgen ไม่มีจิตวิญญาณใฝ่รู้ของนักวิทยาศาสตร์ ไม่มีน้ำใจอันยิ่งใหญ่ มนุษย์อาจจะต้องใช้เวลานานกว่านี้ในการวินิจฉัยและรักษาโรคต่าง ๆ 

Wilhelm Conrad Röntgen 

จากเด็กที่ถูกไล่ออกจากโรงเรียนมาสู่การเป็นนักวิทยาศาสตร์คนสำคัญ

เด็กชายวิลเฮม รินเก้น เกิดที่เมืองเล็ก ๆ ที่ชื่อว่า Lennep ซึ่งอยู่แถบลุ่มแม่น้ำไรน์ ประเทศเยอรมัน บิดาเป็นพ่อค้าผ้า แม่เป็นชาวเนเธอร์แลนด์ เมื่ออายุราว ๆ 3 ขวบครอบครัวได้ย้ายจากเยอรมันมาอยู่ที่เนเธอร์แลนด์ ตอนเด็ก ๆ ดูเหมือนเขาจะไม่มีความสามารถพิเศษอะไร เว้นแต่เป็นเด็กที่ชอบธรรมชาติและชอบไปเที่ยวเล่นในป่า ในช่วงมัธยมเขาถูกไล่ออกจากโรงเรียนเนื่องจากถูกกล่าวหาว่าไปวาดรูปล้อเลียนครู ทำให้เขาไม่สามารถเข้าเรียนที่มหาวิทยาลัย Utrecht ได้ เขาจึงตัดสินใจไปเรียนที่ Zurich แทน จนจบปริญญาเอกสาขาวิศวกรรมเครื่องกลจากมหาวิทยาลัยซูริก และเริ่มทำงานในฐานะ Lecturer ที่มหาวิทยาลัยหลายแห่งในเยอรมัน 

ในวันที่ 8 พฤศจิกายน ปีค.ศ.1895 ขณะที่เขาทำงานวิจัยเกี่ยวกับคุณสมบัติของรังสี cathode ที่ University of Wurzburg ซึ่งการทดลองนี้โดยปกติเมื่อเปิดเครื่องปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าไปใน Crookes tube (ท่อแก้วที่ใส่ cathode หรือขั้วลบ และ anode หรือขั้วบวกไว้คนละด้าน แล้วถูกทำให้เป็นระบบสูญญากาศ) ไปกระทบ cathode จะทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า cathode rays (ซึ่งภายหลังเรารู้ว่ามันคือกลุ่มของ electron) ซึ่งจะทำให้หลอดแก้วเรืองแสงขึ้นมา ในการทดลองของรินเก้น เขานำกล่องดำมาครอบ Crookes tube เพื่อจะสังเกตว่ามีปรากฎการณ์อะไรเกิดขึ้น ขณะที่เขาปิดไฟ เขาสังเกตเห็นว่าแผ่นกระดาษที่เคลือบด้วย barium platinocyanide ที่วางห่างออกไปเกือบ 1 เมตรมีการเรืองแสงขึ้นมา ซึ่งเขารู้ว่าสิ่งนี้ไม่ใช่คุณสมบัติของ cathode rays แน่ ๆ หลังจากนั้นเขาใช้เวลาราว ๆ 6 สัปดาห์ขลุกอยู่ในห้องทดลองเพื่อศึกษาทำความเข้าใจปรากฏการณ์ที่เขาค้นพบนี้ จนได้ข้อสรุปว่ามีรังสีชนิดหนึ่งที่เขาตั้งชื่อว่า X-rays (เนื่องจากนักคณิตศาสตร์มักจะแทนค่าสิ่งที่ยังไม่รู้ด้วย X) ที่มีคุณสมบัติต่างไปจาก cathode rays รังสีนี้สามารถทะลวงผ่านเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตได้ แต่ไม่สามารถทะลุผ่านกระดูกหรือโลหะได้ เมื่อนำแผ่นรับภาพมาวางไว้ด้านหลังวัตถุ จะทำให้สามารถมองเห็นภาพอวัยวะภายในเช่นกระดูกได้ และภาพถ่ายจากรังสีเอ็กซ์ภาพแรกในโลกก็คือภาพมือของภรรยาของเขาเอง ซึ่งต่อมาเรียกภาพนี้ว่า “Hand with Ring”

On a New Kind of Rays

6 วันหลังจากเก็บตัวในห้องทดลองเพื่อศึกษาคุณสมบัติของ X-rays อย่างละเอียด เขาก็ได้ตีพิมพ์การค้นพบนี้ โดยตั้งชื่อบทความว่า “On a New Kind of Rays” ก่อนจะไปบรรยายการค้นพบนี้ในที่ประชุมของ Würzburg Physico-Medical Society โดยในการบรรยาย เขาได้เชิญศาสตราจารย์ด้านกายวิภาคศาสตร์ที่ชื่อ Albert von Kolliker ขึ้นมาเพื่อสาธิตการฉายภาพจาก X-rays ต่อสาธารณะเป็นครั้งแรก การบรรยายครั้งนั้นเป็นที่ฮือฮาและโด่งดังไปทั่วโลก ผู้คนตื่นเต้นกันมากและมองเห็นโอกาสที่จะนำสิ่งนี้ไปพัฒนาเป็นเครื่องมือต่าง ๆ ตามแต่จินตนาการและความคิดสร้างสรรค์ของแต่ละคน (เนื่องจากอุปกรณ์ที่ทำให้เกิด X-rays นี้เป็นอุปกรณ์ที่ไม่ซับซ้อนและสามารถทำซ้ำได้ง่าย ๆ) อาทิเช่น การเปิดสตูดิโอถ่ายภาพ bone portrait ร้านขายรองเท้าทำเครื่องเอ็กเรย์มาให้ลูกค้าถ่ายภาพเพื่อลองรองเท้า การผลิตเครื่องเอ็กเรย์เกิดขึ้นแพร่หลายอย่างรวดรวดจนถึงกับมีการประดิษฐ์กางเกงในตะกั่วขึ้นมาเพื่อป้องกันไม่ให้คนใช้เอ็กเรย์มาส่องจุดสำคัญได้ 

ผลจากการค้นพบนี้ทำให้รินเก้นได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์เป็นคนแรกในปีค.ศ.1901 ซึ่งเขาได้บริจาคเงินรางวัลที่ได้รับทั้งหมดให้กับมหาวิทยาลัย Wuzburg รินเก้นไม่เคยคิดจะแสวงหาผลประโยชน์จากการค้นพบครั้งนี้เลย เขาปฏิเสธการจดสิทธิบัตรการค้นพบนี้ เพราะเขาเชื่อว่าการค้นพบที่สำคัญทางวิทยาศาสตร์ควรจะเป็นสมบัติของมนุษยชาติมากกว่าจะเป็นสมบัติของใครคนใดคนหนึ่ง เขาปฏิเสธกระทั่งการตั้งชื่อ X-rays ว่า Roentgen Rays (แต่เพื่อเป็นการให้เกียรติแก่เขา ปัจจุบันเราเรียกหน่วยวัดปริมาณ X-rays ว่ารินเก้น) เขาใช้ชีวิตแบบเรียบง่ายจนเสียชีวิตด้วยโรคทะเร็งลำไส้ในปี 1923 

การนำ X-rays มาใช้ในวงการแพทย์

ไม่ใช่แค่คนทั่วไปและพ่อค้าหัวใสที่รู้สึกตื่นเต้นกับการค้นพบนี้ ในวงการแพทย์เองก็มองเห็นประโยชน์จาก X-rays ราว ๆ 1 ปีเศษหลังการค้นพบของรินเก้น ได้มีการนำ X-rays มาใช้ในทางการแพทย์เป็นครั้งแรกที่ Dartmouth สหรัฐอเมริกาในเดือนกุมภาพันธ์ปี 1896 โดยใช้ถ่ายภาพกระดูกหักที่ข้อมือของผู้ป่วย หลังจากนั้นไม่นาน ก็มีการคิดค้นวิธีการใส่แท่งโลหะหรือสารทึบแสงรังสีเพื่อให้มองเห็นภาพเส้นเลือดและอวัยวะภายในของผู้ป่วยชัดเจนขึ้น และนำไปใช้ในการวินิจฉัยและรักษาทหารที่บาดเจ็บในสงครามด้วย ต่อมาไม่นานเริ่มมีการค้นพบคุณสมบัติในการรักษาโรคของ X-rays ด้วยโดยเฉพาะมะเร็ง และโรคทางผิวหนัง 

อันตรายที่มองไม่เห็นจาก X-rays

ภาพที่ถ่ายจาก X-rays ต้นแบบของรินเก้นท์นั้น ใช้เวลาอย่างน้อย 20-30 นาที (ผู้ที่ถูกถ่ายภาพจะต้องวางส่วนที่ต้องการถ่ายไว้นิ่ง ๆ บนแผ่นรับภาพ) เนื่องจากความละเอียดของภาพขึ้นกับความเข้มข้นของพลังงานที่ปล่อยไปยัง cathode มีการบันทึกว่าในการถ่ายภาพกระสุนที่ฝังอยู่ในกระโหลกศีรษะของผู้ป่วยรายหนึ่งต้องใช้เวลานานนับ 10 ชั่วโมง 

ในช่วงแรกของการค้นพบ ยังไม่มีใครรู้ว่าการถูก X-rays เป็นเวลานานจะทำให้เกิดอันตรายอะไรบ้าง แม้จะบางคนที่มีรอยไหม้ หรือแผลพุพองเกิดขึ้นหลังจากโดน X-rays เป็นเวลานาน ๆ บ้าง แต่ก็มักจะคิดว่าเป็นผลเฉพาะที่เท่านั้น กว่าที่จะมีการตระหนักถึงอันตรายจาก X-rays ที่ทำให้เกิดมะเร็งได้ ก็ผ่านไปหลายสิบปีหลังจากการค้นพบ X-rays 

บทสรุป

ปัจจุบันมีการปรับปรุงเครื่อง X-rays ให้มีประสิทธิภาพดีขึ้น สามารถถ่ายภาพในเวลาสั้น ๆ แค่เสี้ยววินาทีและใช้ปริมาณรังสีลดลงจากเครื่องต้นแบบอย่างมาก  รวมทั้งมีการต่อยอดพัฒนาการใช้ประโยชน์จาก X-rays ในด้านอื่น ๆ เช่นการถ่ายภาพทางดาราศาสตร์ การทหาร การค้าและอื่น ๆ อีกมากมาย 

แม้จะมีหลายคนบอกว่าการค้นพบ X-rays เป็นเรื่องบังเอิญ แต่จริง ๆ แล้วปรากฏการณ์ที่รินเก้นท์สังเกตเห็นนั้น นักวิทยาศาสตร์ร่วมสมัยคนอื่น ๆ ที่ทำการทดลองคล้าย ๆ กันก็เคยสังเกตเห็นเช่นกัน แต่มีเพียงรินเก้นเท่านั้นที่สังเกตเห็นและนำไปขบคิด ทดลองต่อ อาจจะพูดได้ว่าเรื่อง “บังเอิญ” นั้นไม่มีอยู่จริง