ต้นแบบของเครื่อง MRI การศึกษาวิทยาศาสตร์พื้นฐาน นำไปสู่ความเข้าใจ และเชื่อมต่อสู่วิทยาศาสตร์ประยุกต์
สวัสดีครับ
วันนี้ขอนำเสนอภาพบางส่วนที่ผมและนักศึกษารังสีเทคนิค ได้เรียนรู้เกี่ยวกับการใช้งานของเครื่องเอ็มอาร์ไอ (MRI) และ เอ็นเอ็มอาร์ (NMR) ที่ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น โดยความกรุณาจาก ผศ.ดร.จันทร์เพ็ญ โทมัส และ อาจารย์เอียน โทมัส
เพื่อเรียนรู้เทคนิคการกำหนดพารามิเตอร์ต่างๆที่เกี่ยวข้องกับการหาค่าเวลาการผ่อนคลาย (T1 and T2 relaxation time) ของสารชนิดต่างๆ ซึ่งเป็นการสร้างความเข้าใจในเรื่องการสร้างภาพด้วยเครื่องเอ็มอาร์ไอ และเตรียมความพร้อมของตัวเองสำหรับการศึกษาน้ำดีของหนูที่ติดพยาธิใบไม้ตับที่นำไปสู่การเป็นมะเร็งท่อน้ำดี
นิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์สเปกโตรสโกปี (NMR Spectroscopy) นั้นมีประโยชน์ในการศึกษาโครงสร้างโมเลกุลของสารประกอบ โดยการเกิดอันตรกิริยา (interaction) ระหว่างรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ากับคลื่นวิทยุที่มีค่าความถี่ตรงกับนิวเคลียสที่เกาะอยู่ที่ตำแหน่งต่างๆในโมเลกุล ขณะที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็ก นิวเคลียสเหล่านี้มีสมบัติทางสนามแม่เหล็กต่างกัน เนื่องจากมีสภาวะแวดล้อมทางเคมีต่างกัน
แต่ NMR ที่ผมศึกษาครั้งนี้ เป็นแม่เหล็กที่มีสนามแม่เหล็กแรงต่ำ (0.3 Tesla) ไม่สามารถศึกษาโครงสร้างของสารเคมีได้ ซึ่งใช้หลักการทำงานคล้ายกัน แต่เครื่องนี้สามารถใช้ศึกษาเวลาในการผ่อนคลายของสารเคมีได้
ตัวอย่างที่ผมใช้ในการทดลอง คือ น้ำมันพืช
เมื่อใส่น้ำมันพืชลงในหลอดทดลอง แล้วนำหลอดทดลองไปวางบริเวณกึ่งกลางแม่เหล็ก จากนั้นเราก็กระตุ้นด้วยคลื่นวิทยุ เพื่อกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลง แล้วใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ทำงานเก็บข้อมูลสัญญาณที่เกิดขึ้น
เมื่อใช้งาน เราจะใส่คลื่นวิทยุที่สัมพันธ์กับความแรงของสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดขบวนการสั่นพ้อง หรือ กำทอน (Resonance) แล้ว ดูว่าเกิดสัญญาณหรือไม่?
สัญญาณที่เกิดขึ้นเรามักจะเรียกว่า FID (Free induction decay)
หากไม่มีสัญญาณ แสดงว่ายังไม่เกิดการสั่นพ้องหรือการกำทอน ดังนั้นเราก็ต้องตั้งปรับหรือเปลี่ยนแปลงค่าพารามิเตอร์ต่างๆที่เกี่ยวข้องใหม่ เพื่อกระตุ้นให้เกิดการสั่นพ้องหรือการกำทอนให้ได้ จากนั้นก็เก็บสัญญาณที่เกิดขึ้น
ลักษณะของสัญญาณที่ปรากฏจะอาจมีลักษณะเป็น Exponancial หรือเป็นแบบลูกคลื่น (Sine wave)ซึ่งประกอบด้วย Real และ Imaginary signal เป็นข้อมูลของความถี่และเวลา (Frequency และ Time domain) มาเกี่ยวข้อง
ในการทดลองนี้ผมต้องการหาค่าเวลาในการผ่อนคลายในลักษณะ T1 และ T2 ของน้ำมันพืช
การผ่อนคลายนี้จะเกิดขึ้นหลังจากหยุดกระตุ้นด้วยคลื่นความถี่วิทยุ (เมื่อเกิดการสั่นพ้องหรือการทำทอนแล้ว) โปรตอนของสารจะกลับเข้าสู่สภาวะสมดุลอีกครั้งหนึ่ง ซึ่งในขั้นตอนนี้โปรตอนนั้นจะมีการคายพลังงานสู่สิ่งแวดล้อมและแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างโปรตอนนั้นกับนิวเคลียสอื่น ขบวนการทั้งสองนี้ เรียกว่า การผ่อนคลายแบบ spin-lattice (ภาพที่แสดงมักเรียกว่า T1 weighted หรือเรียกสั้นว่า T1w หรืออาจมีการอีกชื่อหนึ่งว่า Longitudinal relaxation) และ spin-spin (ภาพที่แสดงมักเรียกว่า T2 weighted หรือเรียกสั้นว่า T2w หรืออาจมีการอีกชื่อหนึ่งว่า Transverse relaxation)
ตัวอย่าง
การนำวัดสัญญาณที่แสดงการผ่อนคลายในลักษณะ T1 relaxation time ในรูปกราฟ ณ ช่วงเวลาต่างๆกัน
T2 Relaxation time
การเก็บสัญญาณของของผ่อนคลายในลักษณะ T1 และ T2 นำมาใช้ทางการแพทย์ โดยการเก็บข้อมูลการกลับคืนสู่สมดุล magnetization ของไขมัน (Fat) และ น้ำหล่อเลี้ยงสมองและไขสันหลัง (CSF : Cerebral Spinal Fluid) แตกต่างกัน เมื่อเก็บสัญญาณทำให้เกิดความแตกต่างของสัญญาณ
ในภาพชนิด T1w นั้น ระยะเวลาการผ่อนคลายสั้น จึงทำให้ Fat มีสัญญาณมากกว่า CSF ซึ่งทำให้ Fat ภาพปรากฏเป็นสีขาว และ CSF มีระยะการผ่อนคลายที่ยาวกว่า Fat จึงทำให้มีสัญญาณน้อยกว่า Fat ทำให้ CSF ภาพปรากฏเป็นสีดำ เมื่อเก็บข้อมูลในเวลาเดียวกัน
ที่นำเสนอเป็นเพียงบางส่วนที่นักรังสีเทคนิคต้องทราบ ต้องเรียนรู้ เพื่อนำไปประยุกต์ใช้ในการสร้างการตรวจวินิจฉัยโรคกับผู้รับบริการต่อไป
เรียน อ.ต้อม..ขอบคุณมากค่ะสำหรับความรู้ดีๆที่นำมาให้เรียนรู้และทบทวนเสมอ
ขอบคุณอาจารย์มากครับ รุ่นน้องก็ได้ไปรับความรู้เรื่อง NMR เหมือนกันเลยครับ
ขอบคุณครับอาจารย์ พอดีได้อ่านควบคู่กับหนังสือของอาจารย์เลย และกำลังจะสอบMRI ของอาจารย์พอดีเลยครับ