เอ็มอาร์ไอ (MRI) เครื่องมือแพทย์สารพัดประโยชน์ จากสารพัดปฏิกิริยาทางแม่เหล็ก

30-09-2019 อ่าน 19,232

ภาพแสดงเครื่องเอ็มอาร์ไอ (MRI) (ที่มา https://4rai.com/blog)

เครื่องเอ็มอาร์ไอ (MRI) หรือชื่อเต็มๆ คือ magnetic resonance imaging เครื่องแสกนร่างกายรูปร่างหน้าตาคล้ายโดนัทขนาดใหญ่ ที่หลายคนอาจเคยเห็นกันมาบ้างตามโรงพยาบาลต่างๆ เครื่องเอ็มอาร์ไอนี้เป็นเครื่องมือทางการแพทย์ที่มีประโยชน์อย่างมาก ใช้สำหรับแสกนดูลักษณะหรือตรวจหาความผิดปกติของส่วนต่างๆ ภายในร่างกาย เพื่อเป็นข้อมูลในการวินิจฉัยของแพทย์ผู้เชี่ยวชาญ แต่เห็นหน้าตาที่ดูเรียบง่ายสไตล์มินิมอลแบบนี้ ภายในเครื่องประกอบไปด้วยส่วนประกอบย่อยๆ ที่ต้องใช้หลักการทางฟิสิกส์จำนวนมากเลยทีเดียว

          เครื่องเอ็มอาร์ไอนี้ มีจุดประสงค์การใช้งานคล้ายกับเครื่องเอ็กซเรย์ (x-ray) ที่แสกนดูความผิดปกติในร่างกาย เพื่อให้แพทย์วินิจฉัยและให้การรักษาได้อย่างถูกต้อง แต่เครื่องเอ็มอาร์ไอนี้ สามารถมองเห็นรายละเอียดของเนื้อเยื่อนุ่มๆ และการเคลื่อนที่ของของเหลวภายในเนื้อเยื่อเหล่านั้นได้ดีกว่า รวมทั้งมีหลักการทำงานพื้นฐานที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง โดยเครื่องเอ็มอาร์ไอนี้ ไม่ได้อาศัยการแผ่รังสีใดๆ แต่ใช้หลักการทางแม่เหล็กและการตอบสนองต่อแม่เหล็กของเนื้อเยื่อที่แตกต่างกันมาเป็นตัวกลางในการส่งผ่านข้อมูล ความแตกต่างในการตอบสนองของแม่เหล็กนี้เป็นผลมาจากสมบัติทางควอนตัมที่เรียกว่า สปิน ซึ่งเป็นสมบัติพื้นฐานของอนุภาคต่างๆ แต่สมบัติทางควอนตัมที่ซับซ้อนนี้ จะทำให้เรามองเห็นภาพภายในร่างกายของเราได้อย่างไร เราจะมาทำความเข้าใจกันในบทความนี้ ^{[1], [2]}

          การใช้งานของเครื่องเอ็มอาร์ไอสามารถใช้แสกนอวัยวะได้หลายส่วน เช่น สมอง ตับ ไต ไขสันหลัง และเส้นเลือดต่างๆ เป็นต้น อวัยวะเหล่านี้มีความซับซ้อนมาก โดยเฉพาะสมอง ที่เป็นเหมือนศูนย์ควบคุมหลักของร่างกาย ความผิดปกติที่เกิดขึ้นกับสมองจึงถือว่าเป็นเรื่องร้ายแรง จึงต้องได้รับการรักษาที่ละเอียดอ่อนและระมัดระวัง อวัยวะเช่น สมอง นี้มีส่วนประกอบหลักคือ น้ำและไขมัน โครงสร้างทางเคมีของน้ำและไขมันมีอะตอมของไฮโดรเจนเป็นส่วนประกอบ ซึ่งไฮโดรเจนนี่เองเป็นแหล่งที่มาของสมบัติสปินที่เราต้องการ

          อะตอมของไฮโดรเจนประกอบด้วยโปรตรอนซึ่งมีประจุบวก ทำหน้าที่เป็นนิวเคลียส และมีอิเล็กตรอนที่มีประจุบลบอยู่รอบๆ นิวเคลียสนั้น อนุภาคเล็กจิ๋วเช่น โปรตรอนและอิเล็กตรอนนี้ มีสมบัติเฉพาะตัวที่เรียกว่า สปิน (spin) ซึ่งเป็นสมบัติพื้นฐานทางควอนตัมของอนุภาค สปินมีลักษณะหลายอย่างคล้ายกับโมเมนตัมเชิงมุมที่เกิดจากการหมุนของวัตถุ แต่อย่างไรก็ตามมันก็ไม่เหมือนกันสักทีเดียว เพราะนี่คือสมบัติของอนุภาคขนาดเล็กจิ๋ว ที่ไม่น่าจะใหญ่พอที่จะมีแกนหมุนเป็นของตัวเองได้ รวมทั้งยังมีสมบัติทวิภาคเป็นทั้งคลื่นทั้งอนุภาคอีกด้วย หากเราจินตนาการอนุภาคทรงกลมขนาดใหญ่ที่มีประจุบวกหมุนรอบตัวเอง การหมุนของประจุนี้ก็ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กย่อมๆ ขึ้นมา ขนาดของสนามแม่เหล็กขึ้นอยู่กับประจุและความเร็วในการหมุนนั้น ส่วนทิศทางจะเป็นไปตามโมเมนตัมเชิงมุมหรือตามกฎมือขวา เราสามารถอธิบายขนาดและทิศทางของสนามแม่เหล็กนี้ด้วยปริมาณที่เรียกว่า โมเมนต์แม่เหล็ก (magnetic moment, µ) การที่อนุภาคมีสมบัติสปินก็ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กอ่อนๆ ขึ้นมาเช่นกันและมีโมเมนต์แม่เหล็กเป็นของตัวเองตามทิศทางของการสปิน อนุภาคเล็กๆ เช่น โปรตรอนในอะตอมของไฮโดรเจนนี้ จึงเปรียบเสมือนแท่งแม่เหล็กขนาดจิ๋วๆ นั่นเอง

ภาพแสดงสนามแม่เหล็กจากสปินและการจัดเรียงตัวของโปรตรอนในอะตอมไฮโดรเจนเมื่อมีสนามแม่เหล็กภายนอก

สมองของเราจึงเหมือนมีแท่งแม่เหล็กจิ๋วๆ นั่นอยู่เต็มไปหมด ในสภาวะปกติโมเมนต์แม่เหล็กของสปินนี้จะมีทิศทางกระจัดกระจาย สนามแม่เหล็กของพวกมันจึงหักล้างกันไปหมด แต่เมื่อเราใส่สนามแม่เหล็กภายนอก (B0) ที่มีความเข้มสูงเข้าไป มันก็จะไปมีปฏิกิริยากับโมเมนต์แม่เหล็กของสปินนั้น ทำให้เกิดการจัดเรียงตัวใหม่ คล้ายกับการที่เข็มของเข็มทิศหมุนไปตามสนามแม่เหล็กโลก ในสภาวะที่มีสนามแม่เหล็กภายนอกนี้ โมเมนต์แม่เหล็กของสปินสามารถมีทิศทางได้สองแบบคือ ขนานไปในทิศทางเดียวกับสนามแม่เหล็ก หรือ ขนานไปในทางตรงกันข้าม แต่โดยทั่วไปแล้วการที่ขนานไปในทิศเดียวกับแม่เหล็กใช้พลังงานต่ำกว่า แท่งแม่เหล็กจิ๋วส่วนใหญ่จึงพากันเรียงตัวไปในทิศทางนี้ สนามแม่เหล็กไปในทางเดียวกัน ไม่หักล้างกัน เกิดเป็นโมเมนต์แม่เหล็กของสปินรวมที่มีค่าขึ้นมาและชี้ไปในทิศทางนั้น ดังรูปด้านบน อย่างไรก็ตามการจัดเรียงตัวใหม่ของสปินนี้ไม่ได้เบนไปเหมือนเข็มทิศสักทีเดียว แต่เกิดการหมุนควงขึ้น เหมือนกับลูกข่าง การหมุนควงของโมเมนต์แม่เหล็กของสปินนี้เป็นไปตามหลักการของลามอร์ (Larmor precession) ซึ่งอธิบายความสัมพันธ์ของความถี่ในการหมุนกับความเข้มของสนามแม่เหล็กที่อนุภาครับรู้และสมบัติเฉพาะตัวตามชนิดของอนุภาคนั้น และความถี่นี้ก็เป็นตัวสำคัญในการบ่งบอกระดับพลังงานของการหมุนนั้นด้วย

ภาพแสดงการหมุนควงของโมเมนต์แม่เหล็กของสปินเทียบกับลูกข่าง (ซ้าย) และสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าไหลภายในขดลวด (ขวา)

ภาพแสดงส่วนประกอบของเครื่องเอ็มอาร์ไอ (ที่มา https://snc2dmri.weebly.com/components--functions.html)

สนามแม่เหล็กภายนอกที่ถูกใส่เข้าไปในเครื่องเอ็มอาร์ไอ เพื่อที่จะทำปฏิกิริยากับโมเมนต์แม่เหล็กของสปินนี้มีถึงสามส่วนด้วยกัน ส่วนแรกมาจากแหล่งกำเนิดแม่เหล็กขนาดใหญ่ ที่สามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงถึง 1-3 เทสลา (T) ซึ่งสูงกว่าสนามแม่เหล็กโลกเป็นหมื่นเท่าเลยทีเดียว การสร้างสนามแม่เหล็กนี้เกิดจากการให้กระแสไฟฟ้าเข้าไปในขดลวดขนาดใหญ่ที่ถูกหล่อไว้ด้วยฮีเลียมเหลว ทำให้อุณหภูมิลดต่ำลงจนถึงจุดที่อยู่ในภาวะตัวนำยิ่งยวด (superconductivity) ในภาวะนี้ขดลวดมีความต้านทานต่ำ สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้มากยิ่งขึ้นและสร้างสนามแม่เหล็กได้ความเข้มสูงขึ้น เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลเป็นวงกลมปิด จะเกิดสนามแม่เหล็กขึ้นมาในทิศทางตั้งฉากกับแนววงกลมนั้น สนามแม่เหล็กนี้จะเป็นสนามแม่เหล็กหลัก ที่ให้ความเข้มค่อนข้างคงที่ตลอดบริเวณที่จะแสกน ในเครื่องเอ็มอาร์ไอนี้ก็มีขดลวดแม่เหล็กอีกชนิดหนึ่งที่ให้สนามแม่เหล็กอ่อนๆ (B1) และมีทิศทางเปลี่ยนไปมาด้วยความถี่คลื่นวิทยุ (radio frequency, RF) สนามแม่เหล็กนี้มาจากขดลวดเล็กๆ ที่มีกระแสไฟฟ้าไหลภายใน โดยทิศทางของกระแสไฟฟ้าจะเปลี่ยนไปมาด้วยความถี่ช่วงคลื่นวิทยุนั่นเอง ความถี่นี้คือค่าที่เหมาะสม พอดีกับความถี่ของการหมุนควงของโมเมนต์แม่เหล็กของสปิน ซึ่งการที่ใส่สนามแม่เหล็กเข้าไปที่ความถี่เดียวกับการหมุนควงนี้ทำให้เกิดการถ่ายเทพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ เหมือนกับการที่เราแกว่งชิงช้า ถ้าเราออกแรงผลักให้ตรงรอบของการแกว่งชิงช้า มันก็จะแกว่งไกวไปได้สูงยิ่งขึ้น นอกจากนี้ขดลวดเล็กๆ แบบเดียวกันก็ถูกใช้ในการวัดสัญญาณอีกด้วย โดยใช้หลักการเหนี่ยวนำที่ตรงกันข้ามคือ เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่ผ่านกลางขดลวด จะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นภายในขดลวดนั้น โดยถ้าสนามแม่เหล็กมีค่ามากก็จะให้กระแสไฟฟ้าที่มากขึ้นด้วย กระแสไฟฟ้าที่ได้ก็จะถูกแปลงให้เป็นสัญญาณดิจิตอล บันทึกและประมวลผลในโปรแกรมคอมพิวเตอร์ต่อไป ขดลวดนี้ถูกใช้ในการวัดปริมาณโมเมนต์แม่เหล็กของสปินในทิศทางต่างๆ จากปฏิกิริยาทางแม่เหล็กที่จะอธิบายในย่อหน้าถัดไป

ภาพแสดงทิศทางของสนามแม่เหล็กหลัก โมเมนต์แม่เหล็กของสปินและสนามแม่เหล็กคลื่นวิทยุ (ซ้าย) การเปลี่ยนแปลงขนาดของโมเมนต์แม่เหล็กตามแกน z เมื่อใส่ลำสนามแม่เหล็กคลื่นวิทยุ (ขวา)

สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนทิศด้วยความถี่คลื่นวิทยุ (B1) ถูกใส่เข้าไปในทิศตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กหลัก (B0) หากเราเรียกทิศของสนามแม่เหล็กหลักเป็นแกน z สนามแม่เหล็กใหม่นี้ก็จะอยู่ในแกน y ดังรูป เช่นเดิม เมื่อมีสนามแม่เหล็กภายนอกเข้ามาอีก โมเมนต์แม่เหล็กของสปินรวมที่ก่อนหน้านั้นอยู่ในภาวะสมดุล มีทิศขึ้นไปในทิศเดียวกับแม่เหล็กหลักแล้ว จะดูดกลืนพลังงานจากสนามแม่เหล็กใหม่และเกิดการหมุนรอบสนามแม่เหล็กนั้นอีกชั้นหนึ่ง โมเมนต์แม่เหล็กของสปินรวมจะค่อยๆ เบนออกมาจากแกน z ลงมายังแกน x ซึ่งมันจะเบนลงมาได้มากแค่ไหนขึ้นอยู่กับระยะเวลาที่เราใส่สนามแม่เหล็กคลื่นวิทยุนี้เข้าไป หากเราจ้องไปเฉพาะที่แกน z เท่านั้น เราจะเห็นขนาดของโมเมนต์แม่เหล็กของสปินรวมค่อยๆ ลดลงในขณะที่เราใส่สนามแม่เหล็กคลื่นวิทยุเข้าไป ลดลงๆ จนเป็นศูนย์เมื่อโมเมนต์แม่เหล็กนั้นหมุนไป 90 องศาลงไปอยู่ในแกน x พอดี จากนั้นถ้าเราหยุดการปล่อยสนามแม่เหล็กคลื่นวิทยุนี้ โมเมนต์แม่เหล็กของสปินก็จะค่อยๆ คลายพลังงานให้กับสิ่งแวดล้อมของมันและคืนตัวกลับมายังแกน z ในขั้นตอนนี้เราสามารถวัดปริมาณหนึ่งได้ที่เรียกว่า T1 ซึ่งคือช่วงเวลาในการคืนตัวกลับไปยังแกน z ของโมเมนต์แม่เหล็กของสปินรวม T1 ของเนื้อเยื่อที่แตกต่างกันจะมีความเร็วช้าแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นในสมอง ส่วนกระดูกกะโหลกจะคืนตัวเร็วสุด สมองเนื้อสีขาว (white matter) จะคืนตัวเร็วรองลงมา ซึ่งเร็วกว่าสมองเนื้อสีเทา (gray matter) และน้ำหล่อเลี้ยงสมอง (CSF) ดังกราฟในรูปด้านล่าง ดังนั้นหากเราวัดปริมาณโมเมนต์แม่เหล็กในแกน z ณ เวลาที่เหมาะสม เราจะได้สัญญานจากกระดูกและสมองเนื้อขาวมากที่สุด ซึ่งก็คือส่วนที่สว่างที่สุดในภาพแสกน ส่วนสมองเนื้อเทาก็ได้สีที่มืดลงมาเป็นสีเทาในรูป ส่วนน้ำหล่อเลี้ยงสมองคือส่วนที่มืดๆ ในภาพด้านล่าง

อีกปริมาณหนึ่งที่เราสามารถวัดได้คือ T2 แต่ตัวนี้จะค่อนข้างซับซ้อนนิดหน่อย เพราะมันเกิดจาการที่สปินของโปรตรอนในไฮโดรเจนแต่ละตัวทำปฏิกิริยากันเอง คราวนี้ให้เรามองจ้องไปที่แกน x เมื่อลำสนามแม่เหล็กคลื่นวิทยุ (B1, RF 90o) ที่เราใส่เข้าไปหมุนโมเมนต์แม่เหล็กของสปินลงมาอยู่ในแกน x พอดี ลำสนามแม่เหล็กคลื่นวิทยุนี้ก็หยุดลง ตรงนี้จะเป็นจุดที่เราสามารถวัดปริมาณโมเมนต์แม่เหล็กของสปินตามแกน x ได้มากที่สุด แต่เมื่อเราปล่อยเวลาไปสักพักหนึ่ง แน่นอนว่ามันจะค่อยๆ คืนตัวกลับสู่แกน z ตามเวลา T1 แต่ในขั้นตอนนั้นมันก็จะเกิดการหมุนไปรอบๆ ทิศของสนามแม่เหล็กหลักบนพื้นผิว xy ไปด้วย โมเมนต์แม่เหล็กของสปินรวมที่ถูกหมุนลงมายังแกน x นั้นเกิดจากการรวมกันของแท่งแม่เหล็กจิ๋วๆ หรือโปรตรอนหลายตัวๆ ในเนื้อเยื่อ แทนที่มันจะหมุนไปพร้อมๆ กันรอบแกน z มันเกิดการกระจายตัวขึ้น นี่เป็นผลมาจากทั้งความไม่สม่ำเสมอของแม่เหล็กหลักที่อาจเกิดขึ้นนิดหน่อย ความบิดเบี้ยวของโครงสร้างทางเคมีชั่วคราวจากผลของแม่เหล็ก รวมไปถึงปฏิกิริยาระหว่างสปินของโปรตรอนด้วยกันเอง ทำให้บางตัวหมุนช้า บางตัวหมุนเร็ว กระจายกันไปเหมือนพัดที่ค่อยๆ กางออก และค่อยๆ หมุนเป็นเกลียวเบาๆ ขึ้นไปยังแกน z

ภาพแสดงการตอบสนองต่อลำสนามแม่เหล็กคลื่นวิทยุ (RF 90o และ RF 180o) ของโมเมนต์แม่เหล็กของสปิน

ในการวัด T2 นั้น เราต้องใช้เทคนิคเสริมที่เรียกว่า สปินเอคโค (spin echo) ด้วยการใส่ลำสนามแม่เหล็กคลื่นวิทยุเข้าไปอีกครั้งหนึ่ง (B2, RF 180o) ด้วยระยะเวลาที่เป็นสองเท่าจากเดิม โมเมนต์แม่เหล็กของสปินทั้งหมดจะหมุนรอบลำสนามแม่เหล็กนั้นไปเป็นสองเท่า คือจากแค่ 90 องศา เป็น 180 องศา ลำคลื่นวิทยุนี้ทำให้ทุกอย่างหมุนกลับตาลปัตรจากหน้ามือเป็นหลังมือ เมื่อลำคลื่นวิทยุนี้หยุดลง ทุกอย่างก็เข้าสู่กระบวนการเดิมคือหมุนรอบแกนแม่เหล็กหลักเป็นเกลียวอ่อนๆ ขึ้นไปยังแกน z แต่คราวนี้จะกลับกันแทนที่มันจะเป็นพัดที่กางออก แต่กลายเป็นพัดที่ค่อยๆ หุบ เนื่องมาจากโมเมนต์แม่เหล็กของสปินที่หมุนเร็วได้ถูกหมุนกลับไปให้อยู่รั้งท้ายตัวที่หมุนช้าแล้ว มันจึงลู่เข้ามาหากันด้วยความเร็ว จังหวะที่พัดนี้หุบ ก็คือช่วงที่ทุกตัวกลับมาอยู่ที่แกน x พร้อมกันอีกครั้ง นี่ก็จะเป็นจุดที่เราวัดปริมาณโมเมนต์แม่เหล็กของสปินตามแกน x ได้มากที่สุดอีกครั้งหนึ่ง เรียกว่าสปินเอคโคนั่นเอง ลำสนามแม่เหล็กคลื่นวิทยุที่หมุน 180 องศานี้ สามารถใส่เข้าไปได้หลายครั้งทำให้เกิดสปินเอคโคหลายครั้งต่อเนื่องกัน แต่ความเข้มของสปินเอคโคในแต่ละครั้งจะค่อยๆ ลดลงไป เป็นผลมาจากปฏิกิริยาระหว่างสปินของโปรตรอนด้วยกันเอง ระยะเวลาที่ใช้ในการลดลงนี้เรียกว่า T2 ซึ่งค่านี้จะเร็วหรือช้าก็ขึ้นอยู่กับลักษณะที่แตกต่างกันของเนื้อเยื่อต่างๆ เช่น กระดูกมี T2 สั้นที่สุด ปริมาณโมเมนต์แม่เหล็กรวมจึงลดลงไปอย่างรวดเร็วมาก เราจึงอาจไม่ได้สัญญาณจากกระดูกมากนัก สมองส่วนสีขาวจะลดลงเร็วรองลงมาและเร็วกว่าสมองส่วนสีเทา ส่วนน้ำหล่อเลี้ยงสมองจะลดลงช้าสุด ดังนั้นเมื่อเราวัดสัญญาณที่เวลาเหมาะสม เราก็จะได้สัญญาณที่มีความแตกต่างกันมากจากแต่ละเนื้อเยื่อ เช่น น้ำหล่อเลี้ยงสมองที่ยังคงมีโมเมนต์แม่เหล็กในแกน x อยู่มาก จะให้ส่วนที่สว่างที่สุดในภาพ ส่วนอื่นๆ ก็จะค่อยๆ มืดลงไป ตามลำดับ จะเห็นว่านี่แทบจะตรงข้ามกับภาพที่ได้จาก T1 เลย ทำให้เราได้ข้อมูลในส่วนที่ต่างกัน เมื่อนำมาใช้รวมกัน ก็จะส่งเสริมให้เรามองเห็นส่วนของสมองได้ครบถ้วนยิ่งขึ้น

ภาพแสกนเอ็มอาร์ไอโดยใช้ความแตกต่างของค่า T2 ของเนื้อเยื่อต่างชนิด ^[2]

จะเห็นว่าการเลือกช่วงเวลาที่เหมาะสมและทิศทางในการวัดปริมาณโมเมนต์แม่เหล็กของสปินนี้ จะทำให้เราได้ข้อมูลที่ชัดเจนและแยกแยะได้ว่าภายในบริเวณที่เราแสกนนั้นมีเนื้อเยื่อและของเหลวอยู่อย่างไรบ้าง มากน้อยแค่ไหน แต่สัญญาณกระแสไฟฟ้าที่วัดได้ในขดลวด ที่เกิดจาดการเปลี่ยนแปลงของโมเมนต์แม่เหล็กของสปินนี้ ได้มาจากการวัดรวมๆ กันของทุกส่วนที่เราแสกน การที่เราจะสร้างภาพสามมิติขึ้นมาได้นั้น เราจำเป็นต้องรู้ว่าสัญญาณที่เราวัดได้นั้นมาจากส่วนใดของร่างกาย เช่น มาจากกะโหลกที่อยู่รอบนอกด้านขวาล่าง หรือจากสมองซีกซ้ายส่วนหน้าบน เป็นต้น การที่เราจะรู้ตำแหน่งต่างๆ นี้ เราก็ต้องพึ่งสนามแม่เหล็กส่วนที่สาม ส่วนที่เป็นสนามแม่เหล็กรอง ขดลวดแหล่งกำเนิดของมันจะอยู่ถัดจากขดลวดใหญ่เข้ามาอีกชั้นหนึ่ง ขดลวดนี้จะให้สนามแม่เหล็กที่อ่อนลงมาในระดับ มิลลิเทสลา (mT) แม่เหล็กรองนี้สร้างสนามแม่เหล็กในทิศเดียวกับแม่เหล็กหลักแต่มีค่าเปลี่ยนไปตามตำแหน่งต่างๆ ทั้งในแนว x y และ z เมื่อบวกสนามแม่เหล็กหลักและรองเข้าด้วยกัน จะได้ความเข้มของสนามแม่เหล็กที่ทำปฏิกิริยากับโปรตรอนของไฮโดรเจนที่ตำแหน่งต่างๆ ไม่เท่ากัน ส่งผลให้ความถี่ของการหมุนควงของโมเมนต์แม่เหล็กของสปินมีค่าเปลี่ยนไปตามตำแหน่งเช่นกัน ความเปลี่ยนแปลงตามตำแหน่งต่างๆ นี้ ทำให้เราสามารถระบุตำแหน่งของโปรตรอนที่ตอบสนองและเป็นต้นกำเนิดของสัญญาณที่เราตรวจวัดได้ เราจึงทั้งรู้ได้ว่าอะไรเป็นอะไรและอยู่ตรงไหนในร่างกายเรา

บทความนี้ได้อธิบายหลักการทำงานพื้นฐานของเครื่องเอ็มอาร์ไอนี้ โดยยังมีรายละเอียดย่อยๆ อีกมากมายที่เรายังไม่ได้พูดถึง รวมทั้งในปัจจุบันยังมีการพัฒนาเทคโนโลยีของเครื่องนี้ไปอีกมากมาย จะเห็นได้ว่าการใช้งานเครื่องเอ็มอาร์ไอนี้ค่อนข้างซับซ้อนเลยทีเดียว ผู้ใช้งานต้องมีความเข้าใจในหลักการทางฟิสิกส์ต่างๆ ที่อยู่ในรายละเอียด รวมไปทั้งความเข้าใจทางการแพทย์เพื่อที่สามารถนำมาใช้กับร่างกายมนุษย์ได้อย่างถูกต้องและปลอดภัย ซึ่งเครื่องแสกนที่ใช้ความรู้ทางแม่เหล็กอย่างเข้มข้นนี้ ก็นับว่าเป็นเครื่องมือที่มีความสำคัญทางการแพทย์มากเลยทีเดียว ทั้งให้ข้อมูลเพื่อการรักษาที่มีประสิทธิภาพ รวมทั้งเป็นเครื่องมือในการศึกษาวิจัยเพื่อเพิ่มองค์ความรู้ในการแพทย์และพัฒนาการรักษาขึ้นไปอีกด้วย

เรียบเรียงโดย

ชนกานต์ พันสา

นักศึกษาปริญญาเอก ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ประเทศอังกฤษ

อ้างอิง

[1] K. M. Broadhouse, “The Physics of MRI and How We Use It to Reveal the Mysteries of the Mind,” 2019. [Online]. Available: https://kids.frontiersin.org/article/10.3389/frym.2019.00023.
[2] R. A. Pooley, “AAPM/RSNA physics tutorial for residents: fundamental physics of MR imaging.,” Radiographics, vol. 25, no. 4, pp. 1087–1099, 2005.

บทความฟิสิกส์ล่าสุด

หอสังเกตการณ์นิวทริโนไอซ์คิวบ์บรรลุความแม่นยำระดับที่ไม่เคยมีมาก่อนในการศึกษาการแกว่งของนิวทริโน 20-08-2024

หอสังเกตการณ์นิวทริโนไอซ์คิวบ์ ตอนที่ 4 19-07-2024

หอสังเกตการณ์นิวทริโนไอซ์คิวบ์ ตอนที่ 3 04-03-2024

หอสังเกตการณ์นิวทริโนไอซ์คิวบ์ ตอนที่ 2 29-02-2024