เทคโนโลยี MRI หรือ Magnetic Resonance Imaging คือการใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความเข้มข้นสูงในการสแกนและสร้างภาพเนื้อเยื่อภายในร่างกายได้โดยไม่ต้องอาศัยการผ่าตัด ซึ่งมีความจำเป็นอย่างมากสำหรับการวินิจฉัยโรคร้ายต่าง ๆ ที่เกิดในขึ้นภายในสมอง หัวใจ และกระดูกสันหลัง เป็นต้น โดยเฉพาะโรคมะเร็ง ซึ่งสามารถตรวจสอบได้ด้วยเครื่อง MRI ตั้งแต่ระยะเริ่มต้น ก่อนที่ผู้ป่วยจะแสดงอาการ
จึงไม่ใช่เรื่องน่าแปลกใจมากนักที่ในปัจจุบันจะมีเครื่อง MRI มากกว่า 36,000 เครื่อง กระจายอยู่ตามโรงพยาบาลทั่วโลก ซึ่งได้คอยรักษาชีวิตของผู้คนนับล้านในแต่ละปี แต่กว่าที่เครื่อง MRI จะพัฒนาจนกลายมามีหน้าตาเหมือนในทุกวันนี้นั้น นักวิทยาศาสตร์ผู้คิดค้นก็ต้องใช้การพัฒนามากกว่าหลายสิบปี เนื่องจากต้องอาศัยองค์ความรู้หลากหลายแขนง ไม่ว่าจะเป็นฟิสิกส์ ชีววิทยา ไปจนถึงวิทยาการคอมพิวเตอร์
จุดกำเนิดเครื่อง MRI จากฟิสิกส์ทฤษฎีสู่การแพทย์
ในช่วงต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์ทราบกันแล้วว่าภายในนิวเคลียส (แกนกลาง) ของธาตุต่าง ๆ นั้นมีสนามแม่เหล็กอยู่ ซึ่งทำให้เกิดความพยายามในการทดลองใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสร้างภาพเนื้อเยื่อภายในร่างกายมนุษย์ แต่ทว่าธาตุที่อยู่ในร่างกายมนุษย์ อย่างเช่น น้ำ ที่ประกอบไปด้วยออกซิเจนกับไฮโดรเจนนั้น กลับมีสัญญาณของแม่เหล็กที่ค่อนข้างอ่อนแรงเมื่อเทียบกับธาตุอื่น ๆ จึงทำให้เครื่องเอกซเรย์ที่ใช้รังสีนั้นเป็นอุปกรณ์เพียงชนิดเดียวที่สามารถสแกนอวัยวะภายในร่างกายมนุษย์ได้ในขณะนั้น
จนกระทั่งเดือนมีนาคม ค.ศ. 1973 Paul Lauterber นักเคมีจากสหรัฐอเมริกา ได้ผลิตอุปกรณ์ที่สามารถสร้างสนามแม่เหล็กความเข้มข้นสูงออกมาได้ ซึ่งทำให้แนวสนามแม่เหล็กของน้ำภายในร่างกายมนุษย์เรียงตัวไปในแนวเดียวกับอุปกรณ์ตามที่ต้องการ วิธีการนี้จึงช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ระบุตำแหน่งของอะตอมของน้ำส่วนใหญ่ได้ โดยงานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในนิตยสาร Nature ในปีเดียวกัน
ต่อมาในปี 1977 เครื่องสแกนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้พัฒนาอย่างก้าวกระโดดด้วยวิธีการของ Peter Mansfield นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้เสนอเทคนิค Echo Plana Imaging ซึ่งเป็นวิธีการใช้สมการทางคณิตศาสตร์ช่วยในโปรแกรมคอมพิวเตอร์ เพื่อการประมวลผลและสร้างภาพเนื้อเยื่อแต่ละส่วนขึ้นมาจากการสแกนร่างกายได้ภายในเวลาไม่กี่นาที
นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถใช้พลังของแม่เหล็กในการสแกนภาพเนื้อเยื่อภายในนิ้วมือมนุษย์ได้เป็นครั้งแรก ซึ่งทำให้องค์กรต่าง ๆ สนใจให้ทุนสนับสนุนเพื่อพัฒนาอุปกรณ์ที่สามารถนำไปใช้ตามโรงพยาบาลได้เป็นวงกว้าง ก่อนที่จะกลายมาเป็นเครื่อง MRI อย่างที่เราเห็นในปัจจุบันในที่สุด โดยในปี ค.ศ. 2003 Paul Lauterber และ Peter Mansfield ก็ยังได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ สำหรับการค้นพบการสร้างภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอีกด้วย
ฟังต่อกับ Thai PBS PODCAST : อัลตราซาวด์ เอกซเรย์ เอ็มอาร์ไอ ใช้งานต่างกันอย่างไร
ความปลอดภัยและค่าใช้จ่ายของ MRI ในปัจจุบัน
เครื่อง MRI ได้กลายเป็นหนึ่งในเครื่องมือทางการแพทย์ที่สำคัญอันดับต้น ๆ เลยก็ว่าได้ ซึ่งแพทย์มักใช้ MRI ในการตรวจวินิจฉัยโรค ซึ่งสามารถสแกนภาพอวัยวะภายในแบบสามมิติได้ตั้งแต่หัวจรดเท้าโดยที่ไม่สร้างความเจ็บปวด และไม่มีอันตรายจากรังสีตกค้างเหมือนกับเครื่องเอกซเรย์ ส่วนสนามแม่เหล็กที่เครื่องตรวจ MRI ตามโรงพยาบาลทั่วไปใช้นั้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความเข้มข้นเพียงแค่ 1.5 ถึง 3 เทสลาเท่านั้น ไม่ส่งผลกระทบต่อเซลล์อย่างแน่นอน
แต่ทว่าในยุคแรก ๆ ที่ MRI ได้มาติดตั้งอยู่ตามโรงพยาบาลนั้น ก็กลับมาพร้อมกับค่ารักษาที่แพงหูฉี่ เพราะว่าเครื่อง MRI ต้องอาศัยการเติมฮีเลียมเหลวลงไปในเครื่องอยู่เป็นประจำ เนื่องจากเครื่อง MRI นั้นจะสร้างสนามแม่เหล็กได้เมื่อมีอุณหภูมิต่ำพอที่ประมาณ -268 องศาเซลเซียสเท่านั้น
ก่อนที่ต่อมาวิศวกรได้คิดค้นระบบหล่อเย็นแบบปิด ทำให้โรงพยาบาลไม่ต้องเสียเงินจำนวนมากเพื่อซื้อฮีเลียมเหลวมาเติมเป็นประจำอีกต่อไป เครื่อง MRI จึงเริ่มแพร่หลายมากขึ้นและเข้าถึงคนจำนวนมากได้ในราคาไม่ถึง 20,000 บาท ต่อการสแกน 1 ครั้ง ทั้งการนำขั้นตอนการเติมฮีเลียมออกไปยังทำให้เครื่องมีความปลอดภัยมากขึ้นอีกด้วย ถึงกระนั้นผู้ป่วยที่เข้าไปใช้งานเครื่อง MRI ก็ต้องคอยระวังไม่ให้มีโลหะติดเข้าไปในขณะที่เครื่องเปิดอยู่ด้วย มิฉะนั้นโลหะก็จะถูกดูดเข้าไปติดกับเครื่องได้และอาจก่อให้เกิดอุบัติเหตุที่ร้ายแรงได้
นวัตกรรมใหม่ล่าสุด จากเทคโนโลยี MRI
ล่าสุดศูนย์การแพทย์ของมหาวิทยาลัยดุ๊ก (Duke) ในประเทศสหรัฐอเมริกาได้เปิดเผยผลงานใหม่ เป็นภาพสแกนภายในสมองของหนูที่มีความละเอียดความชัดมากที่สุดในโลก ด้วยเทคโนโลยี MRI แบบใหม่ผสมกับการใช้เทคนิค Light Sheet Microscopy ซึ่งได้ผ่านการพัฒนาอย่างต่อเนื่องมาเป็นเวลากว่า 40 ปี จนภาพสแกนภายในสมองแบบสามมิติที่ได้มานั้น มีความละเอียดยิ่งกว่าภาพจากเครื่องตรวจ MRI ทั่วไปตามโรงพยาบาลถึง 64 ล้านเท่า เปรียบเสมือนกับการได้เห็นรายละเอียดเนื้อเยื่อสมองด้วยกล้องจุลทรรศน์
มิหนำซ้ำผลการสแกนในการวิจัยครั้งนี้มีการใช้สีเพื่อบ่งชี้กลุ่มเซลล์ที่แตกต่างกัน ซึ่งมีประโยชน์ในการศึกษาโรคทางสมอง อย่างเช่น หนึ่งในภาพสแกนสมองของหนูได้เผยให้เห็นถึงวงจรประสาทที่ถดถอยในสมองของหนูที่เป็นโรคอัลไซเมอร์ ขณะที่สีสันในภาพสแกนนี้ยังช่วยบอกถึงการเชื่อมต่อของเส้นประสาทในสมองอีกด้วย
เรียกได้ว่าเครื่องสแกน MRI ที่ภาพมีความละเอียดเปรียบเสมือนส่องกล้องจุลทรรศน์นี้ เป็นความหวังใหม่ของวงการแพทย์ที่จะช่วยยกระดับคุณภาพชีวิตของมนุษย์ไปอีกขั้น ซึ่งงานวิจัยฉบับล่าสุดนี้ได้รับการตีพิมพ์ลงในวารสาร Proceedings of the National Avademy of Sciences ฉบับเดือนเมษายน ค.ศ. 2023
ที่มาข้อมูล: Proceedings of the National Academy of Sciences
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech