เครื่องถ่ายภาพเอกซเรย์คอมพิวเตอร์

เครื่องถ่ายภาพ เอกซเรย์ คอมพิวเตอร์

คำนำ หนังสืออิเล็กทรอนิกส์ (E-book) วิชาฟิสิกส์เรื่อง เครื่องถ่ายภาพเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ ชั้นมัธยมศึกษาปี ที่ 6 เล่มนี้จัดขึ้นตามผลการเรียนรู้กลุ่มสาระ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมีจุดประสงค์เพื่อใช้ประกอบ การเรียนการสอนในรายวิชาฟิสิกส์ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 ในเรื่องเครื่องถ่ายภาพเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ ผู้จัดทำหวังเป็นอย่างยิ่งว่าหนังสืออิเล็กทรอนิกส์ เล่มนี้ (E-book) จะเป็นประโยชน์ต่อผู้สนใจที่จะศึกษา เรื่องเครื่องถ่ายภาพเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ไม่มากก็น้อย หากหนังสืออิเล็กทรอนิกส์เล่มนี้ (E-book) ผิดพลาด ประการใดผู้จัดทำขออภัยไว้ ณ โอกาสนี้ นางสาว ธมลวรรณ โทจำปา

สารบัญ เรื่อง หน้า เครื่องถ่ายภาพเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ 1 ส่วนประกอบของเครื่องถ่ายภาพเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ 2-4 สไปรอลซีที (Spiral CT) 5 มัลติสไลซ์ซีที (Multislice CT) 6 ข้อดีของการตรวจโดยเครื่องถ่ายภาพเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ 7 แบบฝึกหัด 8 เฉลยแบบฝึกหัด 9

1 เครื่องถ่ายภาพเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ Dr Godfrey Hounsfeile แห่งหน่วยวิจัยบริษัท B.M.I. ประเทศอังกฤษ ได้เริ่มต้นประดิษฐ์ Computerized Tomography ในปี 1967 ประสบ ความสำเร็จในปี 1972 CT เครื่องแรกได้นำมาใช้กับ โรงพยาบาล Athinson Morley 's ณ กรุงลอนดอน C.T. เครื่องแรกนี้ ใช้ได้เฉพาะตรวจ สมองในงาน Neuroradiology เท่านั้น และได้เรียกตามชื่อผู้ผลิตว่า E.M.I. scanner ต่อมา Dr.Robert s Ledley ได้เป็นคนแรกที่ทำ Whole body CT ได้ สำเร็จเป็นเครื่องแรก และได้นำไปติดตั้งที่ Georye Town University Medical Center U.S.A. ในเดือน กุมภาพันธ์ 1974

2 ส่วนประกอบของเครื่องถ่ายภาพเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ 1. แกนตรี (Gantry) เป็นส่วนประกอบที่ใกล้ชิดตัวผู้ป่วยมากที่สุด ตรงกลางมีช่องกลมขนาดใหญ่ เส้นผ่า ศูนย์กลางประมาณ 70-80 เซนติเมตร gantry มีหลายส่วนประกอบดังนี้ 1.1 วงแหวนสลิป (Slip ring) - เป็นอุปกรณ์ทางกลศาสตร์ไฟฟ้า (Eletromechanics) ที่ทำมาจากตัวนำไฟฟ้า ทำหน้าที่นำไฟฟ้าเข้าสู่หลอดเอกซเรย์ได้อย่างต่อเนื่อง - Slip ring เมื่อพิจารณาตามลักษณะรูปร่างสามารถแบ่งได้ 2 แบบ คือ แบบ กระบอกและแบบจาน - ถ้าพิจารณาตามลักษณะการจ่ายกระแสไฟฟ้าเพื่อเลี้ยงระบบสามารถแบ่งได้ 2 แบบ คือ แบบศักย์ไฟฟ้าสูง และแบบศักย์ไฟฟ้าต่ำ ภาพแสดงตาแหน่งของ slip ring, X-ray tube และ detector 1.2 หลอดเอกซเรย์ (X-ray tube) - โดยทั่วไปแล้วหลอดเอกซเรย์ในเครื่องเอกซเรย์ธรรมดาไส้หลอด(Filament) จะ ถูกเผาให้ร้อนด้วยกระแสไฟฟ้าทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจาก ไส้หลอด และถูกเร่งด้วย ความต่างศักย์สูงประมาณ 50-150 kV แต่ใน CT ความต่างศักย์จะสูงมากอยู่ในช่วง 80-140 kV - อิเล็กตรอนจะวิ่งชนเป้าบนจานแอโนด ซึ่งกำลังหมุนด้วยความเร็วเชิงมุมประมาณ 10,000 รอบต่อนาที และมีจุดโฟกัสขนาดไม่เกิน 2 mm. กระแสหลอดประมาณ 20- 500 mA - หลอดเอกซเรย์ต้องมีความจุความร้อนสูงและสามารถระบายความร้อนได้เร็ว โดย มีความจุความร้อนประมาณ 6 MHU (1 HU=1.4 J) ซึ่งมากกว่า หลอดเอกซเรย์ ธรรมดาประมาณ 6 เท่า - วัสดุที่ใช้ทำไส้หลอดควรมีจุดหลอมเหลวสูงนิยมใช้ทังสเตน (Tungsten) - จานแอโนดควรมีความจุความร้อนสูงและสามารถระบายความร้อนได้ดีมาก นิยม ทำจากโลหะอัลลอยด์ของโรเดียม ทังสเตน และโมลิบดินั่ม ภาพแสดงหลอดเอกซเรย์

3 ส่วนประกอบของเครื่องถ่ายภาพเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ 1.3 การกรอง (Filtration) ทำให้เอกซเรย์ที่ออกมามีพลังงานสม่ำเสมอและมีค่าเฉลี่ยสูงขึ้น 1.4 คอลลิเมเตอร์ (Collimator) ทำหน้าที่จำกัดลาเอกซเรย์ให้มีลักษณะและขนาดตามต้องการ ใน CT มีคอลลิเมเตอร์หลัก 2 ชนิด คือ คอลลิเมเตอร์ชนิดหน้าผู้ป่วย (Pre-patient collimator) และคอลลิเมเตอร์ชนิดหน้า หัววัด (Pre-detector collimator) ภาพแสดงตำแหน่ง Pre-patient collimator และ Pre-detector collimator 1.5 แหล่งจ่ายไฟฟ้าศักย์สูง (Generator) - เริ่มแรกมีการใช้หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดสามเฟส ซึ่งมีขนาดใหญ่จึงต้องวางอยู่ภายนอก gantry กระแสไฟฟ้าที่ได้จากหม้อแปลงชนิดนี้จะมีการกระเพื่อมของ รูปคลื่นไฟฟ้าประมาณ 4 เปอร์เซ็นต์ - ต่อมามีการพัฒนาระบบแปลงไฟฟ้าศักย์สูงชนิดความถี่สูงขึ้น โดยมีความถี่อยู่ในช่วง 500- 25,000 Hz หม้อแปลงมีขนาดลดลงสามารถติดตั้งไว้ภายใน gantry ได้และมีประสิทธิภาพสูง กว่าหม้อแปลงรุ่นเก่า มีการกระเพื่อมของรูปคลื่นไฟฟ้าเพียง 1 เปอร์เซ็นต์ 1.6 หัววัดเอกซเรย์ (Detector) มี 2 ชนิด ดังนี้ - หัววัดเอกซเรย์แบบซิลทิเลชั่น ซึ่งแยกย่อยได้อีก 2 ชนิดได้แก่ หัววัดแบบหลอดขยายกาลัง แสง PMT และแบบหัววัดโฟโตไดโอด - หัววัดเอกซเรย์แบบก๊าซ (Gas fill detector) มีลักษณะภายเป็นกล่องภายในบรรจุก๊าซ ผนังกล่องมีศักย์ไฟฟ้าเป็นลบเรียกว่า แคโทด (Cathode) ส่วนภายในกล่องมีลวดตัวนำเสียบ ไว้มีศักย์ไฟฟ้าเป็นบวกเรียกว่า แอโนด (Anode) การวัดความเข้มของเอกซเรย์จะเกิดขึ้นเมื่อ โฟตอนชนกับอะตอมในก๊าซแล้วจะแตกตัวเป็นไอออน และอิเล็กตรอนอิสระได้สัญญาณออกมา

4 ส่วนประกอบของเครื่องถ่ายภาพเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ 2. คอมพิวเตอร์ (Computer) ฮาร์ดแวร์ (Hardware) ประกอบด้วย - อุปกรณ์นำเข้า (Input device) ได้แก่ Keyboard, Disk, CD-ROM เป็นต้น ใน CT อุปกรณ์นำเข้าที่ใช้คือ detector โดยข้อมูลส่วนใหญ่เป็นสัญญาณที่เกิดจากหัววัดเอกซเรย์ส่ง เข้าสู่ระบบ DAS เพื่อต่อไปยังหน่วยประมวลผลกลาง - หน่วยประมวลผลกลาง ประกอบด้วย Microprocessor หน่วยควบคุม (Control unit) ทำหน้าที่ควบคุมการทางานของคอมพิวเตอร์ หน่วยคำนวณและตรรกะ (ALU) ทำหน้าที่ใน การคำนวณทางคณิตศาสตร์และเปรียบเทียบข้อมูล และหน่วยความจำภายใน (Internal memory) มี 2 แบบ คือหน่วยความจำ ที่อ่านอย่างเดียว (ROM : Read only memory) กับหน่วยความจำที่เข้าถึงโดยการสุ่ม (RAM : Random access memory) - อุปกรณ์ส่งออก (Output device) ได้แก่ การทำสำเนา (Hard copy) และการทำสำเนา ชั่วคราว (Soft copy) - ซอฟท์แวร์ (Soft ware) ได้แก่ โปรแกรมคำสั่งต่าง ๆ ที่ได้เขียนขึ้นด้วยภาษาคอมพิวเตอร์ เพื่อให้คอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้ในบทบาทต่าง ๆ ตามที่ต้องการ ซอฟท์แวร์มี 2 แบบคือ ระบบปฏิบัติการ และโปรแกรมประยุกต์ - ระบบปฏิบัติการ (Operating system) ได้แก่ ไมโครซอฟต์ดอส (Microsoft DOS) ไมโครซอฟต์วินโดวส์และยูนิกส์ ระบบปฏิบัติการทำหน้าที่ควบคุมการทางานทั้งหมดของ ฮาร์ดแวร์ในคอมพิวเตอร์ และควบคุมการทางานของคอมพิวเตอร์ให้สามารถดำเนินการ โปรแกรมอื่น ๆ ได้ด้วย 3. คอนโซลและแสดงภาพ (Console and Monitor) - เป็นส่วนที่มีแป้นพิมพ์และจอมอนิเตอร์ ซึ่งสามารถควบคุมการทำงานของ CT และสามารถ แสดงภาพทางจอมอนิเตอร์ได้ - สามารถเลือกปัจจัยในการสร้างภาพต่าง ๆ ให้เหมาะสม สั่งการให้คอมพิวเตอร์คำนวณ สร้างภาพออกมา และยังสามารถจัดเตรียมข้อมูลผู้ป่วย รวมถึงการทำงานของเครื่องได้ 4. ที่เก็บข้อมูลและส่วนบันทึกภาพ - ที่เก็บข้อมูล (Hard disk) คือ การทำคำสำเนาชั่วคราว ได้แก่ การเก็บภาพหรือการเก็บ ข้อมูลแบบดิจิตอลในแผ่นดิสก์ - ส่วนบันทึกภาพ หมายถึง การทำสำเนาถาวร

5 สไปรอลซีที (Spiral CT) ลักษณะประจาตัวของ Spiral CT - ใช้เวลาในการสแกนน้อยลงกว่า CT แบบธรรมดา - ภาพที่ได้จาก Spiral CT ในการสร้างภาพ 3 มิติมีคุณภาพกว่าภาพ ที่ได้จาก conventional CT และ การสร้างภาพหลายระนาบหรือ เอ็มพีอาร์ (Multiplanar reconstruction : MPR) คุณลักษณะของ Spiral CT - การสแกนอย่างต่อเนื่องซึ่งประกอบไปด้วยการเคลื่อนที่เป็นวงกลม อย่างต่อเนื่องของหลอดเอกซเรย์พร้อมกับเคลื่อนที่แบบเลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอ ของเตียงเอกซเรย์ ซึ่งจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยี slip ring - หลอดเอกซเรย์แบบพิเศษออกแบบให้มีความจุความร้อนสูง และ สามารถระบายความร้อนได้ในอัตราที่สูง - การคำนวณสร้างภาพความเร็วสูง (High-speed image reconstruction) เนื่องจากเวลาในการสแกนแบบควงสว่านจะนานกว่าแบบ ธรรมดาจึงต้องใช้การคำนวณการสร้างภาพความเร็วสูง - มีหน่วยความจำที่มากพอเพราะจะได้ชิ้นภาพจำนวนมากหลังจากการ สแกน ดังนั้นจะต้องมีหน่วยความจำที่มากพอ

6 มัลติสไลซ์ซีที (Multislice CT) ลักษณะประจาตัวของ Multislice CT - ลักษณะโดยทั่วไปคล้ายกับ Spiral CT แต่ต่างกันที่ Multislice CT มีแถวหัววัดเอกซเรย์ ในแนวแกน z มากกว่า เวลาในการสแกนเฉลี่ยแต่ละรอบน้อยกว่า 1 วินาที - gantry เวลาในการสแกนของ Multislice CT น้อยกว่า 1 วินาที แสดงว่าชุดของ หลอดเอกซเรย์ หัววัดหลอดเอกซเรย์ และอุปกรณ์อื่น ๆ ซึ่งมี มวลมากจะต้องเคลื่อนที่เป็นวงกลมด้วยความเร็วสูงทำให้เกิดแรง เหวี่ยงออก จากศูนย์กลางการหมุนอย่างมหาศาล - หัววัดเอกซเรย์มี 2 แบบ คือ แบบหัววัดชนิดตรึง (Fixed detector array) และหัววัดปรับแต่ง (Adaptive detector array) ข้อดีของ Multislice CT - การสแกนเชิงปริมาตรได้มากขึ้นและรวดเร็ว เนื่องจากมีการเพิ่มอัต ราส่วนพิตซ์หรือเพิ่มความรวดเร็วในการสแกน - Spatial resolution ตามแนวแกน z ดีกว่า Spiral CT - ลำเอกซเรย์ถูกใช้เต็มประสิทธิภาพมากกว่า Spiral CT - ปริมาณรังสีลดลงประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์

7 ข้อดีของการตรวจโดยเครื่องถ่ายภาพ เอกซเรย์คอมพิวเตอร์ ได้ภาพที่ละเอียดชัดเจน แยกความทึบของเนื้อเยื่อต่าง ๆ ในร่างกายได้ละเอียด มาก เช่น แยกเนื้อเยื่อสมองออกเป็นส่วน แยก ความทึบของก้อนต่าง ๆ ว่าเป็น ก้อน(solid) ถุงน้ำ หรือมีหินปูนอยู่หรือไม่ ซึ่งเครื่องเอกซเรย์ธรรมดาไม่ สามารถทำได้ นอกจากนี้ ยังสามารถบอกขนาด ตำแหน่งของส่วนที่ผิดปกติ ตลอดจนการกระจายของโรคได้ ช่วยคำนวณวางแผนการรักษาโดยรังสีรักษาในผู้ป่วยที่เป็นเนื้องอก โดย สามารถคำนวณภาพของก้อนเนื้องอกจริง ๆ ปัจจุบันมีเครื่องเอกซเรย์คอมพิวเตอร์รุ่นใหม่ ๆ สามารถศึกษาการไหลเวียน ของกระแสเลือด และการไหลเวียนของน้ำสมอง ไขสันหลังได้ โดยการฉีดสาร ทึบแสง(dynamic scan) ร่วมด้วย การตรวจด้วยเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ เป็นการลดความเจ็บปวดและอันตรายจาก การตรวจพิเศษทางรังสีแบบอื่น ๆ เช่น การตรวจ ระบบหลอดเลือด (angiography) ช่วยลดเวลาในการตรวจวินิจฉัย ซึ่งเป็นผลดีต่อผู้ป่วย และโรงพยาบาล โดย เฉพาะอย่างยิ่งเครื่องรุ่นใหม่ ๆ ยิ่งให้ประสิทธิภาพ ทั้งทางด้านเทคนิคการถ่าย ภาพ และการแปลผลได้สูงขึ้น ทางด้านเศรษฐกิจ แม้ว่าการตรวจด้วยเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ จะมีราคาแพงแต่ เป็นที่แน่ชัดว่า การตรวจด้วยวิธีนี้จะเป็นการช่วย ลดค่าใช้จ่ายในด้านการตรวจ อื่น ๆ

8 แบบฝึกหัด คำชี้แจง : จงเลือกข้อที่ถูกต้องที่สุดเพียงข้อเดียว 1. ส่วนประกอบหลักของเอกซเรย์คอมพิวเตอร์คือข้อใด ก. patient couch, gantry, high-voltage generator ข. gantry, operating control, computer ค. operating control, patient couch , high-voltage generator ง. computer, operating control , high-voltage generator 2. ข้อใดคือลักษณะประจำตัวของสไปรอลซีที ก. CVCT ข. ใช้เวลาในการสแกนน้อยกว่าซีทีแบบธรรมดา ค. ไม่สามารถสร้างภาพ 3 มิติได้ ง. สร้างภาพได้เพียงระนาบเดียวเท่านั้น 3. ข้อใดคือข้อแตกต่างระหว่างสไปรอลซีทีและมัลติสไลซ์ซีที ก. มัลติสไลซ์ซีทีมีจานวนหัววัดเอกซเรย์มากกว่าสไปรอลซีที ข. มัลติสไลซ์ซีทีมีจานวนหลอดเอกซเรย์มากกว่าสไปรอลซีที ค. มัลติสไลซ์ซีทีสร้างภาพได้น้อยกว่าสไปรอลซีที ง. มัลติสไลซ์ซีทีมีน้าหนักน้อยกว่าสไปรอลซีที 4. ข้อใดไม่เกี่ยวข้องกับสไปรอลซีที ก. ใช้เทคโนโลยี slip ring ข. หลอดเอกซเรย์แบบพิเศษมีความจุความร้อนสูง ค. มีหน่วยความจำที่มีจำนวนจำกัด ง. เตียงเอกซเรย์เคลื่อนที่ในขณะที่หลอดเอกซเรย์เคลื่อนที่ 5. ข้อดีของมัลติสไลซ์ซีทีคือข้อใด ก. สแกนเชิงมุมได้รวดเร็วขึ้น ข. สแกนเชิงความถี่ได้มากขึ้น ค. Spatial resolution ตามแนวแกน z น้อยกว่าสไปรอลซีที ง. สแกนเชิงปริมาตรได้มากขึ้นและรวดเร็วขึ้น

9 เฉลยแบบฝึกหัด คำชี้แจง : จงเลือกข้อที่ถูกต้องที่สุดเพียงข้อเดียว 1. ส่วนประกอบหลักของเอกซเรย์คอมพิวเตอร์คือข้อใด ก. patient couch, gantry, high-voltage generator ข. gantry, operating control, computer ค. operating control, patient couch , high-voltage generator ง. computer, operating control , high-voltage generator 2. ข้อใดคือลักษณะประจำตัวของสไปรอลซีที ก. CVCT ข. ใช้เวลาในการสแกนน้อยกว่าซีทีแบบธรรมดา ค. ไม่สามารถสร้างภาพ 3 มิติได้ ง. สร้างภาพได้เพียงระนาบเดียวเท่านั้น 3. ข้อใดคือข้อแตกต่างระหว่างสไปรอลซีทีและมัลติสไลซ์ซีที ก. มัลติสไลซ์ซีทีมีจานวนหัววัดเอกซเรย์มากกว่าสไปรอลซีที ข. มัลติสไลซ์ซีทีมีจานวนหลอดเอกซเรย์มากกว่าสไปรอลซีที ค. มัลติสไลซ์ซีทีสร้างภาพได้น้อยกว่าสไปรอลซีที ง. มัลติสไลซ์ซีทีมีน้าหนักน้อยกว่าสไปรอลซีที 4. ข้อใดไม่เกี่ยวข้องกับสไปรอลซีที ก. ใช้เทคโนโลยี slip ring ข. หลอดเอกซเรย์แบบพิเศษมีความจุความร้อนสูง ค. มีหน่วยความจำที่มีจำนวนจำกัด ง. เตียงเอกซเรย์เคลื่อนที่ในขณะที่หลอดเอกซเรย์เคลื่อนที่ 5. ข้อดีของมัลติสไลซ์ซีทีคือข้อใด ก. สแกนเชิงมุมได้รวดเร็วขึ้น ข. สแกนเชิงความถี่ได้มากขึ้น ค. Spatial resolution ตามแนวแกน z น้อยกว่าสไปรอลซีที ง. สแกนเชิงปริมาตรได้มากขึ้นและรวดเร็วขึ้น

จัดทำโดย นางสาว ธมลวรรณ โทจำปา ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6/2 เลขที่ 21 เสนอ คุณครู ไพโรจน์ ขุมขำ โรงเรียนชาติตระการวิทยา สำนักงานเขตพื้นที่การศึกษามัธยมศึกษาพิษณุโลก อุตรดิตถ์