ประโยชน์จากการค้นคว้าวิจัยด้านฟิสิกส์อนุภาค

ประโยชน์ จากการ ค้นคว้า วิจัยด้าน ฟิสิกส์ อนุภาค

คำนำ รายงานเรื่องนี้เป็ นส่วนหนึ่งในรายวิชาฟิสิกส์ส่งเสริมให้นักเรียน หาความรู้ข้อมูลเพิ่มเติมและทำให้การเรียนรู้ดูน่าสนใจ ให้ผู้เรียนมีความ สนใจกับการเรียนรู้ด้วยตัวเองมากขึ้น เพื่อเป็ นสื่อการเรียนการสอนให้ แก่ผู้เรียน โดยจะทำเสนอรายงานเล่มนี้ควบคู่ไปกับสื่อการเรียนการสอน แบบหนังสืออิเล็กทรอนิกส์ (E-BOOK) เพื่อให้ผู้เรียนสามารถเรียนรู้และ ศึกษาค้นคว้าได้ด้วยตนเองและได้นำเสนอความรู้ที่ตนเองศึกษาให้ผู้อื่น สามารถเรียนรู้และทำความเข้าใจกับเนื้อหาได้ เปรียบเสมือนร่วมกันแบ่ง ปั นความรู้ให้กันและกันระหว่างผู้เรียนและสามารถนำความรู้ที่ได้ไป ประยุกต์ในชีวิตประจำวัน ภานุพงษ์ ไพเราะ ผู้จัดทำ

สารบัญ หน้า เรื่อง 1 3 การบำบัดมะเร็งด้วยอนุภาคโปรตอน 5 7 เซนเซอร์และการสร้างภาพด้วย 8 โปรตอน การวิจัยการสร้างภาพด้วยโปรตอนใน ประเทศไทย แบบฝึกหัด เฉลยแบบฝึกหัด

1 การบำบัดมะเร็งด้วยอนุภาคโปรตอน มะเร็งเป็ นโรคร้ายที่หลายคนรู้จักและเป็ นสาเหตุของการตายอันดับต้นๆของประชากร ของประเทศไทยและโลก ในปัจจุบันการรักษามะเร็งจะใช้วิธีการรักษาหลักๆคือ การรักษา ด้วยวิธีการผ่าตัดนำเซลล์มะเร็งออกเพื่อไม่ให้ลุกลามต่อไปการรักษาด้วยเคมีบำบัด (Chemotherapy) หรือที่เคยได้ยินว่า “คีโม” นั้นคือการใช้ยาเพื่อรักษาหรือควบคุม เซลล์มะเร็งตามอาการที่ปรากฏแต่ยาที่ใช้ก็ไม่ได้ส่งผลเฉพาะต่อเซลล์มะเร็งเสมอไปอาจ เกิดผลกระทบต่อเซลล์ปกติได้ด้วย ส่วนอีกวิธีคือการบำบัดมะเร็งด้วยรังสีจะใช้ลำแสง โฟตอน (เรียกว่า การบำบัดแบบโฟตอน; Photon therapy) หรือรังสีเอกซ์ในการรักษา ซึ่งจะต้องฉายผ่านเนื้อเยื้อปกติไปถึงเซลล์มะเร็งจากนั้นก็ทะลุออกด้านหลังซึ่งในการ รักษาแบบนี้จะส่งผลกระทบเซลล์ปกติบริเวณข้างหน้าและหลังเซลล์มะเร็งด้วย

2 การบำบัดมะเร็งด้วยอนุภาคโปรตอน ในปั จจุบันการรักษาโดยการใช้อนุภาคโปรตอนนั้นเป็ นทางเลือกใหม่ในการรักษามะเร็ง ซึ่งนับว่าเป็นการเปิดศักราชของการนำอนุภาคมีมวลและประจุ(charged particles) มา ใช้ในการรักษาผู้ป่วยมะเร็งด้วย โดยเรียกการรักษาแบบนี้ว่า การบำบัดแบบโปรตอน (Proton therapy) โดยจะเห็นได้ว่าในการรักษาด้วยโปรตอนจะมีข้อแตกต่างอย่างเห็น ได้ชัดจากการรักษาโดยใช้โฟตอนคือ โฟตอนเป็นก้อนพลังงานและไม่มีมวลแต่โปรตอน นั้นมีพลังงาน มีมวลและประจุ ซึ่งข้อแตกต่างนี้เองส่งผลให้เมื่อนำโปรตอนมาใช้ในการ รักษามะเร็งจะทำให้สามารถที่จะกำหนดตำแหน่งและความลึกให้โปรตอนทำลายเซลล์ มะเร็งได้อย่างแม่นยำโดยที่ส่งผลกระทบน้อยมากต่อเซลล์ปกติทางผ่านและบริเวณใกล้ เคียง ดังแสดงการเปรียบเทียบปริมาณรังสีระหว่างการรักษามะเร็งสมองด้วยโปรตอนกับ การรักษาด้วยรังสีเอกซ์เนื่องจากตำแหน่งที่อนุภาคโปรตอนหยุดเคลื่อนที่ในตัวกลางจะ เป็นตำแหน่งที่ตัวกลางดูดกลืนปริมาณรังสีสูงที่สุด เรียกว่า Bragg peak จึงนับว่าเป็นวิธี ที่มีประสิทธิภาพสูงในการรักษามะเร็ง และนับว่าเป็นความหวังของผู้ป่วยที่มีภาวะมะเร็ง บริเวณสมองรวมไปถึงมะเร็งในเด็กที่จะต้องรักษาอย่างระมัดระวังอีกด้วย

3 เซนเซอร์และการสร้างภาพด้วยโปรตอน ในการรักษามะเร็งนั้นกระบวนการตรวจและวางแผนก่อนการรักษาถือว่ามี ความสำคัญไม่น้อยไปกว่ารักษาเลยทีเดียวโดยเฉพาะการหาตำแหน่งและรูปร่างของ เซลล์มะเร็งที่แน่นอนก่อนการรักษาซึ่งจะส่งผลให้การรักษามีความถูกต้อง ปลอดภัย และแม่นยำด้วย โดยปัจจุบันได้มีหลากหลายวิธีด้วยกัน เช่น การถ่ายภาพเอ็กซ์เรย์ การตรวจด้วยเครื่องอัลตร้าซาวด์ การตรวจหามะเร็งเต้านมโดยการถ่ายภาพเอ็กซ์ เรย์แมมโมแกรม การตรวจด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าร่วมกับคอมพิวเตอร์ (MRI) การ ตรวจโดยใช้เครื่องเอ็กซ์เรย์คอมพิวเตอร์ (CT) ฯลฯ ซึ่งแต่ละวิธีก็มีข้อดีข้อเสียที่แตก ต่างกัน แต่ขอเสียที่เห็นได้ชัดคือเมื่อทำการถ่ายภาพเซลล์มะเร็งผู้ป่วยจะได้รับรังสี จากการถ่ายทุกครั้งและภาพที่ได้ยังมีความชัดเจนไม่เพียงพอต่อมะเร็งบ้างประเภท อย่างเช่นมะเร็งภายในสมองที่อยู่ลึกและซับซ้อน

4 เซนเซอร์และการสร้างภาพด้วยโปรตอน ในปั จจุบันก่อนรักษาด้วยโปรตอนนั้นแพทย์จะต้องทำการหาตำแหน่งของ เซลล์มะเร็งโดยการใช้รังสีเอกซ์ซึ่งมีคุณสมบัติและอันตรกิริยาต่อเนื้อเยื่อร่างกาย ที่แตกต่างจากโปรตอน ซึ่งเมื่อจะทำการรักษาด้วยโปรตอนจะต้องแปลงตำแหน่ง ของเซลล์มะเร็งใหม่ให้สอดคล้องกับการใช้โปรตอนโดยการแปลงค่านี้จะทำให้เกิด ความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งเซลล์มะเร็งได้ วิธีการแก้ไขปัญหา คือใช้การระบุ ตำแหน่งของเซลล์มะเร็งจากโปรตอนที่มาจากแหล่งเดียวกับเครื่องที่ทำการรักษา ได้เลยโดยการเพิ่มพลังงานและลดความเข้มของโปรตอนลงวิธีการนี้ยังมีข้อดีอีก ข้อหนึ่งคือผู้ป่วยไม่ต้องเคลื่อนย้ายกลับไปกลับมาระหว่างเครื่องตรวจและเครื่อง รักษาจึงทำให้ลดเวลาในการรักษาลงเป็ นอย่างมากอีกด้วยดังนั้นจึงมีแนวคิดที่จะ นำอนุภาคโปรตรอนที่มีพลังงานสูงและยังส่งผลกระทบต่อผู้ป่วยน้อยนั้นมา ประยุกต์ใช้ในการสร้างภาพความผิดปกติในร่างกายของมนุษย์ โดยเฉพาะเซลล์ มะเร็ง ซึ่งวิธีดังกล่าวได้ถูกเรียกว่า Proton Computed Tomography หรือ pCT

5 การวิจัยการสร้างภาพด้วยโปรตอน ในประเทศไทย หมายเลข 1 คือ เซนเซอร์ตรวจจับโปรตอนโดยใช้เทคโนโลยีจากเซิร์นเพื่อระบุเส้น ทางการเคลื่อนที่ของโปรตอน หมายเลข 2 คือ Calorimeter ซึ่งมีหน้าที่วัดพลังงานของโปรตอนหลังจากที่ชนกับ เนื้อเยื้อทดสอบเพื่อนำมาเปรียบเทียบกับพลังงานก่อนการชนซึ่งสามารถนำข้อมูลนี้ ไปสร้างภาพด้วยระบบคอมพิวเตอร์ต่อไปซึ่งจะต้องมีการเขียนโปรแกรมเพื่อแปลง ข้อมูลเป็ นภาพก่อน หมายเลข 3 Phantom คือ เนื้อเยื้อ, เซลล์มะเร็ง หรือวัสดุใด ๆ ที่มีคุณสมบัติ และ ความหนาแน่นใกล้เคียงกับเซลล์ในร่างกายมนุษย์โดยอาจจะใช้เซลล์ที่ได้จาก กระบวนการเพาะเลี้ยงเซลล์เพื่อนำมาศึกษาอัตราการอยู่รอด (survival curve) ของ เซลล์เมื่อถูกฉายด้วยโปรตอน ซึ่งในทางการแพทย์จะใช้เพื่อทดสอบกับเครื่องมือก่อน ที่จะใช้รักษาจริงกับผู้ป่วย

6 การวิจัยการสร้างภาพด้วยโปรตอน ในประเทศไทย โดยเมื่อทำการออกแบบและสร้างเครื่อง pCT ต้นแบบ (prototype) แล้ว เครื่องนี้ จะถูกนำไปทดสอบการสร้างภาพของ Phantom โดยใช้รังสีโปรตอนจากเครื่องที่ใช้ใน การรักษาจริง จะเห็นได้ว่าเพื่อที่จะทำให้ pCT สำเร็จได้จะต้องความรู้และมีการวิจัยในหลาย แขนง โดยต้องใช้ทั้งความรู้ทางด้าน ฟิสิกส์อนุภาค วัสดุศาสตร์ อิเล็กทรอนิกส์ ชีวรังสี และการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์มาบูรณาการร่วมกัน ซึ่งในประเทศไทยนั้นมีหน่วย งานของรัฐที่มีศักยภาพในการวิจัยในแต่ละด้านโดยมีศูนย์เทคโนโลยีไมโคร อิเล็กทรอนิกส์ (TMEC) ซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญทางด้านการออกแบบและการผลิตเซนเซอร์ สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) (TINT) ผู้เชี่ยวชาญทางด้าน การวิจัยเกี่ยวกับรังสีต่างๆรวมไปถึงโปรตอนด้วยสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) (SLRI) ซึ่งเป็นสถาบันที่ดำเนินการเกี่ยวกับการใช้ประโยชน์จากแสง ซินโครตรอนจากลำอิเล็กตรอนเพื่อการศึกษาโครงสร้างวัสดุในระดับอะตอมและ โมเลกุล ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (NECTEC) ที่สามารถ ผลิตเครื่องสร้างภาพตัดขวางจากรังสีเอกซ์ขึ้นเองได้สำเร็จให้มีความเป็ นไปได้สูงที่ ประเทศไทยจะสามารถผลิตเครื่อง pCT เองในอนาคตได้

7 แบบฝึกหัด 1.การรักษาด้วยเคมีบำบัด (Chemotherapy) มีอีกชื่อหนึ่งว่าอะไร 2.การบำบัดมะเร็งด้วยรังสีใช้รังสีใดในการรักษา 3.การใช้อนุภาคโปรตอนในการรักษามะเร็งเรียกการรักษานี้ว่าอะไร 4. การสร้างภาพความผิดปกติในร่างกายของมนุษย์ โดยเฉพาะ เซลล์มะเร็ง ซึ่งวิธีดังกล่าวได้ถูกเรียกว่าอะไร 5.ดูภาพแล้วตอบคำถาม 1.หมายเลข 1 คืออะไร 2.หมายเลข 2คืออะไร 3.หมายเลข 3คืออะไร

8 เฉลยแบบฝึกหัด 1.ตอบ: คีโม 2.ตอบ: ใช้ลำแสงโฟตอน หรือรังสีเอกซ์ในการรักษา 3.ตอบ: การบำบัดแบบโปรตอน (Proton therapy) 4.ตอบ: Proton Computed Tomography หรือ pCT 5.ตอบ: หมายเลข 1 คือ เซนเซอร์ตรวจจับโปรตอน หมายเลข 2 คือ Calorimeter ซึ่งมีหน้าที่วัดพลังงานของ โปรตอนหลังจากที่ชนกับเนื้อเยื้อทดสอบ หมายเลข 3 Phantom คือ เนื้อเยื้อ, เซลล์มะเร็ง หรือวัสดุ ใด ๆ ที่มีคุณสมบัติ และความหนาแน่นใกล้เคียงกับเซลล์ ในร่างกายมนุษย์

จัดทำโดย นายภานุพงษ์ ไพเราะ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่6/1 เลขที่6 เสนอ อาจารย์ไพโรจน์ ขุมขำ โรงเรียนชาติตระการวิทยา อ.ชาติตระการ จ.พิษณุโลก