Development of novel multi-component garnet scintillator for gamma sensor in diagnostic medical imaging device

      เครื่องมือแพทย์ถูกนำมาใช้ร่วมในการรักษาและวินิจฉัยโรค โดยผู้ผลิตเครื่องมือแพทย์มุ่งเน้นถึงความถูกต้องและแม่นยำของเครื่องมือแพทย์ เพื่อลดโอกาสในการวินิจฉัยที่ผิดพลาด รวมถึงเพิ่มโอกาสให้ผู้ป่วยสามารถรักษาอาการเจ็บป่วยได้จากสาเหตุที่แท้จริง โดยเครื่องมือแพทย์ที่มีการสร้างภาพ (Medical Imaging device) ด้วยรังสีเพื่อการวินิจฉัย (เช่น X-ray imaging) ได้ถูกคิดค้นและนำมาประยุกต์ใช้ในการรักษากว่า 100 ปีมาแล้ว และการใช้รังสีในการวินิจฉัยโรคยังคงมีการใช้งานอย่างต่อเนื่อง

     ปัจจุบันเครื่องมือแพทย์ที่มีการสร้างภาพ (Medical Imaging device) ด้วยรังสีเพื่อการวินิจฉัย ในทางปฏิบัติแบ่งออกเป็นสองวัตถุประสงค์คือ เพื่อศึกษาถึงโครงสร้างทางกระดูก (In-vivo anatomic) และการมองภาพการทำงานของอวัยวะภายใน (Functional visualization) ถึงแม้ว่าเครื่องมือแพทย์ที่มีการสร้างภาพภายทั้ง 2 กลุ่มนี้มีกลไกในการทำงานที่สำคัญคือการตรวจวัดรังสี (เช่นรังสีเอ๊กซ์ หรือรังสีแกมมา) และเปลี่ยนรังสีที่มีพลังงานสูงให้เป็นสัญญาณแสง

     วัสดุซินทิเลเตอร์เป็นวัสดุที่ถูกนำมาสร้างให้เป็นตรวจตรวจจับรังสี (Radiation Detector) และสร้างสัญญาณแสงและส่งต่อไปยังอุปกรณ์สร้างสัญญาณไฟฟ้าเพื่อนำไปประมวลผลและสร้างภาพต่อไป โดยประสิทธิภาพของวัสดุซินทิเลเตอร์นี้มีผลต่อประสิทธิภาพของเครื่องมือโดยรวม ทั้งในด้านของความแม่นยำในการสร้างภาพ ความคมชัดของภาพ ความปลอดภัยของผู้ป่วยในการสัมผัส หรือได้รับรังสีลดลง ดังนั้นผู้ผลิตเครื่องมือแพทย์ที่มีการสร้างภาพ (Medical Imaging device) ด้วยรังสี มีความพยายามในการพัฒนาทั้งวัสดุและเทคนิคในการสร้างวัสดุดังกล่าวให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้นเพื่อให้เครื่องสามารถแสดงภาพได้คมชัด และมีความแม่นยำ ประกอบกับการที่ผู้ป่วยได้รับสารรังสีน้อยลง

     ที่ผ่านมา ยังไม่มีการผลิตเครื่องมือแพทย์ที่มีการสร้างภาพด้วยรังสีภายในประเทศ เนื่องจากว่าไม่มีผู้ผลิตวัสดุซินทิเลเตอร์ที่ใช้เป็นวัสดุตรวจจับของเครื่องมือแพทย์ชนิดนี้ในเชิงพาณิชย์ ตลอดจนไม่มีผู้ผลิตที่มีความสามารถในการจัดส่ง หรือการร่วมงานกับกลุ่มวิจัยในการพัฒนาวัสดุชนิดนี้เพื่อใช้ในการพัฒนาเครื่องมือแพทย์ที่มีการสร้างภาพ

     ทั้งนี้ การพัฒนาวัสดุซินทิเลเตอร์ถือได้ว่าเป็นการพัฒนาความสามารถของตัวตรวจที่มีความซับซ้อนสูง เพื่อนำไปใช้กับกับเครื่องมือแพทย์ที่มีการสร้างภาพ (Medical Imaging device) ด้วยรังสี และการพัฒนาดังกล่าวจัดได้ว่ามีความสอดคล้องตามแผนการพัฒนาในด้านการผลิตเครื่องมือแพทย์เพื่อการวินิจฉัยและติดตามผลระยะไกล (Remote Health Monitoring Devices) ซึ่งเป็นกลุ่มอุตสาหกรรมย่อยภายใต้อุตสาหกรรมการแพทย์ครบวงจรที่เป็น 1 ใน 5 กลุ่มอุตสาหกรรมอนาคต (New S-Curve)

     โครงการวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์ในการพัฒนาวัสดุซินทิเลเตอร์ชนิดใหม่ให้มีประสิทธิภาพสูงเพื่อให้เหมาะกับการนำไปใช้เป็นวัสดุตรวจจับรังสีในเครื่องมือแพทย์ที่มีการสร้างภาพ (Medical Imaging device) ด้วยรังสีพลังงานสูงเช่น Gamma camera CT-scan SPECT scan หรือ PET scan โดยวัสดุซินทิเลเตอร์ถูกสร้างในรูปแบบของผลึกเดี่ยว (Single Crystal) ที่มีความบริสุทธิ๋สูง และความโปร่งแสง รวมถึงมีความหนาที่เพียงพอในการหยุดยั้งพลังงานของรังสีที่มากกว่า 150 keV ขึ้นไป

      โดยมุ่งเน้นในการพัฒนาวัสดุซินทิเลเตอร์ที่มีองค์ประกอบแบบมัลติคอมโพแนนท์การ์เน็ต ซึ่งเป็นวัสดุซินทิเลเตอร์ที่มีจุดเด่นคือ มีค่ายีลด์แสงที่สูง ตอบสนองรังสีเร็ว ทนทานต่อความชื้น และ มีการสร้างง่าย เหมาะกับการนำไปใช้เป็นตัวตรวจจับในเครื่องมือแพทย์ที่มีการสร้างภาพดังที่ระบุข้างต้น นอกเหนือจากการพัฒนาวัสดุซินทิเลเตอร์ประเภทผลึกเดี่ยวมัลติคอมโพแนนท์การ์เน็ตแล้ว ในโครงการมีการนำไปทดลองประกอบร่วมกับ Photodiode แบบ Pixel ซึ่งเป็นลักษณะเดียวกันกับการใช้งานในเครื่องมือแพทย์เพื่อทดสอบการตอบสนองของวัสดุซินทิเลเตอร์และตัวตรวจจับที่สร้างขึ้นมา ทั้งนี้ เป้าหมายของโครงการวิจัยนี้เป็นส่วนหนึ่งของแผนการวิจัยระยะยาวของกลุ่มวิจัย Luminescence and Scintillation Materials, KMUTT เพื่อนำไปสู่การพัฒนาและสร้างเครื่องมือวินิจฉัยโรคทางการแพทย์ที่มีการสร้างภาพด้วยรังสี ในเชิงพาณิชย์ต่อไปในอนาคต