คุยกับเด็กๆเรื่องอวัยวะ เครื่องมือส่องดูร่างกาย (Ultrasound, X-Ray, CT, MRI) และการจมการลอย

 

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

ถ้าสงสัยว่าไม่เห็นรูปหรือวิดีโอ เข้าไปดูที่เว็บ http://witpoko.com/ นะครับ ส่วนใหญ่ถ้าอ่านในเมล์จะไม่เห็นวิดีโอครับ

(คราวที่แล้วเรื่อง “คุยกับเด็กๆเรื่องตา ภาพลวงตา เซลล์ร็อดและเซลล์โคน” ครับ)

วันอังคารที่ผ่านมานี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม กลุ่มบ้านเรียนเฟิร์น และอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เราคุยกันเรื่องอวัยวะสำหรับเด็กประถมเล็ก เครื่องมือส่องดูร่างกายสำหรับเด็กประถมโต และการจมลอยสำหรับเด็กอนุบาลครับ

ก่อนอื่นผมเอารูปถ่ายลูกสาวผม(ธัชธีญาและธัญญา)ตอนที่พวกเธอยังอยู่ในท้องแม่มาให้เด็กๆดูครับ เราเห็นหน้าตาเด็กด้วยอุปกรณ์สร้างภาพด้วยอุลตร้าซาวด์ (Ultrasound Imaging หรือ Ultrasonography) มีภาพธัชธีญาตอน 12 และ 25 สัปดาห์ และภาพธัญญาตอน 23 สัปดาห์

ในภาพเราจะเห็นหน้าตาของเด็ก แขน ขา และมองเห็นกระดูกในร่างกายด้วยในบางภาพ นับเป็นเรื่องอัศจรรย์อย่างยิ่งสำหรับคนที่ไม่เคยเห็นมาก่อนหรือไม่รู้ว่าภาพมาได้อย่างไร

ผมจึงอธิบายหลักการทำงานของเจ้าเครื่องอุลตร้าซาวด์ให้เด็กๆฟังว่าทำงานโดยการส่งคลื่นเสียงเข้าไปในร่างกายแล้วดูว่าสะท้อนกลับมาอย่างไร คลื่นเสียงที่ใช้ก็มีความถี่การสั่นสูงมากเป็นล้านครั้งต่อวินาที เราจึงไม่ได้ยิน (เพราะเราได้ยินเสียงที่สั่นระหว่าง 20 ถึง 20,000 ครั้งต่อวินาที)

บริเวณรอยต่อของของต่างๆที่มีความหนาแน่นไม่เท่ากันหรือมีความแข็งไม่เท่ากัน จะสะท้อนเสียงกลับมา ดังนั้นเมื่อเราปล่อยคลื่นเสียงเข้าไป เสียงที่สะท้อนออกมาจะบอกได้ว่าสะท้อนออกมาจากตำแหน่งลึกเท่าไรเข้าไปในร่างกาย (โดยการจับเวลาที่เสียงใช้เดินทาง)

ข้อมูลเสียงสะท้อนต่างๆจะถูกรวบรวมและคำนวณด้วยคอมพิวเตอร์ เพื่อวาดเป็นภาพให้คนดูว่าเสียงไปกระทบอะไรมาบ้างในร่างกาย ทำให้เราเข้าใจว่าภายในร่างกายมีลักษณะอย่างไร ปัจจุบันสามารถสร้างเป็นรูปสามมิติที่เคลื่อนไหวได้ (ที่เรียกกันว่าอัลตร้าซาวด์ 4 มิติ)

หลักการปล่อยเสียงสะท้อนออกไปแล้วฟังเสียงที่สะท้อนกลับมาเป็นหลักการเดียวกันกับที่ค้างคาวใช้นำทางในที่มืด (Echolocation) คือค้างคาวจะร้องปล่อยเสียงความถี่สูงที่คนไม่ได้ยิน (ความถี่การสั่นประมาณ 1-2 แสนครั้งต่อวินาที) แล้วมันก็ใช้หูฟังเสียงที่สะท้อนกลับมา แล้วสมองก็แปลความเป็นแผนที่เหมือนกับที่คนใช้ตามองสิ่งต่างๆ วิดีโอข้างล่างนี่เป็นตัวอย่างที่ค้างคาวใช้เสียงหาว่าแมลงอยู่ที่ไหนแล้วเข้าไปจับครับ:

หลักการเดียวกันนี้เป็นหลักการของสิ่งประดิษฐ์ที่เรียกว่าโซน่าร์ (Sonar) ที่เรือปล่อยคลื่นเสียงลงไปในน้ำ แล้วฟังเสียงที่สะท้อนกลับมา มีประโยชน์ในการหาฝูงปลา หรือถ้าเป็นเรือรบก็ใช้ตรวจจับเรือดำน้ำของข้าศึก

นอกจากนี้ยังมีเครื่องมือที่เรียกว่าเรด้าร์ (Radar) ที่แทนที่จะส่งเสียงออกไป จะส่งคลื่นวิทยุออกไปแทน แล้วตรวจจับคลื่นวิทยุที่สะท้อนกลับมา เพื่อดูว่าคลื่นวิทยุวิ่งไปชนอะไรมาถึงสะท้อนกลับมา สามารถตรวจจับตำแหน่งและความเร็วได้ ในสมัยสงครามโลกครั้งที่สอง ประเทศอังกฤษสร้างเรด้าร์ที่ใช้งานได้ดีได้ก่อนเยอรมัน จึงสามารถตรวจจับฝูงเครื่องบินของเยอรมันที่เข้ามาบุกได้ ทำให้สามารถป้องกันเกาะอังกฤษเอาไว้ได้

ในปัจจุบันเครื่องบินหลายๆแบบมีลักษณะที่เรียกว่า “สเตลธ์” (Stealth aircraft) คือมีรูปร่างที่สะท้อนคลื่นวิทยุจากเรด้าร์น้อย หรือสะท้อนขึ้นฟ้าลงดินหมดไม่สะท้อนกลับไปที่เครื่องเรด้าร์ นอกจากนี้สีที่ทาก็ดูดซับคลื่นวิทยุให้สะท้อนน้อยๆด้วย เพื่อไม่ให้ข้าศึกตรวจจับได้ง่ายๆ

ตัวอย่างเครื่องบินสเตลธ์ครับ มี F-117 ตัวเหลี่ยมๆ และ B-2 ตัวใหญ่ๆ

สำหรับเด็กประถมเล็กๆผมให้ดูภาพส่วนต่างๆของร่างกายในเว็บ Zygote Body ที่เราสามารถหมุนภาพร่างกายคนไปมา และดูอวัยวะส่วนต่างๆได้ เด็กๆได้เห็นระบบประสาท รู้ว่ามีสัญญาณไฟฟ้าวิ่งจากสมองไปยังส่วนต่างๆผ่านเส้นประสาท และสัญญาณไฟฟ้าวิ่งจากส่วนต่างๆกลับไปยังสมองผ่านเส้นประสาทเหมือนกัน ได้เห็นทางเดินอาหารจากปากไปกระเพาะ ไปลำไส้เล็กและลำไส้ใหญ่ ได้เห็นตำแหน่งของหัวใจ ปอด ตับ ถุงน้ำดี ไต ม้าม ได้เห็นโครงข่ายเส้นเลือดดำและแดง ถ้าใครยังไม่เคยไปเล่นผมแนะนำให้เข้าไปดูเลยครับ

ตัวอย่างภาพจาก Zygote Body ครับ

สำหรับเด็กประถมที่โตหน่อยผมให้ดูภาพ X-ray, CT, และ MRI ครับ

สำหรับ X-Ray ผมถามเด็กๆว่าเวลาเอามือยกไปส่องกับไฟฉายหรือแสงอาทิตย์จะเห็นอะไร เด็กๆบางคนที่เคยทำก็บอกว่าเห็นเงาๆแดงๆแถวๆขอบๆมือ  ผมก็บอกว่าใช่แล้ว มีแสงวิ่งเข้าไปในมือ แต่มีส่วนน้อยเท่านั้นที่วิ่งผ่านมือมาได้ ส่วนใหญ่ถูกดูดซึมอยู่แถวๆผิวหนังและเนื้อของเรา แต่ในธรรมชาติมีแสงอื่นๆ (หรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆนั่นเอง) ที่สั่นด้วยความถี่สูงๆ สูงมากกว่าความถี่ของแสงที่เราเห็นได้ แสงพวกนั้นจะวิ่งผ่านร่างกายเราได้เยอะ ตัวที่เรารู้จักกันดีก็คือรังสีเอ็กซ์หรือ X-ray โดยที่เราสามารถใช้ X-ray ส่องผ่านร่างกายเราแล้วดูเงาว่าส่วนต่างๆของร่างกายบัง X-ray อย่างไร โดยอาศัยหลักการที่ว่ากระดูกและเนื้อเยื่อที่มีความหนาแน่นต่างๆกันจะยอมให้ X-ray วิ่งผ่านไม่เท่ากัน ส่วนที่รับภาพเงาก็คือฟิล์มเอ็กซ์เรย์หรือตัวตรวจจับคล้ายๆสิ่งที่อยู๋ในกล้องดิจิตอลแต่ไวต่อแสง X-ray แทนที่จะเป็นแสงที่เรามองเห็น การค้นพบ X-ray มีประโยชน์มากมายในทางการแพทย์และอุตสาหกรรมเพราะเราสามารถมองเห็นว่าข้างในของร่างกายและสิ่งของต่างๆเป็นอย่างไร

ตัวอย่างภาพ X-ray เห็นเงาของมือและกระดูกในมือ (เครดิต)

ต่อมาก็มีนักวิทยาศาสตร์มาปรับปรุง X-ray ให้ดีขึ้นไปอีกจนกลายเป็น CT (Computed Tomography) โดยอาศัยหลักการที่ว่าเราจะถ่ายภาพ X-ray รอบๆร่างกายของเราให้ได้เงาในมุมต่างๆ จากนั้นเราก็อาศัยคอมพิวเตอร์มาคำนวณว่าในร่างกายของเราจะต้องมีของอะไรความหนาแน่นเท่าไรอยู่ตรงไหน จึงจะทำให้เงาในมุมต่างๆเป็นอย่างที่เราถ่ายมาได้ ภาพที่ได้จะเป็นภาพหน้าตัดภายในร่างกาย ทำให้เห็นอวัยวะต่างๆชัดเจนขึ้นไปอีก มีข้อมูลความลึกของสิ่งต่างๆ นอกจากนั้นเรายังสามารถเอาภาพหน้าตัดที่ตำแหน่งต่างๆมารวมกันแล้ววาดเป็นภาพสามมิติให้ดูเข้าใจง่ายๆด้วย

ภาพ CT ของศีรษะ จะเห็นภาพหน้าตัดขวางของลูกตา จมูก กระโหลก และสมอง (เครดิต)
ภาพ CT ของสมองและกระโหลกที่ระดับความสูงต่างๆ (เครดิต)
ภาพ 3 มิติของเส้นเลือดในหัวใจถ่ายโดยเครื่อง CT (เครดิต)
หน้าตาของเครื่อง CT คนนอนอย่างนี้แสดงว่าจะตรวจส่วนท้อง เจ้าท่อกลมๆเหมือนโดนัทจะมีหัวยิงแสง X-ray และตัวรับแสงอยู่ตรงกันข้าม เมื่อจะถ่ายภาพ หัวยิงและตัวรับแสงจะหมุนไปรอบๆเพื่อยิง X-ray ผ่านท้องและรับเงาที่เกิดขึ้นในมุมต่างๆเพื่อไปคำนวณว่าในท้องต้องมีอะไรถึงจะมีเงาอย่างที่ตรวจได้ (เครดิต)

สำหรับรายละเอียดเนื้อเยื่ออ่อนๆ เรามีสิ่งประดิษฐ์อีกอย่างที่เรียกว่า MRI  (Magnetic Resonance Imaging) ที่สามารถถ่ายภาพให้เราดูได้ชัดเจนกว่าภาพจาก CT ครับ หลักการคราวนี้ไม่เป็นการฉายแสงให้เกิดเงาแล้ว แต่จะเป็นการฟังสัญญาณวิทยุจากโปรตอนในร่างกาย เครื่อง MRI จะมีแม่เหล็กที่มีความแรงสูงเป็นอุโมงค์ เมื่อคนเข้าไปอยู่ในอุโมงค์ โปรตอนในอะตอมที่ประกอบเป็นร่างกายของคนมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กเล็กๆ (คือมีสปิน spin ) ก็จะอยากทำตัวให้เป็นแนวเดียวกับแม่เหล็กในอุโมงค์ จากนั้นเราก็จะผลักเจ้าแม่เหล็กเล็กๆเหล่านี้ด้วยคลื่นวิทยุให้มันเปลี่ยนทิศทางออกไปจากทิศทางของแม่เหล็กในอุโมงค์ แล้วเราก็รอให้เจ้าแม่เหล็กเล็กๆค่อยๆหมุนแกว่งๆไปจนทิศทางกลับไปเหมือนทิศทางเริ่มต้นอีกครั้ง (คล้ายๆเราผลักลูกข่างให้มันแกว่ง) เจ้าแม่เหล็กเล็กๆที่แกว่งนี้จะปล่อยคลื่นวิทยุออกมาให้เราตรวจจับข้างนอกได้ จากนั้นเราก็ให้คอมพิวเตอร์ช่วยคำนวณว่าสัญญาณวิทยุเหล่านี้มาจากตรงไหนบ้าง ทำให้เรารู้ความหนาแน่นของอะตอมในร่างกายคน วาดออกมาเป็นภาพให้ดูเข้าใจได้

ภาพตัดของศีรษะในแนวต่างๆ ถ่ายด้วยเครื่อง MRI (เครดิต)
ภาพ MRI ของเข่า (เครดิต)
หน้าตาของเครื่อง MRI หน้าตาจะคล้ายๆเครื่อง CT แต่ MRI เหมือนอุโมงค์และ CT เหมือนโดนัท (เครดิต)

สำหรับเด็กๆอนุบาลเราเล่นของจมของลอยกันครับ ผมเอาช้อนสเตนเลสมาให้เด็กๆทายว่าจะจมน้ำหรือลอยน้ำ เด็กๆส่วนใหญ่บอกว่าจมซึ่งก็เป็นอย่างนั้นจริงๆ ให้เด็กสังเกตว่าช้อนจะเริ่มจมอย่างรวดเร็วเมื่อมีน้ำเข้ามา จากนั้นผมก็เอาฟอยล์อลูมิเนียมมาห่อๆช้อนให้เป็นรูปถ้วยเพื่อกันน้ำไม่ให้เข้ามาง่ายแล้วถามว่าคราวนี้จะลอยไหม เด็กๆก็ยังไม่แน่ใจ พอทดลองปรากฎว่าช้อนห่อฟอยล์ลอยได้ครับเนื่องจากฟอยล์ตั้งขึ้นมากันไม่ให้น้ำเข้าช้อน

ช้อนแบบนี้จม
ช้อนห่อฟอยล์อลูมิเนียมลอย

ต่อไปผมก็เอาลูกโป่งใส่น้ำเต็มกับลูกโป่งที่เป่าด้วยอากาศมาให้เด็กทายว่าอันไหนจะจมจะลอย เด็กๆตอบเหมือนกันหมดว่าลูกโป่งที่เต็มไปด้วยอากาศนั้นลอยน้ำ แต่ตอบไม่เหมือนกันว่าลูกโป่งใส่น้ำเต็มจะลอยหรือจม เราจึงทดลองกันครับ:

ปรากฎว่ามันลอยปริ่มๆครับ

สุดท้ายผมพับฟอยล์อลูมิเนียมเป็นรูปแพที่มีขอบสูง แล้วค่อยๆใส่เหรียญสิบและเหรียญห้าลงไปเรื่อยๆดูว่าจะจมเมื่อไร ให้เด็กๆได้หัดนับจำนวนเหรียญและลุ้นไปครับ เราไม่เน้นวิชาการแต่อยากให้เด็กสนุกสนานกับการเดาและทดลอง:

ค่อยๆใส่เหรียญให้เด็กๆนับครับ
ใส่ได้เยอะกว่าจะจม ได้เหรียญสิบกว่าสามสิบอัน

ต่อไปนี้คือบรรยากาศและบันทึกการเรียนรู้ของเด็กๆครับ อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่นะครับ

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *