การพัฒนาต้นแบบเครื่องติดตามอัตราการหายใจแบบพกพา

Abstract

อัตราการหายใจเป็นสัญญาณชีพที่มีความสำคัญ จากการศึกษาพบว่าโรคหยุดหายใจขณะหลับจากการอุดกั้นของทางเดินหายใจเป็นปัญหาสำคัญอย่างหนึ่ง 11.4 % ของประชากรวัยผู้ใหญ่ในประเทศไทยหรือประมาณ 5.7 ล้านคนมีโอกาสเป็นโรคนี้ �โดยในจำนวนนี้จะมีผู้ที่ยังไม่ได้รับการตรวจวินิจฉัยอยู่ 80 % หรือ ประมาณ 4.5 ล้านคนในแต่ละปี �เนื่องมาจากการตรวจการนอนหลับตามสถานพยาบาลทำได้จำกัดและมีค่าใช้จ่ายสูง จากการสำรวจตลาดพบว่าตลาดมีความต้องการเครื่องติดตามอัตราการหายใจแบบพกพาที่ใช้งานสะดวกและมีราคาถูกเพื่อใช้ในตรวจการนอนหลับด้วยตนเองที่บ้านเป็นการคัดกรองก่อนเข้ารับการตรวจการนอนหลับในสถานพยาบาล �จากการทบทวนวรรณกรรมพบว่าเทคโนโลยีการติดตามอัตราการหายใจมีหลายประเภท แต่ละประเภทมีปัญหาแตกต่างกันไป เช่น Impedance Pneumography ที่ใช้หลักการวัดค่าอิมพีแดนซ์ที่เปลี่ยนไปของทรวงอกอันเนื่องจากการหายใจเข้าออกจะมีปัญหาสัญญาณรบกวนและความคลาดเคลื่อนเนื่องจากการเคลื่อนไหวของร่างกายอยู่สูง หรือ ETCO2 CapnoMeter ที่ใช้หลักการวัดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในลมหายใจออกเป็นเครื่องติดตามอัตราการหายใจที่มีความแม่นยำสูง แต่มีราคาแพงและมีใช้เฉพาะในโรงพยาบาล ผู้วิจัยเล็งเห็นว่าตลาดยังมีช่องว่างสำหรับเครื่องติดตามอัตราการหายใจแบบพกพาที่ใช้งานง่าย มีราคาถูกและมีความถูกต้องเพื่อใช้เป็นเครื่องทดสอบการนอนหลับที่บ้าน� จึงได้เสนอเป็นหัวข้อวิทยานิพนธ์ขึ้นมา�
 
 ผู้วิจัยได้พัฒนาโมเดลการสร้างสรรค์ความคิดในกระบวนการพัฒนาเครื่องมือแพทย์เพื่อการตรวจวินิฉัยโดยใช้เครื่องมือของ TRIZ เชื่อมโยงเข้ากับระบบสรีรวิทยา ทำให้ได้แนวคิดการพัฒนาเครื่องติดตามอัตราการหายใจแบบพกพาที่ใช้หลักการของท่อสั่นพ้องนำเสียงหายใจจากปลายจมูกไปยังไมโครโฟนซึ่งสอดยึดอยู่ที่ปลายท่ออีกด้านหนึ่ง เสียงหายใจจะเกิดการสั่นพ้องขึ้นภายในท่อ ทำให้สัญญาณตกเพียง 28.8 dB แม้เสียงจะเคลื่อนที่ไปตามท่อเป็นระยะทางไกลถึง 250 ซม. เปรียบเทียบกับการใช้ไมโครโฟนอย่างเดียวโดยไม่มีท่อสั่นพ้อง สัญญาณจะตกมากถึง 52 dB ในระยะทางแค่ 15 ซม.จากปลายจมูก สัญญาณเสียงหายใจจะถูกแปลงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าและใช้อัลกอริทึมที่พัฒนาขึ้นมาจากหลักการของ TRIZ แก้ปัญหาความขัดแย้งในการกำหนดค่าแรงดันอ้างอิงของวงจรเปรียบเทียบสัญญาณที่ต้องการแรงดันอ้างอิงค่าต่ำในช่วงหายใจออกและต้องการแรงดันอ้างอิงค่าสูงในช่วงหายใจเข้า ทำให้สัญญาณรบกวนและความคลาดเคลื่อนจากการเคลื่อนไหวถูกกำจัดออกไปได้โดยไม่ต้องมีระบบกรองสัญญาณที่สลับซับซ้อน จากการทดสอบเครื่องติดตามอัตราการหายใจแบบพกพาที่พัฒนาขึ้น �(BrRate Monitor)� เทียบกับเครื่องติดตามอัตราการหายใจชนิดวัดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในลมหายใจออก (CapnoMeter) ซึ่งเป็นอุปกรณ์มาตรฐานที่ใช้ตามโรงพยาบาล พบว่า BrRate Monitor มีการตอบสนองต่อความเปลี่ยนแปลงได้ไวกว่าและมีความแม่นยำสามารถวัดได้ถูกต้องเทียบเท่า CapnoMeter โดยมีช่วงอัตราการหายใจที่กว้าง 0-98 ครั้งต่อนาที หลังจากนั้น ได้เพิ่มบอร์ด WIFI เข้าไปในวงจรเพื่อส่งสัญญาณเสียงหายใจขึ้นสู่ฐานข้อมูลเรียลไทม์บนคลาวด์ และได้พัฒนาแอปพลิเคชันบนมือถือเพื่อดึงสัญญาณจากคลาวด์มาวิเคราะห์และแสดงผลบนโทรศัพท์มือถือของผู้ใช้งานและผู้ดูแลที่อยู่ห่างไกล แอปพลิเคชันบนมือถือนอกจากจะวัด�และติดตามอัตราการหายใจได้แล้ว ยังสามารถแจ้งเตือนเมื่อหายใจช้าหรือเร็วเกินไป หรือหยุดหายใจนานเกินกว่า 10 วินาที จากการสัมภาษณ์กลุ่มผู้ใช้เป้าหมายจำนวน 27 คน และการออกแบบสอบถามทดสอบการยอมรับของตลาด ตลอดจนการประเมินเทคโนโลยีและประเมินตลาดพบว่ามีความเป็นไปได้สูงในการนำเครื่องติดตามอัตราการหายใจแบบพกพาที่พัฒนาขึ้นนี้ไปใช้ประโยชน์เป็นอุปกรณ์ตรวจการนอนหลับที่บ้าน�