เครื่องวัดออกซิเจนปลายนิ้ว (Pulse Oximeter) หลักการทำงาน ข้อบ่งใช้ และวิธีการใช้

แชร์ต่อให้เพื่อนได้อ่าน
  •  
  •  
  •  
  •  

เครื่องวัดออกซิเจนปลายนิ้ว (Pulse Oximeter) 

เครื่องวัดออกซิเจนคืออะไร?
หากจะเรียก Pulse oximeter เป็นภาษาไทย อาจต้องเรียกว่า เครื่องตรวจวัดความอิ่มตัวออกซิเจนของฮีโมโกลบินจากชีพจร ซึ่งอาจไม่สะดวกนัก คนส่วนใหญ่จึงเรียกเครื่องนี้ว่า เครื่องวัดออกซิเจนปลายนิ้ว ซึ่งเป็นรูปแบบที่พบได้ทั่วไป

Pulse oximeter มีทั้งแบบตั้งพื้นและแบบพกพา สามารถใช้ตรวจได้หลายบริเวณ (เช่นนิ้วมือ, นิ้วเท้า, ติ่งหู) แต่บทความนี้จะขอกล่าวถึง เครื่องวัดออกซิเจนพกพา แบบปลายนิ้วเป็นหลัก เครื่องวัดออกซิเจนปลายนิ้ว สามารถใช้บอกค่าโดยประมาณ ของระดับความอิ่มตัวออกซิเจนที่จับกับฮีโมโกลบิน ที่อยู่ภายในหลอดเลือดแดง (Arterial blood oxyhemoblobin saturation) เพราะฉะนั้นสิ่งที่เราต้องการวัดคือ ระดับความอิ่มตัวออกซิเจน (Pulse oxygen saturation, SpO2)

เครื่องวัดออกซิเจนปลายนิ้ว สามารถใช้บอกค่าโดยประมาณ ของระดับความอิ่มตัวออกซิเจนที่จับกับฮีโมโกลบิน ที่อยู่ภายในหลอดเลือดแดง (Arterial blood oxyhemoblobin saturation) เพราะฉะนั้นสิ่งที่เราต้องการวัดคือ ระดับความอิ่มตัวออกซิเจน (Pulse oxygen saturation, SpO2)

ความอิ่มตัวของออกซิเจน (SpO2) คืออะไร?
SpO2 หมายถึงการที่ฮีโมโกลบิน (ส่วนประกอบในเม็ดเลือดแดง) 1 โมเลกุล สามารถจับกับออกซิเจนได้ครบ 4 โมเลกุล (ฮีโมโกลบิน : ออกซิเจน = 1:4) โดยคนทั่วไปที่มีสภาพปอดปกติ เมื่อวัดการหายใจที่ระดับน้ำทะเล จะพบว่าความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือดแดงอยู่ที่ประมาณ 95% – 100% แต่ถ้าอาศัยอยู่ในพื้นที่สูงจากระดับน้ำทะเลขึ้นไป ก็จะมีผลต่อทำให้ระดับ SpO2 ลดลงได้เช่นกัน ส่วนความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือดดำจะอยู่ที่ประมาณ 75% (World Health Organization, 2011) การที่เรามองเห็นเลือดแดงและเลือดดำมีสีต่างกัน นั่นเป็นเพราะชนิดของฮีโมโกลบินที่ต่างกันในเม็ดเลือดแดงนั่นเอง

ฮีโมโกลมีกี่ชนิด ?
ฮีโมลโกลบิน (Hemoglobin, Hb) ประกอบด้วยคำว่า Heme คือสารที่มีธาตุเหล็กเฟอรัส (Ferrous, Fe+2) เป็นส่วนประกอบ และ Globin ซึ่งหมายถึงโปรตีนชื่อโกลบูลิน (Globulin) เมื่อรวมตัวกันเป็น Hb แล้ว จะไปจับกับสารชนิดต่างๆ และมีชื่อเรียกต่างออกไปตามสารประกอบชนิดนั้น ซึ่งมี 4 ชนิดที่สำคัญดังนี้
1. Oxyhemoglobin (HbO2) ออกซีฮีโมโกลบิน คือ Hb ที่จับกับออกซิเจน เพื่อทำหน้าที่สำคัญในการนำออกซิเจน ไปเลี้ยงอวัยวะส่วนต่างๆ ของร่างกาย
2. Deoxyhemoglobin หรือ Reduced hemoglobin (HbR) ดีออกซีฮีโมโกลบิน คือ Hb ที่ไม่จับกับออกซิเจนแล้ว
3. Carboxyhemoglobin (HbCO) คาร์บอกซีฮีโมโกลบิน คือ Hb ที่จับกับคาร์บอนมอนอกไซด์ (Carbon monoxide, CO) พบได้ในคนที่สูดไอเสีย หรือสำลักควันไฟ เป็นต้น
4. Methemoglobin (METHb) เมทฮีโมโกลบิน คือ Hb ที่ถูกทำให้เปลี่ยนสภาพ (Oxidized) จากเหล็กเฟอรัส Fe+2 ไปเป็นเหล็กเฟอริก (Ferric, Fe+3) ซึ่งเป็นโครงสร้างของ Fe ที่ไม่สามารถจับกับออกซิเจนได้

แต่ Hb ที่กล่าวทั้ง 4 ชนิดนี้ ไม่สามารถตรวจพบได้โดยเครื่องวัดออกซิเจนปลายนิ้วได้ทั้งหมด เครื่อง Pulse oximeter สามารถใช้วัดได้แค่ HbO2 และ HbR เท่านั้น จึงยังไม่สามารถใช้ทดแทนการตรวจวัดออกซิเจนแบบเจาะตรวจเส้นเลือดแดง (Arterial blood gas) ได้อย่างสมบูรณ์

หลักการทำงานเครื่องวัดออกซิเจนปลายนิ้ว
เครื่องวัดออกซิเจนปลายนิ้วนี้ ใช้กฎของแสงเป็นหลัก คือ เมื่อแสงกระทบวัตถุอาจจะเกิดการดูดกลืนแสง (Absorption), การส่องผ่าน (Transmission), การกระเจิง (Scattering) และการสะท้อนกลับ (Reflection) ยกตัวอย่างในธรรมชาติ เช่น การที่เรามองเห็นแสงสีขาว (ซึ่งเกิดจากการรวมตัวของ 7 สีหลักคือ สีม่วง สีคราม สีน้ำเงิน สีเขียว สีเหลือง สีแสด และสีแดง) แปลว่าเกิดการสะท้อนของแสงออกมาทุกสี ในทางกลับกัน ถ้าเรามองเห็นวัตถุเป็นสีดำ นั่นแปลว่า วัตถุชนิดนั้นสามารถดูดกลืนแสงไว้ได้ทั้งหมด (ปานโพธิ์, 2014)

ส่วนหลักการดูดกลืนแสง (Absorption) ที่นำมาใช้สำหรับเครื่องนี้คือ ฮีโมลโกลบินต่างชนิดกัน มีคุณสมบัติในการดูดกลืนคลื่นแสงได้ต่างกัน
– HbO2 ดูดกลืนคลื่นแสงช่วงความยาวคลื่น 600-750 นาโนเมตร เป็นคลื่นแสงสีแดง ซึ่งเป็นแสงที่ตามองเห็นได้ (Visible light)
– HbR ดูดกลืนคลื่นแสงที่มีความยาวคลื่น 850-1000 นาโนเมตร เป็นคลื่นแสงอินฟราเรด ที่ตามนุษย์มองไม่เห็น (Invisible light)

เมื่อเครื่องวัดออกซิเจนทำงาน แหล่งกำเนิดแสง (Light source) จะเริ่มทำงาน โดยส่องแสงเดินทางผ่านนิ้วมือ เพื่อทะลุไปยังด้านของตัวรับสัญญาณ (Photodiode) ตัวอุปกรณ์นี้เอง จะเป็นตัวแยกความแตกต่างของคลื่นแสง 2 ช่วงคือ
1. คลื่นแสงช่วงที่ไม่มีเลือดไหลผ่าน (Non-pulsatile flow หรือ Direct current light, DC) เป็นการดูดซับคลื่นแสงของกระดูกและเอ็น, กล้ามเนื้อ, ผิวหนัง และเนื้อเยื่ออ่อน
2. คลื่นแสงช่วงที่มีเลือดไหลผ่าน (Pulsatile flow หรือ Alternating current light, AC)

เมื่อนําค่าการดูดซับคลื่นแสงในช่วงต่างๆ มาคํานวณเป็นอัตราส่วนของการดูดซับคลื่นแสง (R) ดังสมการแล้ว

อัตราส่วน (R)= (AC660/DC660)/(AC940/DC940)

นำค่าที่ได้ทำเป็นกราฟคำนวณความอิ่มตัวของออกซิเจน (SpO2) โดยอาศัยหลักการวัดการทะลุผ่าน (The Principle of Transmittance Measurement) เพื่อนำไปใช้เป็นหน่วยประมวลผลของเครื่อง สามารถอธิบายได้ดังนี้ (อารีจิตรานุสรณ์)
1. กฎของเบียร์ (Beer’s law) : แสงที่ถูกดูดกลืนเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของสารในของเหลว ในที่นี้หมายถึงความเข้มข้นของ HbO2และ HbR ดังนั้นความเข้มของแสงที่ถูกดูดกลืนเข้าไป ย่อมต้องสัมพันธ์ไปในทางเดียวกันกับปริมาณ SpO2 ในเลือด
2. กฎของแลมเบิร์ต (Lambert’s law) : แสงที่ถูกดูดกลืนเป็นสัดส่วนโดยตรง กับความหนาของตัวกลางที่แสงผ่าน ความหนาในที่นี้หมายถึงระยะทางที่แสงใช้ในการส่องผ่านเส้นเลือดแดง (ในภาคตัดขวาง) ขณะเกิดการบีบและคลายตัวของเส้นเลือดแดง เมื่อหัวใจบีบตัว ชีพจรจะแรงขึ้น ทำให้ปริมาตรเลือดในเส้นเลือดแดงเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ระยะทางของแสงเพิ่มขึ้น (ตัวกลางหนาขึ้น) แสงจึงถูกดูดกลืนเพิ่มขึ้นด้วย

ผลจากความรู้ดังกล่าวข้างต้น ทำให้สามารถนำมาสร้างเครื่อง Oximetry ที่ใช้คุณสมบัติการดูดกลืนคลื่นแสงมาคำนวณหา SpO2 ได้นั่นเอง

ส่วนประกอบเครื่องวัดออกซิเจนปลายนิ้ว
1. ตัวตรวจวัด (Probe)
1.1 แหล่งกำเนิดแสง : ปัจจุบันใช้ไดโอดเปล่งแสง (Light-emitting diode, LED) จำนวน 2 หลอด
– ไดโอดเปล่งแสงสีแดง มีความยาวคลื่นประมาณ 660 นาโนเมตร
– ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรด มีความยาวคลื่น 940 นาโนเมตร
1.2 ตัวรับสัญญาณ (Photodiode) เป็นตัวตรวจรับแสงชนิดโฟโตอิเล็กทริกแบบภายใน (Internal Photoelectric)
2. ส่วนแสดงผล (Output)
2.1 ส่วนประมวลผล (Microprocessor) นำข้อมูลที่ได้จาก Photodiode มาประมวลผล เพื่อส่งข้อมูลต่อมายังจอภาพ
2.2 แหล่งจ่ายไฟ หรือแบตเตอรี
2.3 หน้าจอแสดงผล (Monitor) จะแสดง 2 ค่าหลัก
– ความอิ่มตัวของออกซิเจน (SpO2) อาจมีเสียงดังตามจังหวะการกระพริบของตัวเลขแสดงผลด้วย
– ชีพจร (Pulse rate) ปัจจุบันนี้ บริษัทส่วนใหญ่ที่ผลิตเครื่อง Pulse oximeter ได้นำ Oximetry มาใช้ร่วมกับ Plethysmography ซึ่งเป็นหลักการที่ใช้ในตรวจการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรเลือด

Pulse oximeter ปัจจุบัน จึงสามารถใช้วัดความอิ่มตัวของออกซิเจนร่วมกับการวัดชีพจร โดยแสดงผลเป็นค่าอัตราการเต้นของหัวใจ และมีกราฟแสดงคลื่นการไหลเวียนโลหิต (Plethysmography waveform) ได้อีกด้วย ทำให้สามารถใช้แยกสัญญาณรบกวน และบอกความน่าเชื่อถือของข้อมูลได้

ข้อบ่งชี้ในการใช้ Pulse oximeter ทุกแบบ (Torp, Modi, & Simon., 2020)
1. มีปัญหาด้านการหายใจ
2. กล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือด
3. ได้รับยาที่กดการหายใจ (โดยเฉพาะกลุ่ม Opioids)
4. ได้รับการวางยาสลบ
5. หน่วยบำบัดวิกฤต
6. รถพยาบาล

วิธีการใช้
ตามคู่มือการใช้เครื่องวัดออกซิเจน (Pulse Oximetry Training Manual) ขององค์การอนามัยโลก (World Health Organization, 2011) ชี้แจงวิธีการใช้ดังนี้
1. เปิดเครื่อง : จากนั้นเครื่องจะทำการตรวจสอบระบบภายใน (Calibration)
2. ตรวจสอบ LEDs : ให้เห็นว่า มีแสงสีแดงส่องจาก LED
3. ทำความสะอาดนิ้วมือที่ต้องการติด Probe : ควรล้างเล็บ และนำเล็บปลอมออกก่อน (ถ้ามี) เพราะถ้าหากมีวัตถุแปลกปลอมติดอยู่ อาจรบกวนการทำงานของเครื่อง ทำให้การประมวลผลผิดไปได้
4. ตรวจสอบตำแหน่ง Probe : ตรวจสอบให้แน่ใจว่า Probe แนบสนิทกับนิ้ว แต่ต้องไม่แน่นหรือหลวมจนเกินไป โดย Photodiode ต้องสามารถรับแสงจาก LEDs ได้ เพื่อให้เครื่องสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของเลือดในหลอดเลือดแดงได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยให้แสงจากภายนอกรบกวนน้อยที่สุด
5. รอเครื่องทำงาน : อาจใช้เวลาหลายวินาทีกว่าหน้าจอเครื่องจะเริ่มแสดงผล ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของนิ้วและความแรงของชีพจร ในขณะที่เครื่องทำการตรวจวัด ควรงดใช้เครื่องวัดความดันโลหิต เพราะการใช้ผ้าพันแขน (Cuff) อาจรบกวนการอ่านสัญญาณของเครื่องวัดออกซิเจนได้
6. อ่านผลที่แสดงบนหน้าจอ : ต้องอ่านผล SpO2 ขณะที่เครื่องแสดงผลชีพจรเท่านั้น การอ่านผล SpO2 โดยที่เครื่องยังไม่แสดงชีพจร ค่านั้นจะใช้แปลผลไม่ได้
7. เปิดเสียงเตือนของเครื่องไว้เสมอ

หากไม่แน่ใจประสิทธิภาพการทำงานเครื่อง อาจนำเครื่องใช้วัดกับคนที่มีอาการปกติก่อนได้ ก่อนนำไปใช้วัดซ้ำ ในผู้ป่วยหรือผู้ที่สงสัยว่าป่วย

เครื่องส่งสัญญาณเตือน แปลว่าอะไรได้บ้าง
1. ออกซิเจนในเลือดต่ำกว่ามาตรฐาน เช่น SpO2 < 90%
2. ไม่พบชีพจร
3. ชีพจรต่ำ หรือสูงผิดปกติ

การแปลผล
คนปกติควรมี SpO2 ในช่วง 95%-100%

ถ้าค่า SpO2 ที่ได้ < 75% จะไม่สามารถแปลผลได้ เนื่องจากข้อจำกัดทางด้านเทคนิค

ค่า SpO2 จากเครื่องของแต่ละบริษัท จะต้องเปรียบเทียบความถูกต้องกับค่าความอิ่มตัวของออกซิเจน (Arterial oxygen saturation, SaO2) จากเครื่อง
co-oximeter ที่เป็นตรวจมาตรฐานในการวิเคราะห์ก๊าซในเลือดแดง โดยใช้ความยาวคลื่นแสง 4 ช่วงเพื่อตรวจฮีโมโกลบินทั้ง 4 ชนิดตามที่ได้กล่าวแล้วข้างต้น (บดินทร์ ขวัญนิมิตร, 2006)

เมื่อค่า SaO2>90% ความแตกต่างของค่า SpO2 และ SaO2 ควร < 1%±2% (A, 2017) หรือเมื่อ SpO2 อยู่ในช่วง 70%-100% สามารถยอมรับความคลาดเคลื่อนได้ 2% (Carter B. G., 1998)

ปัจจัยทีมีผลต่อความคลาดเคลื่อนในการแปลผล (Technical Limitation)
1. อยู่ในภาวะช็อค หรือตัวเย็นเกินไป
2. มีภาวะซีด โดยเฉพาะถ้าปริมาณเม็ดเลือดในเลือด (Hematocrit, Hct <10%)
3. มีค่าบิลิรูบินในเลือดสูง
4. มีความผิดปกติของ HbCO, METHb หรือมีความผิดปกติของฮีโมโกลบินชนิดอื่นในเลือด
5. ผู้ป่วยได้รับการฉีดสีเข้าเส้นเลือด
6. ผู้ป่วยผิวคล้ำ (มี Melanin pigment ในผิวสูง)
7. ขนาดนิ้วมือไม่เหมาะสมกับขนาด Probe
8. มีการเคลื่อนไหวขณะใช้งาน
9. ยาทาเล็บ (โดยเฉพาะสีฟ้าและสีดำ) หรือติดเล็บปลอม
10. มีแสงสว่างจากภายนอกรบกวน Probe
11. สัญญาณกวนจากโทรศัพท์มือถือ

ภาวะแทรกซ้อน ที่พบได้ไม่บ่อย
1. ตุ่มน้ำที่เกิดจากความร้อนจาก LEDs
2. หากใช้เป็นระยะเวลานาน แผลจากการกด Probe

ทางเลือกอื่น
เมื่อเดือนมิถุนายน ปี 2563 ทีโอ (T., 2020) จากมหาวิทยาลัยมาเลเซียซาบาห์ ได้กล่าวว่า ปัจจุบันนี้มีมือถือบางรุ่นสามารถใช้วัด SpO2 ได้แล้ว โดยจะสามารถใช้แปลผลได้ดี เมื่อผู้ใช้มี SpO2 > 90% (Tomlinson S., 2018) ซึ่งมีความน่าเชื่อถืออยู่ที่ 96%-99% (Tayfur I., 2019)

เอกสารอ้างอิง
[1] Jubran A. Pulse oximetry. Intensive Care Med 2004;30:2017-20.T., J. (2020).
[2] Early Detection of Silent Hypoxia in Covid-19 Pneumonia Using Smartphone Pulse Oximetry. J Med Syst., 134.
[3] Tayfur I., A. M. (2019). Reliability of smartphone measurements of vital parameters: A prospective study using a reference method . Am J Emerg Med, 1527-1530.
[4] Tomlinson S., B. S. (2018). Accuracy of Smartphone-Based Pulse Oximetry Compared with Hospital-Grade Pulse Oximetry in Healthy Children. Telemed J E Health, 527-535.
[5] Torp, K. D., Modi, P., & Simon., L. V. (2020). Pulse Oximetry. StatPearls.
[6] Wilkins, R. S. (2003). Egan’s Fundamentals of Respiratory Care, Eighth Edition. Missouri: Mosby.
[7] World Health Organization, (2011). Pulse Oximetry Training Manual. Retrieved from www.who.int: https://www.who.int/patientsafety/safesurgery/pulse_oximetry/who_ps_pulse_oxymetry_training_manual_en.pdf?ua=1
[8] บดินทร์ ขวัญนิมิตร. (11 เมษายน 2006). การวัดความอิ่มตัวออกซิเจนของฮีโมโกลบินจากชีพจรในผู้ใหญ่. สงขลานครินทร์เวชสาร, 245-252.
[9] ปานโพธิ์, ภ. (2014). เครื่องมือวัดอัตราการเต้นหัวใจโดยใช้หลักการดูดกลืนแสงอินฟราเรดผ่านเนื้อเยื้อ. รายงานเครื่องมือวัดอัตราการเต้นหัวใจโดยใช้หลักการดูดกลืนแสงอินฟราเรดผ่านเนื้อเยื้อ, 17-20.
[10] อารีจิตรานุสรณ์, ช. (n.d.). เครื่องมือวิทยาศาสตร์. Retrieved from www..kku.ac.th: https://home.kku.ac.th/chuare/12/spectrophotometer.pdf


แชร์ต่อให้เพื่อนได้อ่าน
  •  
  •  
  •  
  •