เซนเซอร์บางที่สุดในโลกสำหรับการวัดสัญญาณคลื่นหัวใจ

          โลกของเราในปัจจุบัน สังคมผู้สูงวัย (Aging society) มีแนวโน้มเพิ่มสูงขึ้น โดยสามารถบ่งชี้ได้โดยการวิเคราะห์ค่าดัชนีการสูงวัย (Aging index) ซึ่งเป็นการเปรียบเทียบโครงสร้างการทดแทนกันของประชากรระหว่างกลุ่มผู้สูงอายุ (อายุ 60 ปีขึ้นไป) และกลุ่มประชากรวัยเด็ก (อายุต่ำกว่า 15 ปี) โดยจากข้อมูลของกรมกิจการผู้สูงอายุ กระทรวงการพัฒนาสังคมและความมั่นคงของมนุษย์ ^[2] ได้ระบุว่ากลุ่มประเทศโซนยุโรปที่พัฒนาแล้ว เช่น สหรัฐอเมริกา มีแนวโน้มเข้าสู่สังคมสูงวัยอย่างสมบูรณ์ (ค่าดัชนี 120 – 199.9) ในขณะที่ประเทศที่พัฒนาแล้วในแถบเอเชีย เช่น ญี่ปุ่น ก็เข้าสู่สังคมสูงวัยระดับสุดยอด (ค่าดัชนีมากกว่า 200) สำหรับประเทศไทยนั้น ได้มีการรายงานว่าในช่วงปี พ.ศ. 2543 – 2544 ประเทศไทยมีประชากรอายุ 60 ปี คิดเป็นสัดส่วนมากกว่าร้อยละ 10 ของทั้งประเทศ และยังมีค่าดัชนีการสูงวัยมากกว่า 50 ซึ่งหมายความว่าประเทศไทยกำลังเข้าสู่สังคมสูงวัยอย่างสมบูรณ์ ซึ่งเป็นอันดับที่ 2 ในกลุ่มเป็นเทศอาเซียนรองจากประเทศสิงคโปร์ ดังนั้น จากแนวโน้มของสังคมผู้สูงวัยที่เกิดขึ้น เราจึงควรตระหนักถึงการเข้ามาของสังคมนี้ และจำเป็นต้องพัฒนาเทคโนโลยีของอุปกรณ์เพื่อรองรับและนำมาใช้ดูแลผู้สูงอายุให้เหมาะสมที่สุด 

  
          อุปกรณ์ขนาดเล็กเพื่อใช้ตรวจวัดสัญญาณคลื่นหัวใจ (Cardiac monitor) ได้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อนำมาใช้ตรวจวัดสัญญาณคลื่นหัวใจของผู้สูงอายุโดยการติดตั้งไว้กับร่างกาย เพื่อสังเกตอาการของโรคต่าง ๆ การทำกิจกรรมในชีวิตประจำวัน รวมถึงสัญญาณชีพ อย่างไรก็ตามอุปกรณ์ที่มีขายตามท้องตลาดมักมีขนาดใหญ่ น้ำหนักมาก และราคาสูง นอกจากนั้นเมื่อทำการติดกับร่างกายเป็นระยะเวลานานอาจจะส่งผลกระทบต่อผิวหนัง จึงทำให้ไม่สะดวกสบายนักต่อการนำมาใช้งานจริงในเชิงปฏิบัติ  

            เมื่อต้นปีที่ผ่านมา ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยโอซากา (Osaka university) ประเทศญี่ปุ่น ได้พัฒนาแผ่นอุปกรณ์วัดสัญญาณคลื่นหัวใจที่มีความยืดหยุ่นสูงมาก มีความหนาแค่ประมาณ 1 – 2 ไมโครเมตร ซึ่งถือว่าเป็นอุปกรณ์ตรวจวัดสัญญาณคลื่นหัวใจที่บางที่สุดในโลก ^[1] โดยการออกแบบและสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ประกอบด้วยวงจรขยายสัญญาณแบบเปรียบเทียบสัญญาณที่มีความยืดหยุ่นสูงจากสารอินทรีย์ (Organic flexible differential amplifier) ซึ่งวงจรนี้ถูกออกแบบให้มีความสามารถในการขยายสัญญาณคลื่นหัวใจขาเข้าและลดทอนสัญญาณรบกวนได้ดี สำหรับวงจรขยายนั้นได้สร้างบนแผ่นฟิล์มพาไรลีน (Palyrene) ซึ่งประกอบไปด้วยส่วนประกอบหลักคือ ฟิล์มบางทรานซิสเตอร์อินทรีย์ (Organic thin-film transistor) จำนวน 2 ชุด ทำการเชื่อมต่อกันให้เป็นลักษณะวงจรขยาย     

             สำหรับการใช้งานนั้น จะนำแผ่นอุปกรณ์ไปติดที่ผิวหนังบริเวณหน้าอกบนตำแหน่งของหัวใจ ซึ่งจะพบว่าแผ่นอุปกรณ์ชนิดนี้มีความยืดหยุ่นสูงมาก มีน้ำหนักเบา สามารถโค้งงอได้โดยไม่ทำลายวงจรไฟฟ้าที่ออกแบบขึ้น หลังจากนั้นจะทำการเชื่อมต่อขั้วอิเล็กโทรดของแผ่นอุปกรณ์ไปที่ผิวหนังเพื่อวัดสัญญาณย่อยของคลื่นหัวใจ 2 ตำแหน่ง โดยที่ตำแหน่งแรกเป็นบริเวณหัวใจห้องบน (Atrium) และตำแหน่งถัดมาเป็นหัวใจห้องล่าง (Ventricle) ซึ่งสัญญาณทั้งสองนี้จะถูกนำมารวมกันกลายเป็นสัญญาณขาเข้า หลังจากนั้นจะผ่านการขยายสัญญาณและลดทอนสัญญาณรบกวนให้กลายเป็นสัญญาณขาออก ซึ่งเป็นคลื่นหัวใจของร่างกายเรานั่นเอง 


          เมื่อทำการตรวจวัดคลื่นสัญญาณหัวใจขาเข้าและขาออก จะพบว่าสัญญาณขาเข้าจะมีขนาดของสัญญาณต่ำและประกอบด้วยสัญญาณรบกวนจำนวนมาก จึงทำให้ไม่สามารถวิเคราะห์สัญญาณได้ แต่เมื่อสัญญาณนี้ผ่านการขยายและกรองสัญญาณรบกวนแล้ว จะพบว่าสัญญาณขาออกที่ได้มีขนาดสูงขึ้นอย่างเห็นได้ชัด (ขยายจากเดิมประมาณ 56 เท่า) และมีสัญญาณรบกวนต่ำ ซึ่งมีรูปแบบสัญญาณที่เป็นลักษณะคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (Electrocardiogram, ECG) ที่สามารถแปรผลเป็นคลื่น P, Q, R, S และ T เพื่อการวินิจฉัยได้            เพราะฉะนั้น เราจึงได้เห็นว่าอุปกรณ์ที่ทีมวิจัยนี้ได้พัฒนาขึ้นมีประโยชน์อย่างมากในการทำไปใช้งานจริงในเชิงปฏิบัติ ซึ่งเหมาะสมไม่เพียงแต่ผู้สูงอายุ แต่ยังรวมถึงบุคคลทุกเพศทุกวัยก็สามารถใช้งานได้อย่างดี นอกจากนั้นด้วยโครงสร้างที่ง่ายและใช้ต้นทุนต่ำในการผลิตต่ำของอุปกรณ์นี้ จึงเหมาะสมต่อการพัฒนาต่อในเชิงพาณิชย์อีกด้วย งานวิจัยนี้เป็นการแสดงให้เห็นถึงเทคโนโลยีของการพัฒนาอุปกรณ์รับรู้ (Sensor) ที่รุดหน้าอย่างรวดเร็ว ทั้งนี้เราต้องเอาใจช่วยว่าอุปกรณ์ชนิดนี้จะสามารถมีขายอย่างแพร่หลายในท้องตลาดเมื่อใด 

 

• [1] M. Sugiyama et al.,  An ultraflexible organic differential amplifier for recording electrocardiograms, Nat. Electron. 2 (2019), 351-360.
• [2] กรมกิจการผู้สูงอายุ กระทรวงการพัฒนาสังคมและความมั่นคงของมนุษย์. 2558.  สถานการณ์และแนวโน้มสังคมผู้สูงอายุไทย พ.ศ. 2556 – 2573. สืบค้นเมื่อ 18 กันยายน พ.ศ. 2562, จาก: http://www.dop.go.th/th/know/1/47
• [3] Example image obtained from https://www.nextbigfuture.com/2016/05/new-60-gram-wearable-pendant-for.html (สืบค้นเมื่อ 18 กันยายน พ.ศ. 2562)