บทคัดย่อ
โรคไข้เลือดออกเดงกี่เป็นปัญหาสาธารณสุขสำคัญของประเทศไทย ช่วงหนึ่งในการดำเนินโรคไข้เลือดออกเดงกี่จะเป็นช่วงวิกฤต ซึ่งผู้ป่วยอาจเกิดอาการช็อกและเสียชีวิตได้ จากสาเหตุสำคัญ คือ การรั่วของพลาสมาออกจากหลอดเลือด ทำให้เลือดมีความเข้มข้นสูง (high hemoconcentration) และปริมาณน้ำเลือดไม่พอ เกิด hypovolemic shock แนวเวชปฏิบัติในปัจจุบันจึงแนะนำให้เจาะเลือดเพื่อดูค่าปริมาณฮีมาโทคริต (Hematocrit) ในเลือดทุก 2-4 ชั่วโมงในช่วงวิกฤต เพื่อใช้ในการปรับระดับการให้สารน้ำทางหลอดเลือด ในโครงการนี้ ผู้วิจัยต้องการตอบโจทย์วิจัยหลัก 2 ข้อ คือ 1. สามารถใช้เครื่องวัดค่าฮีโมโกลบินแบบไม่รุกล้ำ (Masimo) ที่ได้รับอนุญาตให้ใช้ทางการแพทย์แล้ว ในการติดตามความเข้มข้นของเลือด แทนการเจาะเลือดได้หรือไม่ และ 2. พัฒนาเครื่องต้นแบบสำหรับวัดความเข้มข้นของเลือดแบบไม่รุกล้ำ ที่มีประสิทธิภาพเทียบเท่าหรือดีกว่าเครื่องวัดค่าฮีโมโกลบิน (Masimo) เพื่อนำมาใช้แทนเครื่อง Masimo ที่มีราคาสูง
โจทย์วิจัยข้อแรก ผู้วิจัยวัดค่าฮีโมโกลบินแบบไม่รุกล้ำด้วยเครื่อง Masimo เพื่อเปรียบเทียบกับค่าฮีมาโทคริตที่ได้จากการเจาะเลือด ณ เวลาต่างๆ ในผู้ป่วยไข้เลือดออก 154 คน (จากตัวอย่างทั้งสิ้น 336 คน) วิเคราะห์เปรียบเทียบเพื่อหาความสัมพันธ์ระหว่างค่าฮีโมโกลบินกับฮีมาโทคริต พบว่าค่าฮีมาโทรคริตที่ได้จากการเจาะปลายนิ้ว และค่าฮีโมโกลบินจากเครื่อง Masimo มีแนวโน้มไปในทิศทางเดียวกัน แต่เนื่องจากการเก็บข้อมูลของโครงการอยู่ในระยะเวลาที่ไม่ตรงกับช่วงระบาดของโรคไข้เลือดออก ผู้ป่วยส่วนใหญ่เป็นไข้เลือดออกเดงกี่ (Dengue Fever) ที่มีการเปลี่ยนแปลงของฮีมาโทคริตไม่มากนัก เพราะไม่มีช่วงวิกฤติ การทดสอบ model จึงไม่สามารถทำได้ในช่วงวิกฤต ผู้วิจัยได้วิเคราะห์สัญญาณ และสร้าง model เพื่อแปลงสัญญาณจากเครื่อง Masimo เป็นค่าความเข้มข้นของเลือด ให้เพื่อแพทย์สามารถนำไปใช้ได้ และสร้างเครื่องมือ Interface ที่รับสัญญาณจากเครื่อง Masimo โดยตรงและวิเคราะห์สัญญาณโดยใช้ model ที่พัฒนาขึ้นแบบอัตโนมัติ เพื่อรายงานผลเป็นค่าความเข้มข้นของเลือดแบบเรียลไทม์ และได้ออกแบบแนวเวชปฏิบัติใหม่ในการติดตามดูแลผู้ป่วยโรคไข้เลือดออกในช่วงก่อนและหลังวิกฤติ ด้วยเครื่องมือ Interface ชิ้นใหม่นี้ โจทย์วิจัยข้อที่สอง ผู้วิจัยพัฒนาเครื่องต้นแบบโดยใช้วงจรไฟฟ้า AFE4490 Integrated Analog และ ใช้ Probe Nellcor ds100a โดยระบบประมวลผล Arduino DUE ผู้วิจัยได้ออกแบบอัลกอริทึมแบบเรียลไทม์ และออกแบบระบบ Auto calibration ระบบแจ้งเตือนข้อมูล จากการสอบเทียบเครื่องมือวัดความเข้มข้นเลือดต้นแบบกับเครื่องจำลองสัญญาณ Pulse Oxymeter รุ่น FLUKE Index 2 Pulse Oximeter Simulator พบว่าค่าสัญญาณที่อ่านได้มีความถูกต้องแม่นยำเมื่อผู้วิจัยนำเครื่องวัดความเข้มข้นเลือดต้นแบบไปเทียบค่ากับเครื่องวัดฮีโมโกลบิน Masimo จากการทดลองพบว่าค่าสัญญาณ REDDC จากเครื่องต้นแบบมีความสัมพันธ์กับค่า SpHb จากเครื่อง Masimo มากที่สุด แม้ว่าเครื่องต้นแบบยังไม่แม่นยำเท่าค่าที่วัดได้จากเครื่อง Masimo ในเบื้องต้น เครื่องต้นแบบดังกล่าวสามารถใช้ติดตามผู้ป่วยธาลัสซีเมีย (ประมาณ 70% จากผู้ป่วยธาลัสซีเมีย 73 คน) หลังการรับเลือดว่ามีความเข้มข้นเลือดได้หรือไม่ ผู้วิจัยมีแผนพัฒนาเครื่องวัดความเข้มข้นของเลือดแบบไม่รุกล้ำต่อเนื่อง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและความแม่นยำ ด้วยการทดสอบทางห้องปฏิบัติการและปรับ model เพิ่มเติม
บทคัดย่อ
Dengue hemorrhagic fever (DHF) is one of the critical public health problems in Thailand. During the disease progression, DHF patients will enter the critical phase in which hypovolemic shock potentially occurs and might lead to death. The shock in dengue is caused by substantial plasma leakage from blood circulation. Plasma leakage potentially leads to hemoconcentration, insufficiency of blood plasma, and ultimately hypovolemic shock. Thus, current guidelines on management of dengue fever/ dengue hemorrhagic fever recommend monitoring patient’s hematocrit levels by performing invasive blood collections every 2-4 hours during the critical phase. hematocrit levels are then used to adjust intravenous fluid replacement in DHF patients to prevent hypovolemic shock. This project aims to address two main research questions, including 1. the feasibility of using a noninvasive hemoglobin monitoring device (Masimo), already approved for medical used, for monitoring hemoconcentration instead of collecting patient’s blood through conventional methods and 2. development of a non-invasive prototype measuring hemoconcentration with a comparable or higher level of efficiency compared to the commercialized noninvasive device (Masimo). The prototype has been designed to be affordable for public hospitals in Thailand and to potentially replace expensive commercialized devices (Masimo). For the first research question, hemoglobin levels were measured in 154 patients with dengue fever (from 336 patients in this study) using the commercialized devices. Data were analyzed for the relationship between hemoglobin from noninvasive device and hematocrit from blood collection. The analysis revealed that hematocrit levels obtained from venipuncture or fingertip prick and hemoglobin levels from the Masimo device tended to change in the same direction. However, the incidence rate of dengue infection was very low over the course of the data collections. In addition, the majority of dengue patients in this study had dengue fever (DF) that does not have a critical phase seen in DHF. Thus, the overall variation of hematocrit levels observed in patients in this study was small due to the lack of data from the critical stage. Hence, our proposed model for the relationship between hemoglobin and hematocrit was not sufficiently tested with patients during the critical stage. In order to apply our model to routine hematocrit monitoring, an interface extension from Masimo was built to receive signals from the Masimo device, analyze the signals using our proposed mode, and convert them to hematocrit. In addition, we also proposed a new guideline for monitoring patients with dengue infection before, and after, reaching the critical stage using the developed interface and Masimo device. For the second research question, we adopted AFE4490 Integrated Analog circuit and Nellcor ds100a probe for non-invasive hemoconcentration measurement prototype. This prototype used Arduino DUE as a processor. We have designed the real-time algorithm and auto alert system calibration by weight average technique using signals from red and infrared sensors. The data were collected by a computer connecting to the Arduino processor. The prototype was calibrated with FLUKE Index 2 pulse Oximeter simulator. We found that the signals read were accurate. A comparison of data from the prototype and the Masimo device suggests that the correlation between REDDC signals from the prototype and SpHb values from the Masimo is very strong although accuracy of measurement from the prototype is not as high as the Masimo. Initially, the prototype was also used to monitor hemoconcentration of 73 patients with thalassemia (with about 70% of accuracy) after they received blood transfusion. The prototype will be further improved to increase its accuracy in measurement of hemoconcentration through laboratory tests and model adjustment.
