ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อความแม่นยำในการตรวจสอบของเซนเซอร์ SpO2

เม็ดสีผิวหนังและการดูดซับแสงในเซนเซอร์ SpO2

ความแตกต่างด้านเชื้อชาติในความแม่นยำของเครื่องวัดออกซิเจนในเลือด

การศึกษาทางคลินิกรายงานถึงความคลาดเคลื่อนอย่างมีนัยสำคัญในความแม่นยำของเซนเซอร์ SpO2 ระหว่างกลุ่มคนต่างเชื้อชาติ ผู้ป่วยที่มีสีผิวเข้มมีอัตราการเกิดภาวะขาดออกซิเจนแฝงสูงกว่าถึง 3 เท่า (SaO2 <88% แม้ว่า SpO2 จะ ≥92%) เมื่อเทียบกับผู้ที่มีผิวขาวกว่า ธรรมชาติ (2023) ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเนื่องจากเซนเซอร์แบบสองความยาวคลื่นแบบดั้งเดิมมีปัญหาในการแยกแยะฮีโมโกลบินที่จับออกซิเจนออกจากเมลานินที่ดูดซับแสงในช่วงสเปกตรัมกว้าง

เมลานินรบกวนการวัดด้วยแสงอย่างไร

เมลานินดูดซับแสงสีแดงและแสงอินฟราเรดที่ใช้ในการวัดออกซิเจนในเลือดผ่านปลายนิ้วระหว่าง 35–75% ทำให้สัญญาณอ่อนลงอย่างไม่สมส่วนในผิวที่มีเม็ดสี ส่งผลให้การจำลองขั้นสูงด้วยเทคนิคมอนติคาร์โลยืนยันว่า การกระเจิงของเมลานินที่ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นจะเปลี่ยนแปลงลักษณะคลื่นโฟโตเพลธิสโมแกรม (PPG) ส่งผลให้มีการประมาณค่า SpO2 สูงเกินจริงได้ถึง 3.2% ในช่วงภาวะขาดออกซิเจน (<85%)

คำเตือนจาก FDA และนัยทางคลินิกสำหรับประชากรที่หลากหลาย

อย. ได้ออกกฎข้อใหม่ในปี 2023 ที่กำหนดให้การทดสอบอุปกรณ์ SpO2 ต้องมีผู้เข้าร่วมอย่างน้อย 15% ที่จัดอยู่ในกลุ่มประเภทผิวฟิตซ์แพทริก V ถึง VI จากการพิจารณาข้อมูลจากสถานการณ์ดูแลผู้ป่วยหนักประมาณ 72,000 ราย พบสิ่งที่น่ากังวล แพทย์พลาดการเตือนระดับออกซิเจนต่ำประมาณ 12% ในผู้ป่วยชาวแอฟริกัน-อเมริกัน เนื่องจากเซ็นเซอร์เหล่านี้ทำงานได้ไม่ดีพอในผิวสีเข้ม ตามการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร British Journal of General Practice เมื่อปีที่แล้ว ประเด็นนี้ไม่ใช่แค่ตัวเลขบนกระดาษเท่านั้น แต่แสดงให้เห็นว่าการตัดสินใจทางการแพทย์ในโลกความเป็นจริงได้รับผลกระทบอย่างไรเมื่ออุปกรณ์มีอคติในตัวเองต่อกลุ่มประชากรบางกลุ่ม

ความก้าวหน้า: เซ็นเซอร์หลายช่วงคลื่นและความเที่ยงตรงของอัลกอริทึม

เซ็นเซอร์รุ่นใหม่เริ่มนำสิ่งต่อไปนี้มาใช้:

• เครื่องปล่อยแสงขาวช่วง 750–950 นาโนเมตร เพื่อทะลุเนื้อเยื่อที่มีเมลานินสูง
• ระบบชดเชยดัชนีการไหลเวียนโลหิตแบบปรับตัว ปรับค่าตามเฉดสีผิวแบบเรียลไทม์
  การทดลองเบื้องต้นแสดงให้เห็นว่า เทคโนโลยีเหล่านี้สามารถลดอคติจากเชื้อชาติในข้อผิดพลาดของค่า SpO2 ได้ถึงร้อยละ 68 (p<0.01) เมื่อเทียบกับอุปกรณ์รุ่นเก่า ซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญในการตรวจวัดอย่างเท่าเทียม

ผลกระทบของการไหลเวียนเลือดบริเวณปลายมือปลายเท้าและอุณหภูมิผิวหนังต่อค่าที่อ่านได้

ภาวะปลายมือปลายเท้าเย็นและปริมาณเลือดที่ไหลต่ำในฐานะอุปสรรคต่อความแม่นยำ

การไหลเวียนของเลือดไปยังส่วนปลายของร่างกายที่ลดลง ซึ่งเกิดขึ้นได้ในภาวะเช่น ตัวเย็นจัด ช็อก หรือเมื่อหลอดเลือดหดตัว ย่อมส่งผลต่อประสิทธิภาพของเซนเซอร์วัดระดับออกซิเจนในเลือด (SpO2) เป็นอย่างมาก ปัญหานี้จะรุนแรงขึ้นเมื่ออุณหภูมิผิวหนังลดลงต่ำกว่าประมาณ 30 องศาเซลเซียส (หรือราว 86 องศาฟาเรนไฮต์) เนื่องจากสัญญาณจากอุปกรณ์เหล่านี้อาจลดลงเกือบครึ่งหนึ่ง ในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดที่จำเป็นต่อการคำนวณระดับออกซิเจน ตามผลการวิจัยล่าสุดจากรายงานอุตสาหกรรม เมื่ออุณหภูมิต่ำพอจนเกิดการหดตัวของหลอดเลือด (vasoconstriction) จะมีเลือดไปเลี้ยงบริเวณที่ติดตั้งเซนเซอร์ไม่เพียงพอ ในขณะเดียวกัน เนื้อเยื่อเองก็จะดูดซับแสงเพิ่มมากขึ้น ส่งผลให้ค่าที่วัดได้อาจต่ำกว่าความเป็นจริง นี่จึงเป็นเหตุผลที่แพทย์มักได้รับผลการวัดจากเครื่องวัดปริมาณออกซิเจนในเลือดแบบปลายนิ้ว (pulse oximeter) ที่อาจทำให้เข้าใจผิดในสภาพแวดล้อมที่หนาวเย็น

บทบาทของดัชนีการไหลเวียนเลือด (Perfusion Index: PI) ต่อความน่าเชื่อถือของสัญญาณ

ดัชนีการไหลเวียนโลหิต หรือที่เรียกสั้นๆ ว่า PI (Perfusion Index) ใช้วัดอัตราส่วนระหว่างการไหลของเลือดที่มีชีพจรและไม่มีชีพจร และทำหน้าที่เป็นตัวชี้วัดแบบเรียลไทม์เพื่อประเมินคุณภาพของสัญญาณที่ได้ การศึกษาแสดงให้เห็นว่าเมื่อค่า PI ลดลงต่ำกว่า 0.3 จะมีความผิดพลาดในการอ่านค่า SpO2 เพิ่มขึ้นประมาณร้อยละ 42 ตามรายงานการวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Clinical Anesthesia เมื่อปี ค.ศ. 1999 ในปัจจุบันอุปกรณ์ตรวจติดตามขั้นสูงส่วนใหญ่จะแสดงทั้งค่า PI และระดับ SpO2 พร้อมกันไปในหน้าจอเดียวกัน การแสดงผลทั้งสองค่านี้ช่วยให้เจ้าหน้าที่ทางการแพทย์สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างกรณีที่มีระดับออกซิเจนต่ำจริง กับสัญญาณเท็จที่เกิดจากภาวะการไหลเวียนเลือดไม่เพียงพอในผู้ป่วย

ความท้าทายทางคลินิกในผู้ป่วย ICU ที่ได้รับยากระตุ้นหลอดเลือด

วาโซเพรสเซอร์ เช่น นอร์อีพิเนฟริน จะเบี่ยงเบนอนุภาคเลือดออกจากส่วนปลายของร่างกาย ซึ่งส่งผลให้ความแม่นยำของการวัดออกซิเจนในเลือดด้วยปลายนิ้วลดลง ในผู้ป่วยหนัก 68% ที่ได้รับยาทางหลอดเลือดต้องใช้ตำแหน่งการตรวจวัดทางเลือก เช่น ติ่งหูหรือกั้นกึ่งกลางจมูก ซึ่งชี้ให้เห็นถึงความจำเป็นในการใช้เซนเซอร์ที่รองรับหลายตำแหน่งในผู้ป่วยที่มีภาวะไหลเวียนโลหิตไม่เสถียร

การปรับปรุงตำแหน่งการวางเซนเซอร์และการออกแบบสำหรับภาวะเลือดไปเลี้ยงปลายทางไม่เพียงพอ

การออกแบบเครื่องวัดชีพจรแบบอ๊อกซิเจนใหม่ที่ใช้แผ่นกาวและมีตำแหน่งวัดล่วงหน้าที่อุ่นไว้ (34–36°C) สามารถปรับปรุงการรับสัญญาณได้มากขึ้น 31% ในภาวะที่มีการไหลเวียนต่ำ เมื่อเทียบกับโพรบที่เป็นคลิปแบบเดิม นอกจากนี้ โครงสร้างเซนเซอร์แบบคู่ที่สามารถตรวจวัดพร้อมกันทั้งที่หลอดเลือดแดงบริเวณข้อมือและช่องแคปิลลารี ก็เริ่มมีบทบาทเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการลดสัญญาณเตือนผิดในผู้ป่วยที่มีอาการไม่เสถียร

ภาวะของเล็บ สีเล็บ และเล็บปลอม ที่เป็นแหล่งรบกวนการวัด

ข้อผิดพลาดทั่วไปจากงานแต่งเล็บเพื่อความงาม

การทำเล็บเจลและเล็บอะคริลิกทำให้การวัดค่า SpO2 มีความผิดพลาด เนื่องจากเปลี่ยนแปลงการส่งผ่านของแสงผ่านชั้นเล็บ โดยการทบทวนทางคลินิกในปี 2023 พบว่าชั้นเคลือบที่หนาขึ้นจะลดการซึมผ่านของแสงอินฟราเรดลง 22–35% ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความยาวคลื่นที่ใช้ในการคำนวณระดับออกซิเจนในเลือด

การดูดซับแสงโดยสารเคลือบเล็บและวัสดุเทียม

มาตรการป้องกันในสถานบริการผ่าตัดและดูแลผู้ป่วยหนัก

ศูนย์ผ่าตัดชั้นนำกำหนดให้มีขั้นตอนการเตรียมเล็บอย่างเป็นมาตรฐาน:

• ล้างสีเล็บออกอย่างน้อยสองนิ้วด้วยตัวทำละลายที่ไม่มีอะซิโตน
• ให้ความสำคัญกับนิ้วชี้หรือนิ้วนางสำหรับการวางเซนเซอร์ (แผ่นเล็บบางกว่า)
• ใช้เซนเซอร์สะท้อนแสงที่หน้าผากสำหรับผู้ป่วยที่ต่อเล็บอะคริลิกเต็มรูปแบบ

รายงานจากโปรโตคอลในหอผู้ป่วยหนักที่นำขั้นตอนเหล่านี้ไปใช้ พบว่ามีการลดลงของสัญญาณเตือนเท็จถึง 63% ตามการศึกษาปี ค.ศ. 2024 ในวารสาร วารสารการติดตามดูแลผู้ป่วยอย่างใกล้ชิด .

สัญญาณรบกวนจากการเคลื่อนไหวและปัญหาตำแหน่งเซนเซอร์

ผลกระทบของการเคลื่อนไหวของผู้ป่วยต่อความเสถียรของสัญญาณ

เมื่อผู้ป่วยขยับตัวมากเกินไป นี่คือหนึ่งในสาเหตุหลักที่ทำให้ค่า SpO2 ผิดพลาด โดยเฉพาะในผู้ที่เดินไปมาหรือมีการเคลื่อนไหวจำกัด ปัญหานี้เกิดขึ้นเมื่อผู้ป่วยขยับตัวไม่อยู่นิ่งหรือสั่น เนื่องจากจะรบกวนการดูดซับแสงที่ผ่านนิ้วมือ ส่งผลให้ออกซิมิเตอร์ตรวจจับได้ว่ามีการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของระดับออกซิเจนอย่างฉับพลัน ซึ่งแท้จริงแล้วไม่ได้เกิดขึ้นจริง ความผิดพลาดประเภทนี้อาจทำให้การตัดสินใจทางการแพทย์ที่สำคัญล่าช้า งานวิจัยบางชิ้นจาก IntechOpen ในปี 2024 พบว่าระหว่างการออกกำลังกายหรือกิจกรรมทางกายภาพอื่น ๆ อุปกรณ์เหล่านี้มักแสดงค่าความอิ่มตัวของออกซิเจนสูงกว่าความเป็นจริง บางครั้งสูงกว่าถึง 8% ซึ่งหมายความว่าแพทย์อาจมองข้ามสัญญาณเตือน หรือดำเนินการรักษาโดยอาศัยข้อมูลที่ผิดพลาด

การเคลื่อนไหวของร่างกายมีส่วนทำให้เกิดสัญญาณรบกวนในการติดตามค่า SpO2 ได้อย่างไร

การเคลื่อนไหวรบกวนสัญญาณ SpO₂ โดยทำให้เซนเซอร์ขยับตำแหน่งและเนื้อเยื่อเคลื่อนตัว การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพจะทำให้การจัดแนวแสงผิดเพี้ยน ในขณะที่การเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วเลียนแบบการไหลเวียนของเลือดที่เป็นจังหวะ ทำให้เกิดสัญญาณรบกวนความถี่สูง อัลกอริธึมการเฉลี่ยแบบมาตรฐานมักไม่สามารถแยกแยะสิ่งรบกวนเหล่านี้ออกจากสัญญาณสรีรวิทยาที่แท้จริงได้ ส่งผลให้ค่าที่อ่านได้ไม่น่าเชื่อถือ

สถานที่เสี่ยงสูง: หน่วยงานกุมารเวชศาสตร์และหน่วยดูแลผู้ป่วยหนัก

หอผู้ป่วยไอซียูสำหรับทารกแรกเกิดและเด็กมีความเสี่ยงสูงมากขึ้น เนื่องจากผู้ป่วยมักกระสับกระส่าย บริเวณปลายมือปลายเท้าขนาดเล็ก และการสั่นสะเทือนจากระบบเครื่องช่วยหายใจ ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าความคลาดเคลื่อนที่เกิดจากการเคลื่อนไหวเกิดขึ้นบ่อยกว่าในหน่วยงานกุมารเวชกรรมถึงสามเท่าเมื่อเทียบกับหน่วยผู้ใหญ่ ทำให้การดูแลรักษาภาวะระบบทางเดินหายใจในกลุ่มผู้ป่วยเปราะบางมีความซับซ้อนมากขึ้น

แนวทางแก้ไข: อัลกอริธึมที่ทนต่อการเคลื่อนไหวและการออกแบบเซนเซอร์ที่มีความมั่นคง

วิธีการประมวลผลสัญญาณรูปแบบใหม่กำลังเข้ามาแก้ไขปัญหาเหล่านี้อย่างตรงไปตรงมา ตัวอย่างเช่น การกรองแบบปรับตัว (adaptive filtering) ใช้ประโยชน์จากค่าที่อ่านได้จากเครื่องวัดความเร่ง (accelerometer) เพื่อแยกสัญญาณการเคลื่อนไหวที่ไม่ต้องการออกไป ในขณะเดียวกัน อัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่อง (machine learning algorithms) ที่สร้างขึ้นจากข้อมูลผู้ป่วยหลากหลายประเภทก็สามารถกรองเสียงรบกวนพื้นหลังได้ดีขึ้นมาก ตัวเซนเซอร์เองก็ยังฉลาดขึ้นด้วยการออกแบบที่ยืดหยุ่นและกาวทางการแพทย์ที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งช่วยให้เซนเซอร์ยังคงอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องแม้ผู้ป่วยจะเคลื่อนไหวร่างกาย การทดสอบทางคลินิกแสดงให้เห็นว่า การนำเทคโนโลยีทั้งหมดเหล่านี้มารวมกันสามารถลดจำนวนสัญญาณเตือนเท็จลงได้เกือบครึ่งหนึ่งในห้องฉุกเฉินของโรงพยาบาล ซึ่งส่งผลดีอย่างแท้จริงทั้งต่อเจ้าหน้าที่และผู้ป่วย

คุณภาพของอุปกรณ์ สภาพแวดล้อม และขีดจำกัดการอิ่มตัว

ความแปรปรวนของความแม่นยำในเซนเซอร์ SpO2 สำหรับผู้บริโภค เทียบกับเซนเซอร์ระดับการแพทย์

เซนเซอร์วัดค่า SpO2 สำหรับผู้บริโภคมีความคลาดเคลื่อนมากกว่าอุปกรณ์การแพทย์ที่ได้รับการรับรองจาก FDA อยู่ ±3% (รายงานของ FDA ปี 2022) ระบบระดับการแพทย์ใช้แถบโฟโตไดโอดแบบซ้ำซ้อนและอัลกอริธึมชดเชยแสงแวดล้อม ทำให้มีความน่าเชื่อถือมากกว่าในการตรวจจับภาวะขาดออกซิเจนในเลือด เช่น ในผู้ป่วยโรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง (COPD) หรือภาวะหยุดหายใจขณะหลับ

ปัจจัยแวดล้อมที่มีผล: แสงสว่าง ความสูงจากระดับน้ำทะเล และการปรับเทียบเซนเซอร์

แสงไฟฟลูออเรสเซนต์ก่อให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดค่าออกซิเจนในเลือดแบบสะท้อนแสงประมาณ 1.5% และความแม่นยำจะลดลง 2.8% ต่อการเพิ่มขึ้นทุก 1,000 เมตรของระดับความสูง เนื่องจากสภาพความดันต่ำ (WHO, 2023) ความเปราะบางต่อสิ่งแวดล้อมในลักษณะเดียวกันที่พบในระบบวัดแรงดันไฟฟ้าสูง ชี้ให้เห็นถึงความสำคัญของการปรับเทียบแบบปรับตัวในเซนเซอร์ทางการแพทย์

ความแม่นยำที่ลดลงเมื่อระดับออกซิเจนต่ำ (<80%) และความเสี่ยงทางคลินิก

เมื่อค่าความอิ่มตัวออกซิเจนต่ำกว่า 80% ความผิดพลาดในการวัดจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉลี่ยแล้วเซ็นเซอร์ที่หน้าผากมีค่าคลาดเคลื่อน 4.6% เทียบกับ 3.2% ของโพรบที่นิ้ว (BMJ 2021) การศึกษาในปี 2023 ในห้องไอซียูพบว่า 19% ของเหตุการณ์ภาวะขาดออกซิเจนรุนแรง (SpO2 70–79%) ไม่ถูกตรวจพบโดยเซ็นเซอร์แบบเดิม ซึ่งก่อให้เกิดความเสี่ยงทางคลินิกที่ร้ายแรง

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด: การรวมข้อมูล SpO2 เข้ากับการวิเคราะห์แก๊สในเลือดแดง

ตามแนวทางของสมาคมโรคทางเดินหายใจแห่งอเมริกาที่เผยแพร่ในปี 2023 แพทย์ควรตรวจสอบแก๊สในเลือดจากหลอดเลือดแดงทุกๆ 4 ชั่วโมง เมื่อค่า SpO2 ของผู้ป่วยลดลงต่ำกว่า 85% แต่เมื่อพิจารณาการปฏิบัติจริงในโรงพยาบาล พบว่ามีเพียงน้อยกว่า 4% เท่านั้นที่ยึดถือคำแนะนำนี้อย่างสม่ำเสมอตลอดเวลา มีระบบการตรวจติดตามแบบผสมผสานรูปแบบใหม่บางประเภทที่รวมวิธีการแบบดั้งเดิมเข้ากับเซ็นเซอร์ pO2 ชนิดติดผิวหนัง ซึ่งแสดงผลลัพธ์ที่น่าสนใจ โดยระบบนี้สามารถลดจำนวนการเตือนผิดพลาดลงได้ประมาณ 38% ในหน่วยดูแลผู้ป่วยหนักทารกแรกเกิด สิ่งนี้บ่งชี้ว่าการรวมเทคนิคการตรวจติดตามหลายรูปแบบเข้าด้วยกันอาจเป็นแนวทางในอนาคตสำหรับการได้มาซึ่งค่าการอ่านระดับออกซิเจนที่เชื่อถือได้ในผู้ป่วยที่ต้องได้รับการเฝ้าระวังอย่างใกล้ชิด

คำถามที่พบบ่อย

เหตุใดการวัดค่า SpO2 จึงมีความแม่นยำน้อยลงในคนที่มีสีผิวเข้ม

เซ็นเซอร์ SpO2 มีปัญหาในการแยกแยะระหว่างเฮโมโกลบินที่จับออกซิเจนกับเมลานินในผิวสีเข้ม เพราะเมลานินดูดซับแสงที่ความยาวคลื่นที่ใช้งาน ทำให้ประเมินค่าระดับออกซิเจนสูงเกินจริง

อุณหภูมิเย็นมีผลต่อความแม่นยำของเซ็นเซอร์ SpO2 อย่างไร

อุณหภูมิต่ำทำให้หลอดเลือดหดตัวและลดการไหลเวียนของเลือดไปยังส่วนปลายของร่างกาย ส่งผลให้มีเลือดน้อยลงในบริเวณที่เซนเซอร์ไม่สามารถทำงานได้อย่างเหมาะสม นอกจากนี้ เนื้อเยื่อยังดูดซับแสงมากขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่ผลลัพธ์ที่คลาดเคลื่อน

เหตุใดสารเคลือบเล็บและเล็บปลอมจึงรบกวนค่าการอ่าน SpO2?

สารเคลือบเล็บและเล็บปลอมรบกวนการถ่ายผ่านของแสง ซึ่งส่งผลต่อความยาวคลื่นที่ใช้ในการคำนวณระดับออกซิเจน ทำให้เกิดความไม่แม่นยำ

การเคลื่อนไหวของร่างกายมีผลกระทบต่อค่าการอ่าน SpO2 อย่างไร?

การเคลื่อนไหวของผู้ป่วยสามารถทำให้เซนเซอร์ขยับตำแหน่งและรบกวนเนื้อเยื่อ ทำให้เกิดสัญญาณรบกวนและการจัดแนวแสงที่ผิดพลาด ส่งผลให้ค่าการอ่าน SpO2 ไม่น่าเชื่อถือและผันผวน

จะปรับปรุงความแม่นยำของเซนเซอร์ SpO2 ได้อย่างไร?

การใช้เซนเซอร์หลายช่วงความยาวคลื่น การปรับเทียบด้วยอัลกอริทึม การชดเชยดัชนีการไหลเวียนโลหิตแบบปรับตัว และการออกแบบเซนเซอร์ที่แน่นหนา สามารถช่วยลดข้อผิดพลาดและเพิ่มความแม่นยำ