เครื่องระบุตำแหน่งเส้นเลือดโดยใช้คลื่นแสงในย่านใกล้อินฟราเรดมีหลักการทำงานอย่างไร

      หลายคนคงมีโอกาสไปบริจาคเลือด บุคลากรทางการแพทย์จะคัดกรองสุขภาพ ตรวจความเข้มข้นของเลือด เมื่อผ่านคุณสมบัติแล้วจะมีการเจาะหาเส้นเลือด ในขั้นตอนนี้การทำหัตถการเพื่อเจาะหาเส้นเลือดสำหรับผู้บริจาคแต่ละรายจะมีความยากง่ายแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับตำแหน่งของเส้นเลือด การปรากฏชัดของเส้นเลือด ซึ่งผู้บริจาคบางรายเส้นเลือดไม่ปรากฏชัดเจน เส้นเลือดมีขนาดเล็ก หรืออยู่ในระดับที่ลึก ต้องอาศัยประสบการณ์และความสามารถของบุคลากรทางการแพทย์ ในบางกรณีอาจต้องใช้เวลาและอาจทำให้ผู้บริจาคเลือดเจ็บปวด ถ้าเรามีเทคโนโลยีเพื่อช่วยในการทำหัตถการนี้ จะเพิ่มความสะดวกรวดเร็ว ลดความเจ็บปวดของผู้บริจาคเลือดได้

ภาพ 1 เครื่องระบุตำแหน่งเส้นเลือดโดยใช้คลื่นแสงในย่านใกล้อินฟราเรด
ที่มา: https://www.accuvein.com/vein-visualization-system/

     เครื่องระบุตำแหน่งเส้นเลือดโดยใช้คลื่นแสงในย่านใกล้อินฟราเรด (Near-infrared Vein Finder) หรือเราอาจเรียกโดยย่อว่าเครื่องระบุตำแหน่งเส้นเลือด (Vein Finder) จะมีส่วนช่วยในการแก้ปัญหานี้ได้ โดยเครื่องมือนี้เป็นเครื่องมือทางการแพทย์ที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการหาหลอดเลือดดำ (Vein) โดยในร่างกายของมนุษย์จะมีระบบไหลเวียนโลหิต (Circulatory System) ซึ่งหลอดเลือด (Blood Vessels) ในร่างกายของมนุษย์แบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ หลอดเลือดแดง (Artery) เป็นหลอดเลือดที่นำเลือดออกจากหัวใจ ส่วนใหญ่นำเลือดไปเลี้ยงอวัยวะต่าง ๆ ทั่วร่างกาย หลอดเลือดดำ (Vein) เป็นหลอดเลือดที่นำเลือดเข้าสู่หัวใจ ส่วนใหญ่จะนำเลือดที่มีคาร์บอนไดออกไซด์จากส่วนต่าง ๆ ของร่างกายกลับเข้าสู่หัวใจเพื่อไปฟอกที่ปอด และหลอดเลือดฝอย (Capillaries) เป็นหลอดเลือดขนาดเล็กแทรกอยู่ในเนื้อเยื่อต่าง ๆ ของร่างกาย สำหรับการบริจาคเลือดเราใช้การเจาะหลอดเลือดดำ (Venipuncture) เนื่องจากเราสามารถระบุตำแหน่งบนผิวหนังได้ง่ายกว่า รวมทั้งมีผนังของหลอดเลือดที่บางกว่าและมีความดันเลือดน้อยกว่าหลอดเลือดแดง ทำให้มีโอกาสบาดเจ็บน้อยกว่า เครื่องระบุตำแหน่งเส้นเลือดไม่ได้มีประโยชน์แค่กับการบริจาคเลือดเท่านั้น แต่ยังใช้กับการเจาะตัวอย่างเลือดและหัตถการ (Medical Procedure) ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการฉีดเข้าหลอดเลือดดำ (Intravenous Therapy) หรือ IV Therapy โดยเครื่องระบุตำแหน่งเส้นเลือดและสร้างภาพแผนที่ของหลอดเลือดดำปรากฏบนจอแสดงผลหรือฉายลงไปที่ผิวหนัง ทำให้สะดวกในการค้นหาตำแหน่งได้สะดวกมากขึ้น

ภาพ 2 คลื่นแสงในย่านใกล้อินฟราเรด
ที่มา: Smith, J., Jones, A., & Doe, P. (2021). The Brewing Industry and the
Opportunities for Real-Time Quality Analysis Using Infrared Spectroscopy.
Journal of Food Science and Technology, 58(3), 987994. doi: 10.1007/s13197-020-04679-8

     เครื่องระบุตำแหน่งเส้นเลือดมีการทำงานโดยใช้หลักการทางฟิสิกส์ ในทางฟิสิกส์คลื่นแสงอินฟราเรดหรืออินฟราเรด (infrared) คือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่มนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มนุษย์มองเห็นได้คือ Visible Light) อินฟราเรดมีความยาวคลื่นมากกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มนุษย์มองเห็นได้ แต่มีความยาวคลื่นน้อยกว่าคลื่นไมโครเวฟและคลื่นวิทยุ โดยนิยามของอินฟราเรดคือมีความยาวคลื่นระหว่าง 800 nm - 2,500 nm มีความถี่ 300 GHz - 430 THz มีพลังงานโฟตอน (Photon Energy) 1.24 meV - 1.7 eV (eV คือ อิเล็กตรอนโวลต์หรือหน่วยการวัดพลังงานอิเล็กตรอนอิสระเดินทางผ่านความต่างศักย์จากสนามไฟฟ้าสถิต 1 โวลต์ในสุญญากาศ) โดยอินฟราเรดยังแบ่งออกเป็นหลายชนิดตามความยาวคลื่นคือ คลื่นแสงในย่านใกล้อินฟราเรด อินฟราเรดความยาวคลื่นสั้น อินฟราเรดความยาวคลื่นกลาง อินฟราเรดความยาวคลื่นยาว และอินฟราเรดไกล โดยเหตุผลที่เราใช้คลื่นแสงในย่านใกล้อินฟราเรดเนื่องจากมันสามารถทะลุผ่านผิวหนังของมนุษย์ เนื้อเยื่อของมนุษย์ และสามารถถูกดูดกลืนโดยฮีโมโกลบิน (Hemoglobin) ซึ่งเป็นโปรตีนในเม็ดเลือดแดงที่มีหน้าที่นำออกซิเจนที่ปอดสู่เนื้อเยื่อในเลือดของมนุษย์ โดยฮีโมโกลบินในหลอดเลือดดำ คลื่นแสงในย่านใกล้อินฟราเรดสามารถทะลุไปยังผิวมนุษย์ได้ดีกว่า Visible Light ทำให้เราสามารถหาหลอดเลือดดำที่อยู่ลึกลงไปในผิวหนังได้สะดวกมากขึ้น อีกทั้งยังเป็นวิธีการแบบที่ไม่ได้รุกล้ำเข้าไปในร่างกาย (Non Invasive) ทำให้ไม่ได้รับบาดเจ็บในระหว่างขั้นตอนการตรวจหาหลอดเลือดดำ

     หลักการทำงานและขั้นตอนของเครื่องระบุตำแหน่งเส้นเลือด 1) นำเครื่องไปใกล้บริเวณที่ต้องการตรวจหาเส้นเลือด เช่น บริเวณแขน เปิดเครื่องฉายลงบนผิวหนังของมนุษย์ 2) คลื่นแสงในย่านใกล้อินฟราเรดส่องลงไปที่ผิวหนัง ทะลุผ่านผิวหนังและถูกดูดกลืนโดยฮีโมโกลบินในหลอดเลือดดำ ซึ่งจะลดการสะท้อนกลับมายังเครื่องตรวจจับ ในขณะที่เนื้อเยื่อโดยรอบหลอดเลือดดำจะมีการสะท้อนคลื่นกลับทั้งหมด 3) เครื่องตรวจจับข้อมูลการสะท้อนของคลื่นแสงในย่านใกล้อินฟราเรดและวิเคราะห์ผลข้อมูล 4) แปลงผลข้อมูลเป็นภาพฉายลงบนผิวหนังของมนุษย์ ทำให้เห็นหลอดเลือดดำชัดเจนแบบตามเวลาจริง (Real Time) และบุคลากรทางการแพทย์สามารถทำหัตถการต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการฉีดเข้าหลอดเลือดดำได้อย่างสะดวก อนึ่ง คลื่นแสงที่เครื่องฉายแสดงผลบนผิวหนังนั้นเป็นคลื่นแสงที่มองเห็นได้ ส่วนคลื่นแสงอินฟราเรดนั้นมนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้

ภาพ 3 ขั้นตอนการทำงานของเครื่องระบุตำแหน่งเส้นเลือดโดยใช้คลื่นแสงในย่านใกล้อินฟราเรด
ที่มา: http://www.veinsight.com/en/how-does-vein-finder-work.html

     ผู้เขียนได้ลองสอบถามบุคลากรทางการแพทย์หลายท่านพบว่า ในประเทศไทยยังไม่ค่อยนิยมใช้เครื่องมือนี้ แต่ก็เป็นเครื่องมือที่น่าสนใจ มีประโยชน์ และมีส่วนช่วยในการทำงานของบุคลากรทางการแพทย์ได้ นับเป็นอีกเทคโนโลยีตัวเลือกหนึ่งที่น่าสนใจ แต่ข้อเสียคือเครื่องมือนี้มีราคาค่อนข้างสูง ราคาต่อเครื่องที่ขายในสหรัฐอเมริกามีราคามากกว่าหนึ่งแสนบาท อย่างไรก็ตาม หลักการของเครื่องนี้เป็นการใช้ความรู้ทางฟิสิกส์เพื่อสร้างประโยชน์และอำนวยความสะดวกแก่มนุษย์ จะพบว่าการเรียนฟิสิกส์ทำให้เราเข้าใจการทำงานของธรรมชาติ เอกภพ และสร้างประโยชน์ได้หลากหลาย ผู้สนใจสามารถดูตัวอย่างสาธิตการทำงานได้จากวีดิทัศน์ https://youtu.be/5T6YsfNFSpI

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของนิตยสาร สสวท. ปีที่ 52 ฉบับที่ 247 มีนาคม – เมษายน 2567

ผู้อ่านสามารถติดตามบทความที่น่าสนใจเพิ่มเติมได้ที่ https://emagazine.ipst.ac.th/247/10/

บรรณานุกรม

Chiao, F. B. and other. (2013). Vein visualization: patient characteristic factors and efficacy of a new infrared vein finder technology. British journal of anaesthesia, 110(6): 966-971.

Global Analytical and Measuring Instruments. Retrieved March 10, 2023, from https://www.shimadzu.com/an/service-support/technical-support/ftir/tips_and_tricks/nir1.html#:~:text=Near%2Dinfrared%20light%20generally%20refers,1.

Near Infrared Measurements-How Do They Work?. Retrieved November 30, 2023, from https://www.kpmanalytics.com/articles-insights/near-infraredmeasurements-how-do-they-work.

ขั้นตอนการทำงานของเครื่องระบุตำแหน่งเส้นเลือดโดยใช้คลื่นแสงในย่านใกล้อินฟราเรด. สืบค้นเมื่อ 30 พฤศจิกายน 2566. จาก http://www.veinsight.com/en/how-does-veinfinder-work.html.

โรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์ สภากาชาดไทย. สืบค้นเมื่อ 30 พฤศจิกายน 2566. จาก https://chulalongkornhospital.go.th/kcmh/%E0%B9%80%E0%B8%84%E0%B8%A3%E0%B8%B7%E0%B9%88%E0%B8%AD%E0%B8%87%E0%B8%AD%E0%B8%B1%E0%B8%A5%E0%B8%95%E0%B8%A3%E0%B8%B2%E0%B8%8B%E0%B8%B2%E0%B8%A7%E0%B8%99%E0%B8%94%E0%B9%8C/.

ระบบไหลเวียนโลหิต. สืบค้นเมื่อ 30 พฤศจิกายน 2566. จาก https://www.health2click.com/2018/05/08/%E0%B8%A3%E0%B8%B0%E0%B8%9A%E0%B8%9A%E0%B9%84%E0%B8%AB%E0%B8%A5%E0%B9%80%E0%B8%A7%E0%B8%B5%E0%B8%A2%E0%B8%99%E0%B9%82%E0%B8%A5%E0%B8%AB%E0%B8%B4%E0%B8%95/.