นวัตกรรม “เครื่องคัดกรองมวลกระดูก” แบบพกพา เครื่องแรกของโลก

รางวัลนวัตกรรมแห่งชาติปี 2565

โรคกระดูกพรุน โรคที่พบบ่อยในผู้สูงอายุที่ต้องเฝ้าระวังเป็นอันดับต้นๆ รองจากโรคสมองและโรคหัวใจ โรคกระดูกพรุนเป็นภัยเงียบที่มองไม่เห็น เพราะหากกระดูกไม่หักส่วนใหญ่มักไม่มีอาการใดๆ การตรวจคัดกรองความหนาแน่นของมวลกระดูกเป็นประจำจึงจำเป็นในการป้องกันโรคกระดูกพรุน แต่ปัจจุบันเครื่องวัดความหนาแน่นของมวลกระดูกเป็นเครื่องเอกซเรย์ที่มีขนาดใหญ่มีเฉพาะในโรงพยาบาลขนาดใหญ่หรือโรงพยาบาลหัวเมืองเท่านั้น ทำให้ผู้ป่วยที่อยู่ห่างไกลขาดโอกาสในการเข้าถึง จึงเป็นที่มาของ “การพัฒนาเครื่องคัดกรองโรคกระดูกพรุน ด้วยการวัดความหนาแน่นของมวลกระดูกแบบพกพาด้วยการเรียนรู้ผ่านปัญญาประดิษฐ์ (AI)” โดยความร่วมระหว่างภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) และมหาวิทยาลัยคานาซาวา (Kanazawa University) ประเทศญี่ปุ่น ซึ่งเป็น “นวัตกรรมเครื่องแรกของโลก”

การวัดความหนาแน่นของมวลกระดูก

รศ.ดร.อนรรฆ ขันธะชวนะ อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มจธ. และหัวหน้าห้องปฏิบัติการวัสดุฉลาด (SMART LAB) เปิดเผยว่า หนึ่งในสาเหตุของกระดูกหักนั้นเกิดจากภาวะกระดูกพรุน หรือกระดูกโปร่งบาง และส่วนใหญ่จะทราบว่ามีภาวะกระดูกโปร่งบางก็ต่อเมื่อประสบอุบัติเหตุจนกระดูกหักและต้องเข้ารับการรักษา

การแสดงผล

“การตรวจวัดมวลกระดูก จึงจะทราบว่าแต่ละคนเสี่ยงต่อการมีภาวะกระดูกโปร่งบางหรือไม่ เพื่อการป้องกันและรักษา แต่ปัญหาคือ เครื่องวัดมวลกระดูกเป็นเครื่องที่ใช้รังสีเอกซ์ มีขนาดใหญ่ ราคาแพง จะมีอยู่เฉพาะในโรงพยาบาลขนาดใหญ่ ทำให้ผู้สูงอายุและกลุ่มเสี่ยงที่มีฐานะยากจน หรืออยู่ในพื้นที่ห่างไกล จะไม่สามารถเข้าถึงบริการเหล่านี้ได้” รศ.ดร.อนรรฆ กล่าว

เครื่องคัดกรองโรคกระดูกพรุน ด้วยการวัดความหนาแน่นของมวลกระดูกแบบพกพา

รศ.ดร.อนรรฆ กล่าวว่า จุดเริ่มต้นของงานวิจัยเริ่มจากการศึกษาเรื่องแสง พบว่า แสง LED ที่มีความยาวคลื่นเฉพาะทางและมีลักษณะพิเศษที่สามารถแทรกซึมเข้าสู่กระดูกของมนุษย์ได้ เป็นคลื่นที่มีความยาวไม่มากนักและเป็นแสงที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า เมื่อฉายหรือยิงแสงเข้าไปในกระดูกก็จะมีส่วนหนึ่งสะท้อนออกมาตามหลักแสงทางฟิสิกส์ ทำให้เราสามารถนำค่าที่ได้ไปเทียบกับเครื่องมาตรฐาน และทราบระดับความหนาแน่นของมวลกระดูกหรือปริมาณแคลเซียมสูงหรือต่ำได้ เนื่องจากการดูดซับแสงหรือดูจากการสะท้อนของแสงที่ยิงผ่านกระดูกที่มีความหนาแน่นไม่เท่ากันจะมีความแตกต่างกัน จากนั้นก็ทำการออกแบบการเปลี่ยนแปลงของระยะทางการยิงของแสง และศึกษาเรื่องการดูดซับของแสง หรือค่าของการสะท้อนของแสงในขณะที่ระยะการยิงแสงนั้นเปลี่ยนไป จนสามารถหาความสัมพันธ์ของข้อมูลที่ได้เปรียบเทียบกับค่ามาตรฐาน จนเกิดเป็นทฤษฎีใหม่ที่เราได้เก็บข้อมูลไว้

“โดยงานวิจัยนี้ได้รับความอนุเคราะห์จากโรงพยาบาลจุฬาภรณ์ ในการจัดเก็บข้อมูลผู้ป่วยโรคกระดูกพรุนจำนวนกว่า 300 คน นำมาเปรียบเทียบกับค่ามาตรฐาน เป็นข้อมูลทั้งที่ได้จากการวัดจริง และข้อมูลที่วัดจากเครื่องที่พัฒนาขึ้น พบว่า สามารถคัดครองความหนาแน่นของกระดูกเบื้องต้นได้อย่างแม่นยำถึงร้อยละ 71 ตามหลักเกณฑ์ของเครื่องมือแพทย์ นับว่า “เครื่องคัดกรองโรคกระดูกพรุน ด้วยการวัดความหนาแน่นของมวลกระดูกแบบพกพาด้วยการเรียนรู้ผ่านปัญญาประดิษฐ์ (AI)” ที่พัฒนาขึ้นนี้ เป็น “เครื่องตรวจคัดกรองเครื่องแรกของโลก” ยังไม่เคยมีที่ใดทำมาก่อน มีระดับความน่าเชื่อถือที่ยอมรับได้สำหรับการคัดกรองเบื้องต้น โดยไม่ต้องอาศัยเครื่องเอกซเรย์ขนาดใหญ่ที่ใช้กันอยู่ แต่มีราคาถูกกว่า น้ำหนักเบา เคลื่อนที่สะดวก ง่ายต่อการใช้งาน ทุกคนสามารถใช้ได้ไม่อันตราย ระบบแสงพลังงานต่ำที่ปลอดภัย และไม่ต้องมีนักรังสีเทคนิค”

สำหรับวิธีการใช้งานของเครื่องเป็นการแสดงผลออกมาเป็นแถบสี โดยนำเข้าข้อมูลผู้รับการรักษา คือ อายุ เพศ น้ำหนัก และส่วนสูง จากนั้นฉายแสงเข้าบริเวณข้อแขน ใช้เวลาเพียง 1 นาที ก็จะได้ผลตรวจออกมาแบ่งเป็น 3 ระดับ ได้แก่ แถบสีเขียว หมายถึง มวลกระดูกอยู่ในภาวะปกติ, แถบสีเหลือง หมายถึง กระดูกบาง มีความเสี่ยงต้องระวัง และ แถบสีแดง หมายถึง มวลกระดูกมีความหนาแน่นในระดับที่เสี่ยงต่อภาวะกระดูกพรุน

มีการแสดงผลที่ชัดเจน

แต่ทั้งนี้เนื่องจากเครื่องที่พัฒนาขึ้นยังอยู่ในระดับงานวิจัย โดยปัจจุบันทำการผลิตเครื่องต้นแบบ 5 เครื่อง หากผลิตจำนวนมากต้นทุนจะถูกลง คาดว่าจะมีราคาเครื่องละ 7-8 หมื่นบาท ปัจจุบันอยู่ระหว่างการพัฒนาต่อยอดให้มีระบบการใช้งานที่ง่าย สามารถให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ต่อผู้มาใช้งาน หรือส่งต่อข้อมูลได้ ล่าสุด เครื่องคัดกรองโรคกระดูกพรุน ด้วยการวัดความหนาแน่นของมวลกระดูกแบบพกพาด้วยการเรียนรู้ผ่านปัญญาประดิษฐ์ (AI) นี้ ได้รับรางวัลนวัตกรรมแห่งชาติประจำปี 2565 ด้านสังคมและสิ่งแวดล้อม รางวัลรองชนะเลิศอันดับ 1 ประเภทหน่วยงานภาครัฐ นอกจากนี้ ยังได้รับรางวัลเหรียญทอง เวที International Trade Fair Ideas Innovation New Products (iENA) สหพันธ์สาธารณรัฐเยอรมนี และได้รับความสนใจอย่างมากในหลายประเทศ