Please use this identifier to cite or link to this item:
https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/70073
| Title: | การพัฒนาต้นแบบเครื่องติดตามอัตราการหายใจแบบพกพา |
| Other Titles: | Prototype development of portable respiratory rate monitoring device |
| Authors: | ไตรสิทธิ์ เบญจบุณยสิทธิ์ |
| Advisors: | ขวัญรัฐ ส่วนพงษ์ ทายาท ดีสุดจิต มานะ ศรียุทธศักดิ์ |
| Other author: | จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. บัณฑิตวิทยาลัย |
| Advisor's Email: | Kwanrat.S@chula.ac.th Tayard.D@Chula.ac.th Mana.S@Chula.ac.th |
| Subjects: | การหายใจ Respiration |
| Issue Date: | 2562 |
| Publisher: | จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย |
| Abstract: | อัตราการหายใจเป็นสัญญาณชีพที่มีความสำคัญ จากการศึกษาพบว่าโรคหยุดหายใจขณะหลับจากการอุดกั้นของทางเดินหายใจเป็นปัญหาสำคัญอย่างหนึ่ง 11.4 % ของประชากรวัยผู้ใหญ่ในประเทศไทยหรือประมาณ 5.7 ล้านคนมีโอกาสเป็นโรคนี้ โดยในจำนวนนี้จะมีผู้ที่ยังไม่ได้รับการตรวจวินิจฉัยอยู่ 80 % หรือ ประมาณ 4.5 ล้านคนในแต่ละปี เนื่องมาจากการตรวจการนอนหลับตามสถานพยาบาลทำได้จำกัดและมีค่าใช้จ่ายสูง จากการสำรวจตลาดพบว่าตลาดมีความต้องการเครื่องติดตามอัตราการหายใจแบบพกพาที่ใช้งานสะดวกและมีราคาถูกเพื่อใช้ในตรวจการนอนหลับด้วยตนเองที่บ้านเป็นการคัดกรองก่อนเข้ารับการตรวจการนอนหลับในสถานพยาบาล จากการทบทวนวรรณกรรมพบว่าเทคโนโลยีการติดตามอัตราการหายใจมีหลายประเภท แต่ละประเภทมีปัญหาแตกต่างกันไป เช่น Impedance Pneumography ที่ใช้หลักการวัดค่าอิมพีแดนซ์ที่เปลี่ยนไปของทรวงอกอันเนื่องจากการหายใจเข้าออกจะมีปัญหาสัญญาณรบกวนและความคลาดเคลื่อนเนื่องจากการเคลื่อนไหวของร่างกายอยู่สูง หรือ ETCO2 CapnoMeter ที่ใช้หลักการวัดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในลมหายใจออกเป็นเครื่องติดตามอัตราการหายใจที่มีความแม่นยำสูง แต่มีราคาแพงและมีใช้เฉพาะในโรงพยาบาล ผู้วิจัยเล็งเห็นว่าตลาดยังมีช่องว่างสำหรับเครื่องติดตามอัตราการหายใจแบบพกพาที่ใช้งานง่าย มีราคาถูกและมีความถูกต้องเพื่อใช้เป็นเครื่องทดสอบการนอนหลับที่บ้าน จึงได้เสนอเป็นหัวข้อวิทยานิพนธ์ขึ้นมา ผู้วิจัยได้พัฒนาโมเดลการสร้างสรรค์ความคิดในกระบวนการพัฒนาเครื่องมือแพทย์เพื่อการตรวจวินิฉัยโดยใช้เครื่องมือของ TRIZ เชื่อมโยงเข้ากับระบบสรีรวิทยา ทำให้ได้แนวคิดการพัฒนาเครื่องติดตามอัตราการหายใจแบบพกพาที่ใช้หลักการของท่อสั่นพ้องนำเสียงหายใจจากปลายจมูกไปยังไมโครโฟนซึ่งสอดยึดอยู่ที่ปลายท่ออีกด้านหนึ่ง เสียงหายใจจะเกิดการสั่นพ้องขึ้นภายในท่อ ทำให้สัญญาณตกเพียง 28.8 dB แม้เสียงจะเคลื่อนที่ไปตามท่อเป็นระยะทางไกลถึง 250 ซม. เปรียบเทียบกับการใช้ไมโครโฟนอย่างเดียวโดยไม่มีท่อสั่นพ้อง สัญญาณจะตกมากถึง 52 dB ในระยะทางแค่ 15 ซม.จากปลายจมูก สัญญาณเสียงหายใจจะถูกแปลงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าและใช้อัลกอริทึมที่พัฒนาขึ้นมาจากหลักการของ TRIZ แก้ปัญหาความขัดแย้งในการกำหนดค่าแรงดันอ้างอิงของวงจรเปรียบเทียบสัญญาณที่ต้องการแรงดันอ้างอิงค่าต่ำในช่วงหายใจออกและต้องการแรงดันอ้างอิงค่าสูงในช่วงหายใจเข้า ทำให้สัญญาณรบกวนและความคลาดเคลื่อนจากการเคลื่อนไหวถูกกำจัดออกไปได้โดยไม่ต้องมีระบบกรองสัญญาณที่สลับซับซ้อน จากการทดสอบเครื่องติดตามอัตราการหายใจแบบพกพาที่พัฒนาขึ้น (BrRate Monitor) เทียบกับเครื่องติดตามอัตราการหายใจชนิดวัดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในลมหายใจออก (CapnoMeter) ซึ่งเป็นอุปกรณ์มาตรฐานที่ใช้ตามโรงพยาบาล พบว่า BrRate Monitor มีการตอบสนองต่อความเปลี่ยนแปลงได้ไวกว่าและมีความแม่นยำสามารถวัดได้ถูกต้องเทียบเท่า CapnoMeter โดยมีช่วงอัตราการหายใจที่กว้าง 0-98 ครั้งต่อนาที หลังจากนั้น ได้เพิ่มบอร์ด WIFI เข้าไปในวงจรเพื่อส่งสัญญาณเสียงหายใจขึ้นสู่ฐานข้อมูลเรียลไทม์บนคลาวด์ และได้พัฒนาแอปพลิเคชันบนมือถือเพื่อดึงสัญญาณจากคลาวด์มาวิเคราะห์และแสดงผลบนโทรศัพท์มือถือของผู้ใช้งานและผู้ดูแลที่อยู่ห่างไกล แอปพลิเคชันบนมือถือนอกจากจะวัด และติดตามอัตราการหายใจได้แล้ว ยังสามารถแจ้งเตือนเมื่อหายใจช้าหรือเร็วเกินไป หรือหยุดหายใจนานเกินกว่า 10 วินาที จากการสัมภาษณ์กลุ่มผู้ใช้เป้าหมายจำนวน 27 คน และการออกแบบสอบถามทดสอบการยอมรับของตลาด ตลอดจนการประเมินเทคโนโลยีและประเมินตลาดพบว่ามีความเป็นไปได้สูงในการนำเครื่องติดตามอัตราการหายใจแบบพกพาที่พัฒนาขึ้นนี้ไปใช้ประโยชน์เป็นอุปกรณ์ตรวจการนอนหลับที่บ้าน |
| Other Abstract: | Respiratory rate is an important vital sign. Obstructive sleep apnea (OSA) is highly prevalent in the population. 11.4 % or 5.7 million people of Thai adults have the risk of OSA of which 80 % or 4.5 million people are undiagnosed each year. This is due to limited sleep test facility in hospitals and expensive cost. Market research shows that there is a high demand of simple and low-cost portable respiratory rate monitoring device to be used as OSA screening device at home prior to having sleep test at the hospital. Literature review shows that there are many kinds of respiratory rate monitoring devices with different problems. Impedance Pneumography which measures the impedance around the chest or abdomen to calculate respiratory rate is problematic for noises and error from body movement. ETCO2 CapnoMeter which detects carbon-dioxide density in exhaled airflow is highly reliable but too expensive. Therefore it is mostly used in hospitals. The author considers it neccessary to develop an easy-to-use low-cost and reliable portable respiratory rate monitoring device to be used as a home sleep apnea testing tool. The author has developed an innovative model of idea generation for medical devices development process by connecting TRIZ tools to physiology system from which the concept of portable respiratory rate monitoring device using resonance tube is ideated. A small microphone is inserted at the other end of the tube to catch breath sound from nostril and/or mouth. Experiment shows that the breath sound travels inside the resonance tube as far as 250 cm with only 28.8 dB drop in sound pressure while a microphone without resonance tube will drop significantly 52 dB at the distance of 15 cm from the nostril.and become inaudible after that. The breath sound is transformed to electrical signal using electronic circuit and is processed to get respiratory rate with unique algorithm using TRIZ to solve the problem of contradictory requirement of high and low value of reference voltage in the comparator circuit which resolves errors from noises and artefact with no need for complicated filtering system. The developed device (BrRate Monitor) is tested against CapnoMeter which is the gold standard used in hospitals. Results show that BrRate Monitor has a faster response time than CapnoMeter and is as accurate as CapnoMeter with the wide range of 0-98 BrPM. Furthermore, it is enhanced with WIFI module to send breath sound data to real-time database on the cloud server and mobile application is developed to fetch data from the cloud to be analyzed and displayed on remote mobile devices via internet. Mobile application is also featured with notification for too slow or too fast breathing or apnea for more than 10 second. 27 target customers are invited purposively for interview and market acceptance questionnaire based on Technology Acceptance Model (TAM) is collected via google form. Technology assessment and market assessment are also conducted. The results show high potentials for the developed device to be launched into the market as a home sleep apnea screening tool. |
| Description: | วิทยานิพนธ์ (วท.ด.)--จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2562 |
| Degree Name: | วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต |
| Degree Level: | ปริญญาเอก |
| Degree Discipline: | ธุรกิจเทคโนโลยีและการจัดการนวัตกรรม |
| URI: | http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/70073 |
| URI: | http://doi.org/10.58837/CHULA.THE.2019.834 |
| metadata.dc.identifier.DOI: | 10.58837/CHULA.THE.2019.834 |
| Type: | Thesis |
| Appears in Collections: | Grad - Theses |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| 5887774620.pdf | 18.73 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.