ไฟเขียวใต้ข้อมืออ่านชีพจรได้อย่างไร โดยไม่ต้องเจาะเลือดแม้แต่หยดเดียว

แสงกะพริบเล็ก ๆ ที่กำลังเฝ้าฟังหัวใจ

ลองพลิกสมาร์ทวอทช์ขึ้นมาระหว่างที่ระบบกำลังวัดชีพจร จะเห็นแสงสีเขียวกะพริบถี่อยู่ใต้ตัวเรือน หลายคนอาจคิดว่าแสงนี้ส่องหาเส้นเลือดหรืออ่านสีของเลือดโดยตรง ความจริงแล้วนาฬิกากำลังเฝ้าดูการเปลี่ยนแปลงของแสงสะท้อน ซึ่งเกิดขึ้นตามจังหวะที่เลือดไหลผ่านหลอดเลือดขนาดเล็กบริเวณข้อมือ

หลักการนี้เรียกว่าโฟโตเพลทิสโมกราฟี หรือพีพีจี เป็นวิธีตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรเลือดด้วยแสงโดยไม่ต้องเจาะผิวหนัง ใต้หน้าปัดมีทั้งหลอดแอลอีดีสำหรับปล่อยแสงและโฟโตไดโอดที่ทำหน้าที่รับแสงสะท้อนกลับ อุปกรณ์ไม่ได้มองเห็นเม็ดเลือดแดงเป็นเม็ด ๆ แต่รับรู้ว่าช่วงใดแสงถูกดูดซับมากหรือถูกสะท้อนกลับมามาก

ทำไมต้องเป็นแสงสีเขียว

ฮีโมโกลบินในเลือดดูดซับแสงสีเขียวได้ดี ขณะเดียวกันแสงสีเขียวยังเดินทางผ่านผิวหนังลงไปถึงบริเวณหลอดเลือดฝอยได้เหมาะกับการตรวจชีพจรที่ข้อมือ เมื่อหัวใจบีบตัว เลือดจะถูกส่งมายังแขนเพิ่มขึ้นชั่วขณะ ปริมาตรเลือดใต้เซนเซอร์จึงมากขึ้น ฮีโมโกลบินดูดซับแสงมากขึ้น และแสงที่สะท้อนกลับไปถึงตัวรับจะลดลง

พอหัวใจคลายตัว ปริมาตรเลือดในบริเวณนั้นลดลง การดูดซับแสงก็ลดตาม ตัวรับจึงเห็นแสงสะท้อนกลับมากขึ้น การสลับขึ้นลงนี้เกิดซ้ำตามรอบชีพจร กลายเป็นคลื่นสัญญาณที่มียอดและร่องต่อเนื่อง นาฬิกานับช่วงห่างระหว่างยอดคลื่นแล้วคำนวณออกมาเป็นจำนวนครั้งต่อนาที

หัวใจบีบตัว → เลือดเพิ่ม → แสงสะท้อนลด
หัวใจคลายตัว → เลือดลด → แสงสะท้อนเพิ่ม

คำว่า “รหัสเลือด” จึงเป็นภาพเปรียบเทียบที่น่าสนใจ แต่เซนเซอร์ไม่ได้อ่านกรุ๊ปเลือด ไม่ได้ตรวจชนิดเม็ดเลือด และไม่ได้วัดแรงดันเลือดโดยตรง สิ่งที่มันรับเข้ามาคือสัญญาณแอนะล็อกจากความเข้มของแสง จากนั้นวงจรจะแปลงสัญญาณเป็นข้อมูลดิจิทัลเพื่อให้หน่วยประมวลผลวิเคราะห์ต่อ ตัวเลขชีพจรบนหน้าจอคือผลคำนวณจากรูปทรงและจังหวะของคลื่น ไม่ใช่ภาพเลือดที่ถูกแปลงเป็นเลขฐานสองแบบตรงตัว

เหตุใดไฟต้องกะพริบถี่มาก

การยิงแสงหลายครั้งต่อวินาทีช่วยให้นาฬิกาเก็บรายละเอียดของคลื่นชีพจรได้ต่อเนื่อง ระบบยังปรับความสว่างและอัตราการกะพริบตามสภาพการใช้งาน ขณะนั่งนิ่งอาจใช้พลังงานไม่มาก แต่ตอนวิ่งหรือออกกำลังกาย ข้อมือขยับแรงและเลือดไหลเร็วขึ้น อุปกรณ์ต้องเก็บข้อมูลถี่ขึ้นเพื่อแยกจังหวะหัวใจออกจากแรงสั่นสะเทือน

ข้อมูลดิบที่เซนเซอร์เห็นไม่ได้สวยเรียบเหมือนกราฟในโฆษณา ทุกครั้งที่ขยับแขน สายรัดเลื่อน เหงื่อออก หรือแสงภายนอกรั่วเข้าไป สัญญาณจะมีคลื่นรบกวน เซนเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหวจึงเข้ามาช่วยบอกว่าแรงสั่นส่วนใดน่าจะเกิดจากร่างกายขยับ ส่วนอัลกอริทึมจะกรองสัญญาณที่ไม่น่าใช่ชีพจรออก ก่อนเลือกจังหวะที่สม่ำเสมอที่สุดมาคำนวณ

ทำไมบางครั้งนาฬิกาวัดไม่ได้หรือแสดงค่ากระโดด

• สายรัดหลวมจนตัวรับแสงแนบผิวไม่สม่ำเสมอ

• อากาศเย็นทำให้หลอดเลือดบริเวณผิวหนังหดตัว เลือดไหลผ่านข้อมือน้อยลง

• การออกกำลังกายที่สะบัดแขนเร็วทำให้สัญญาณการเคลื่อนไหวทับกับจังหวะชีพจร

• รอยสักสีเข้มหรือหมึกที่หนาแน่นอาจดูดซับและกีดขวางแสงจากเซนเซอร์

• เหงื่อ น้ำ หรือสิ่งสกปรกใต้ตัวเรือนทำให้แสงกระจายผิดทาง

วิธีช่วยให้ค่าคงที่ขึ้นคือรัดนาฬิกาให้กระชับแต่ไม่แน่นจนเจ็บ วางตัวเรือนเหนือกระดูกข้อมือเล็กน้อย เช็ดด้านหลังให้สะอาด และหยุดนิ่งชั่วครู่เมื่อต้องการวัดแบบเฉพาะครั้ง หากมือเย็นมาก การขยับร่างกายเบา ๆ เพื่อกระตุ้นการไหลเวียนอาจช่วยให้ระบบจับสัญญาณง่ายขึ้น

แสงแต่ละสีไม่ได้ทำหน้าที่เหมือนกันทั้งหมด แสงสีเขียวเหมาะกับการติดตามชีพจรบริเวณผิวหนัง ขณะที่ระบบวัดความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือดมักใช้แสงสีแดงร่วมกับอินฟราเรด เพราะเลือดที่จับออกซิเจนกับเลือดที่มีออกซิเจนน้อยดูดซับแสงสองช่วงนี้ต่างกัน สมาร์ทวอทช์บางรุ่นจึงมีหลอดไฟหลายสีซ่อนอยู่ในชุดเซนเซอร์เดียวกัน

คลื่นพีพีจียังบอกข้อมูลได้มากกว่าจำนวนครั้งที่หัวใจเต้น เช่น ความแปรปรวนของช่วงชีพจร การตอบสนองระหว่างพักกับออกกำลังกาย หรือความผิดปกติบางรูปแบบที่ควรตรวจซ้ำ แต่ข้อมูลจากข้อมือยังได้รับผลจากท่าทาง ผิวหนัง อุณหภูมิ และการเคลื่อนไหว จึงเหมาะกับการเฝ้าดูแนวโน้มมากกว่าการใช้แทนเครื่องมือแพทย์ทุกกรณี

ทุกครั้งที่ไฟเขียวกะพริบ นาฬิกาไม่ได้มองหัวใจ
แต่มองเงาของเลือดที่หัวใจผลักผ่านข้อมือ

สิ่งที่ดูเหมือนไฟเล็ก ๆ ใต้หน้าปัดจึงเป็นห้องทดลองทางแสงขนาดจิ๋ว มันปล่อยโฟตอน รับแสงสะท้อน กรองการสั่น แยกยอดคลื่น แล้วสรุปการทำงานของระบบไหลเวียนออกมาเป็นตัวเลขภายในไม่กี่วินาที เทคโนโลยีนี้ไม่ได้อ่านร่างกายได้สมบูรณ์แบบ แต่ทำให้การติดตามชีพจรซึ่งเคยต้องจับข้อมือหรือต่อเครื่องมือ กลายเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นเงียบ ๆ ตลอดวันบนข้อมือของเรา