สีผิวส่งผลต่อประสิทธิภาพของการรักษาด้วยแสงสำหรับภาวะตัวเหลืองในทารกแรกเกิด

การศึกษาเชิงทฤษฎีที่ตีพิมพ์ในวารสารBiophotonics Discoveryแสดงให้เห็นว่าสีผิวและคุณสมบัติทางแสงอื่นๆ ของผิวหนังเปลี่ยนแปลงปริมาณแสงบำบัดที่บิลิรูบินดูดซับจริงในการรักษาภาวะตัวเหลืองในทารกแรกเกิดอย่างมีนัยสำคัญ จากการคำนวณของผู้เขียน เมื่อเม็ดสีผิวเพิ่มขึ้น สัดส่วนของแสงที่ไปถึงเป้าหมายจะลดลง และความยาวคลื่นที่เหมาะสมสำหรับการรักษาด้วยแสงจะเปลี่ยนไป จากประมาณ 460 นาโนเมตรสำหรับผิวสีอ่อน เป็นประมาณ 470 นาโนเมตรสำหรับผิวสีคล้ำ ข้อสรุปนี้ค่อนข้างง่ายและไม่สะดวกนัก นั่นคือ หลอดไฟแบบ "สากล" และโหมดการฉายรังสีแบบเดียวกันอาจให้ผลไม่เท่ากันในเด็กที่มีโฟโตไทป์ต่างกัน ควรปรับสเปกตรัมและกำลังของการบำบัดให้เหมาะสมกับเด็กแต่ละคน

ความเป็นมาของการศึกษา

อาการตัวเหลืองในทารกแรกเกิดเป็นหนึ่งในสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดที่ทำให้ทารกแรกเกิดต้องเข้ารับการรักษาในโรงพยาบาล การรักษามาตรฐานคือการฉายแสงสีน้ำเงิน/น้ำเงิน-เขียว ซึ่งจะเปลี่ยนบิลิรูบินที่ไม่ถูกจับคู่กับสารบิลิรูบินให้เป็นโฟโตไอโซเมอร์ที่ละลายน้ำได้ (รวมถึงลูมิรูบิน) และด้วยเหตุนี้จึงเร่งการกำจัดบิลิรูบิน ดังนั้น แนวทางปฏิบัติทางคลินิกจึงเน้นย้ำถึงช่วงความยาวคลื่นที่แคบ (ประมาณ 460-490 นาโนเมตร) และความเข้มข้นของการฉายรังสีที่เพียงพอ ซึ่งในช่วงสเปกตรัมนี้เองที่การดูดซึมบิลิรูบินสูงสุด และแสงสามารถทะลุผ่านเนื้อเยื่อของทารกได้ลึกเพียงพอ

อย่างไรก็ตาม พลังงานที่ปล่อยออกมาจากหลอดไฟไม่ได้ไปถึง "เป้าหมาย" ทั้งหมด (บิลิรูบินในผิวหนังและหลอดเลือดผิวเผิน) แสงบางส่วนจะถูกดูดซับโดยเมลานินและฮีโมโกลบิน และการกระเจิงในผิวหนังหลายชั้นจะ "ทำให้การไหลเวียนของแสงเกิดการเบลอ" เมื่อคุณสมบัติทางแสงเหล่านี้เปลี่ยนแปลง ความยาวคลื่นที่มีประสิทธิภาพก็จะเปลี่ยนแปลงไปด้วย งานวิจัยหลายชิ้นได้ชี้ให้เห็นแล้วว่าแสงสีน้ำเงินอมเขียวที่มีความยาวคลื่นประมาณ 478-480 นาโนเมตร สามารถให้ผลการบำบัดด้วยแสงได้ดีกว่าแสงสีน้ำเงิน "แบบคลาสสิก" ที่มีความยาวคลื่นประมาณ 460 นาโนเมตร ซึ่งสัมพันธ์กับความสมดุลที่ดีกว่าของ "การดูดซึมบิลิรูบิน ↔ ความลึกในการซึมผ่าน"

ประเด็นอีกประเด็นหนึ่งคือการวัดบิลิรูบินด้วยอุปกรณ์ที่ไม่รุกราน (TcB) ซึ่งความแม่นยำขึ้นอยู่กับสีผิวอย่างมีนัยสำคัญ ในการศึกษาหลายชิ้น พบว่าทั้งการประเมินค่าบิลิรูบินต่ำเกินไปและสูงเกินไปเมื่อเทียบกับบิลิรูบินในซีรัม (TSB) พบในเด็กที่มีผิวคล้ำ การวิเคราะห์แบบควบคุมและแบบจำลองในหลอดทดลองเมื่อเร็วๆ นี้มักชี้ให้เห็นว่าผิวคล้ำมักนำไปสู่อคติในการวัดอย่างเป็นระบบ ดังนั้นค่า TcB ที่สูงหรือ "อยู่ในเกณฑ์ปกติ" จึงจำเป็นต้องได้รับการยืนยันจาก TSB

ด้วยเหตุนี้ การศึกษาที่อธิบายเชิงปริมาณว่าเม็ดสีผิวและคุณสมบัติอื่นๆ ของผิวส่งผลต่อปริมาณรังสีที่ “มีประโยชน์” ที่ดูดซับระหว่างการรักษาด้วยแสงและการเลือกความยาวคลื่นที่เหมาะสมที่สุดจึงมีความเกี่ยวข้อง การศึกษาใหม่ในวารสารBiophotonics Discoveryได้แก้ปัญหานี้โดยการสร้างแบบจำลองการถ่ายโอนแสงในผิวหนังของทารกแรกเกิด และแสดงให้เห็นว่าเมื่อเม็ดสีผิวเพิ่มขึ้น สัดส่วนของพลังงานที่เข้าถึงบิลิรูบินจะลดลง และสเปกตรัมที่เหมาะสมที่สุดจะเปลี่ยนไปเป็นคลื่นที่ยาวขึ้น (จากประมาณ 460 นาโนเมตร เป็นประมาณ 470 นาโนเมตร) ผลการวิจัยเหล่านี้สอดคล้องกับการสนทนาในวงกว้างเกี่ยวกับความจำเป็นในการนำสีผิวมาพิจารณาในเทคโนโลยีทางการแพทย์ด้านแสง ตั้งแต่การรักษาด้วยแสงไปจนถึงการวัดความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือด

มีการศึกษาวิจัยอย่างไร

ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยทเวนเต โรงพยาบาลอิซาลา และมหาวิทยาลัยโกรนิงเกน ได้สร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่แสดงให้เห็นว่าแสงผ่านผิวหนังหลายชั้นของทารกแรกเกิดได้อย่างไร และคำนวณว่าปริมาณบิลิรูบินที่ดูดซึมเข้าไป "มีประโยชน์" เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรภายใต้สภาวะต่างๆ ผลการทดลองพบว่า:

• เม็ดสี (เมลานิน) เป็นปัจจัยหลักที่ “สกัดกั้น” แสงสีฟ้าในชั้นหนังกำพร้า
• ปริมาณฮีโมโกลบินและบิลิรูบินเป็นสารดูดซับที่แข่งขันกันซึ่งส่งผลต่อความลึกของการแทรกซึม
• การกระเจิงและความหนาของชั้นผิวหนังเป็นพารามิเตอร์ที่กำหนดตำแหน่งที่ฟลักซ์แสงจะถูก "ฉาย"
  แบบจำลองได้ดำเนินการในช่วงแสงสีน้ำเงินทั้งหมดของการรักษาด้วยแสง (ประมาณ 430-500 นาโนเมตร) โดยประเมินว่าบิลิรูบินดูดซับพลังงานสูงสุดที่ความยาวคลื่นใด ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของผิวหนัง ผลลัพธ์ที่ได้สอดคล้องอย่างใกล้ชิดกับสิ่งที่สังเกตเห็นในคลินิก "ในทางปฏิบัติ" มานานแล้ว แต่ไม่ค่อยมีการพิจารณาอย่างเป็นทางการ นั่นคือ ผิวคล้ำต้องการการตั้งค่าสเปกตรัมที่แตกต่างกัน

ผลการค้นพบที่สำคัญ - ในแง่ที่เรียบง่าย

ผู้เขียนแสดงให้เห็นผลกระทบสำคัญสามประการ ประการแรก ยิ่งผิวเข้มขึ้น แสงที่ "มีประโยชน์" ก็ยิ่งเข้าถึงบิลิรูบินได้น้อยลง ซึ่งหมายความว่าการรักษาด้วยแสงจะช้าลงเมื่อใช้กำลังแสงเท่าเดิม ประการที่สอง ประสิทธิภาพสูงสุดเปลี่ยนแปลงไป สำหรับผิวสีอ่อน ปริมาณบิลิรูบินที่ดูดซึมได้สูงสุดอยู่ที่ประมาณ 460 นาโนเมตร สำหรับผิวสีเข้มจะอยู่ที่ประมาณ 470 นาโนเมตร ประการที่สาม ไม่เพียงแต่เมลานินเท่านั้นที่ "มีบทบาท" ในผลลัพธ์ แต่ยังรวมถึงฮีโมโกลบิน/บิลิรูบินในผิวหนังและการกระเจิงแสง ซึ่งเป็นปุ่มปรับเพิ่มเติมหากอุปกรณ์สามารถสลับสเปกตรัมและปริมาณแสงได้ ทั้งหมดนี้อธิบายได้ว่าทำไมหลอดไฟเดียวกันและ "โปรโตคอลรายชั่วโมง" จึงให้อัตราการลดลงของ TcB/TSB ที่แตกต่างกันในเด็กที่มีโฟโตไทป์ต่างกัน

การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นในทางปฏิบัติอย่างไร – แนวคิดสำหรับ “การบำบัดด้วยแสงแบบเฉพาะบุคคล”

สำหรับคลินิกและผู้ผลิต ผลลัพธ์จะนำไปสู่ขั้นตอนที่เฉพาะเจาะจงอย่างมีเหตุผล:

• การปรับสเปกตรัม: ใช้แหล่งกำเนิดที่มีความยาวคลื่นที่สลับได้ (เช่น การรวมกันของ LED สีน้ำเงิน 455-475 นาโนเมตร) และเลือกจุดสูงสุดในการทำงานโดยคำนึงถึงโฟโตไทป์
• การวัดปริมาณรังสี "บนผิวหนัง" ไม่ใช่ "ที่โคมไฟ": เน้นที่ปริมาณรังสีบิลิรูบินที่ดูดซับ และไม่ใช่เฉพาะการฉายรังสีบนที่นอนเท่านั้น ควรใช้เซ็นเซอร์/โมเดลในตัวที่คำนึงถึงเม็ดสีด้วย
• เมื่อพิจารณาปัจจัยทางแสงที่เกี่ยวข้อง เช่น ฮีโมโกลบิน บิลิรูบินในผิวหนัง และการกระเจิง จะทำให้ประสิทธิภาพเปลี่ยนแปลงไปด้วย อัลกอริธึมสำหรับการปรับกำลังโดยใช้ข้อเสนอแนะ (โดยไดนามิก TcB/TSB) มีประโยชน์
• การตีความที่ถูกต้องของ TcB ในผิวสีเข้ม: อุปกรณ์ประเมิน TcB ต่ำเกินไปอย่างเป็นระบบในผิวที่มีเม็ดสีสูง - ควรยืนยันด้วยบิลิรูบินในซีรั่มบ่อยขึ้นและอัปเดตการสอบเทียบ

ทำไมสิ่งนี้จึงไม่ใช่เรื่องน่าประหลาดใจสำหรับ Biophotonics

เวชศาสตร์โฟโตนิกส์เคยเผชิญกับ "ผลกระทบต่อสีผิว" ในการวัดความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือด (pulse oximetry) และเทคโนโลยีออปติคัลอื่นๆ มาแล้ว โดยเมลานิน "กัดกิน" แสง ทำให้ทั้งความลึกของการทะลุผ่านและอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนเปลี่ยนไป ในการรักษาด้วยแสงในทารกแรกเกิด ปัจจัยนี้ถูกประเมินต่ำเกินไปเป็นเวลานาน เนื่องจากหลอดไฟ "สีน้ำเงิน" ถือเป็นอุปกรณ์สากล งานวิจัยใหม่นี้ช่วยปิดช่องว่างทางระเบียบวิธีวิจัย โดยยืนยันในเชิงคุณภาพถึงประสิทธิภาพที่ลดลงในผู้ที่มีผิวสีเข้ม และแสดงให้เห็นในเชิงปริมาณว่าความยาวคลื่นที่เหมาะสมที่สุดเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร ซึ่งเป็นข้อมูลเชิงวิศวกรรมสำหรับอุปกรณ์รุ่นต่อไป

ข้อจำกัดและสิ่งที่จะเกิดขึ้นต่อไป

นี่เป็นการจำลอง ไม่ใช่การทดลองทางคลินิกแบบสุ่ม การประมาณค่าเชิงตัวเลขขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ทางแสงที่นำมาใช้ของผิวหนังและสมมติฐานทางเรขาคณิต แต่ผลลัพธ์มีความสอดคล้องกับข้อมูลอิสระ: ทั้งชุดข้อมูลในหลอดทดลองและชุดข้อมูลทางคลินิกแสดงให้เห็นถึงการประเมินค่า TcB ต่ำกว่าความเป็นจริงและความแตกต่างในการตอบสนองต่อแสงในเด็กที่มีผิวสีเข้ม ขั้นตอนต่อไปคือโปรโตคอลทางคลินิกนำร่องที่ใช้เมทริกซ์ LED แบบปรับค่าได้ โดยเลือกสเปกตรัม/กำลังไฟฟ้าสำหรับโฟโตไทป์ จากนั้นเปรียบเทียบอัตราการลดบิลิรูบินและระยะเวลาในการรักษาตัวในโรงพยาบาล

ใครสนใจเรื่องนี้เป็นพิเศษบ้าง?

• สำหรับแพทย์เฉพาะทางด้านทารกแรกเกิดและพยาบาล - เพื่อการตีความ TcB ที่ถูกต้อง และการเลือกความเข้มข้น/ระยะเวลาของการรักษาด้วยแสงในเด็กที่มีผิวคล้ำ
• สำหรับวิศวกรพัฒนา - สำหรับการออกแบบระบบมัลติสเปกตรัมที่มีการปรับอัตโนมัติตามคุณสมบัติทางแสงของผิวหนัง
• ถึงหน่วยงานกำกับดูแลและผู้เขียนแนวปฏิบัติ - เพื่อปรับปรุงมาตรฐานการบำบัดด้วยแสงโดยคำนึงถึงประเภทของแสง (เช่นเดียวกับที่ทำกับออกซิเมทรีแล้ว)

แหล่งที่มา: AJ Dam-Vervloet และคณะผลของสีผิวและคุณสมบัติอื่นๆ ของผิวต่อประสิทธิภาพของการรักษาด้วยแสงสำหรับภาวะตัวเหลืองในทารกแรกเกิด (Biophotonics Discovery, 2025), doi: 10.1117/ 1.BIOS.2.3.032508