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문제 정의
- 본 연구에서는 피부관통과 진공흡입이 자동적으로 연속 수행되며 손가락 및 대체부위 채혈이 모두 가능한 새로운 진공 자동 채혈기법을 제안하였다. 단순한 push-button식 의 스위치 동작으로 일관성 있는 채혈이 이루어지도록 하였고 -lOOmmHg의 낮은 진공압력을 인가하여 피부통증을 방지하였으며 10초 동안 흡입함으로써 성공적인 채혈이 가 능하였기에 연구결과를 보고하고자 한다.
- 반면 길이를 짧게 하여 팽창율 이 낮아지면 진공압력도 따라서 작아진다. 본 연구에서는 이와같은 상반되는 제약점 사이에서 비교적 휴대가 용이한 길이를 유지하며 가능한 큰 진공압력을 얻고자 하였다. 일 반적 인 펜의 최대 길이가 약 15~16cm이므로 그 이상■으 로 기구가 길어지면 휴대가 불편할 것으로 생각된다.
- 본 연구에서는 피부관통과 진공흡입이 자동적으로 연속 수행되며 손가락 및 대체부위 채혈이 모두 가능한 새로운 진공 자동 채혈기법을 제안하였다. 단순한 push-button식 의 스위치 동작으로 일관성 있는 채혈이 이루어지도록 하였고 -lOOmmHg의 낮은 진공압력을 인가하여 피부통증을 방지하였으며 10초 동안 흡입함으로써 성공적인 채혈이 가 능하였기에 연구결과를 보고하고자 한다.
- 전완부위 모세혈액 채혈 시 얻어지는 미량의 혈액을 가는 유리 모세관으로 흡인시켜 그 용적을 측정한 연구가 있 으나[8, 12], 본 연구팀의 경험에 의하면[12] 혈 액량이 매우 작을 때에는 유리 모세관의 높이를 측정하는 것이 부정확하였다. 이에 본 연구팀에서는 실험용 배지를 사용하여 미량의 모세혈액을 측정하는 기법을 개발, 발표한 바 있다[13]. 이를 아래에 간략히 설명한다.
제안 방법
- 정상인의 손가락 채혈시에는 충분히 많은 양의 혈액을 얻을 수 있으므로 [12] 혈액용적은 측정하지 않았다. 동일한 채혈기구로 팔 부위에서 진공 자동 채혈한 후 통증 측정과 혈액량 측정을 병행하였다. 전완부위 채혈 시 피하침투를 기구 상의 3번 (1mm) 및 5번(1.
- 즉, 왼팔 오른팔 간에 혹은 채혈깊이에 따라 채혈용적은 차이가 나지 않았다. 따라서 모든 전완부위 채혈용적 측정치들을 사용하여 (data pooling) 0.511L 단계로 히스토그램을 작성하였다. 그림 5에 보인 대로 0~12uL 범 위에 걸쳐 넓게 분포하였고 대부분의 채혈용적이 5uL 미만이었다.
- 그러나 전완부위가 손가락 부위에 비해 통증감지세포가 훨씬 적은 것이 확실하므로 5%의 피검자가 통증 감소효과가 없다고 답한 것은 신뢰성이 떨어진다. 보다 정확하고 신뢰성있는 통증 측정을 위하여 본 연구에서는 국제적으로 공인된 정량적 통증척도 인 미국 건강정책 연구위원회의 시각상사 통증척도를 사용하여 채혈통증을 정량적으로 측정하였다[14]. 그림 6에 보인 대로 전완부위 채혈은 손가락 채혈의 36% 통증만이 있었고 피하 침투깊이가 얕아지면(1.
- 이는 수동으로 플런저와 채혈침을 함께 미는 방식으로 동작하기 때문인데 손가락에서 사용해도 진공압력이 인가될 수 밖에 없고 이는 과다한 출혈을 유발한다. 본 연구에서 제작한 진공 자동 채혈기구는 진공압력을 생성하는 플런저 기구와 채혈침 기구가 분리되어 별개로 동작하되 동일한 스위치에 의해 연계 되 어 있고 스위치는 두 개의 스프링 기구가 일정한 시차를 두고 동작하도록 설계되어 있다. 사용자가 플런저 기구를 스위치와 체결하지 않고 채혈침 기구만 체결한 상태에서 스위치를 누르면 플런저 기구는 동작하지 않는다.
- 이는 기구 동작의 구조적 문제로써 이차 감염(secondary infection)의 위험성을 안고 있다. 본 연구에서 특별히 제작한 진공 자동 채혈기구는 진공압력 상태에서 채혈한 후 내부 공간을 축소하여 압력을 대기압으로 복귀시키는 대신 스위치에서 손을 떼면 스위치 중앙의 작은 구멍(직경 1mm)을 통해 외부 공기가 유입됨으로써 내부 압력이 높아지는 방식으로 동작한다[11]. 진공이 인가되어 있는 상태에서 기구를 피부로부터 잡아당겨 떼어 내면 흡입되어 있던 피부가 늘어나면서 결국 채혈기구로부터 떨어지게 되고 이때 이미 채혈되어 피부 상에 있던 혈액이 사방으로 튀어 매우 곤란한 상황이 발생한다.
- 또한 손으로 미는 힘에 의해 피부를 관통하므로 채혈침이 찌를 것을 예상하여 자신의 손으로 플린저를 미는 환자는 공포심이 증가하게 된다. 본 연구에서는 3개의 스프링 기전을 적절히 구성하여 단순한 스위치 동작으로 우선 채혈침이 피부를 관통한 후 이어서 진공압력이 인가되도록 동작기 전을 자동화하였다. 모든 기전이 자동적으로 연계 동작하므로 진공 자동 채혈 기법이라 명할 수 있을 것이다.
- 또한 전완부 위 채혈 전용으로 설계되어 있으므로 손가락 채혈은 불가능하며 수동으로 플런저를 밀어서 채혈침을 격발하므로 피부 관통시 예상되는 통증 때문에 플런저를 미는 과정에서 공포심이 증가하게 된다. 본 연구에서는 그림 1에 보인 바 와 같이 채혈침과 플런저 모두 스프링 기전에 의해 탄성력을 함유하고 있는 상태에서 사용자가 push button 형태의 스위치를 누름으로써 우선 채혈침이 격발되어 피부를 관통하고 연이어 자동으로 플런저가 격발되어 내부에 진공압력이 형성되도록 하는 진공 자동 채혈기법을 고안하였다.
- 본 연구팀에서는 유리 모세관을 사용하여 미량의 모세혈액 용적 측정을 시도한 바 있 으나[12], 특히 2pL 이하에서는 용적 측정의 신뢰성을 보장하기 어려웠다. 본 연구에서는 실험용 배지에 혈액을 흡수 시켜 3차원 용적을 2차원 면적으로 변환한 후 컴퓨터 스캔하는 기법을 도입하였다. 따라서 매우 미량의(0.
- 피하 침투가 2mm를 넘어서면 조직학적 외상이 발생하 므로 안전한 채혈이 보장되지 않는다[15]. 본 연구에서는 채혈침으로 피부를 관통한 후 진공을 인가함으로써 피하 침투깊이를 일관성 있게 유지하였다. 이는 상용화된 VacuLance 제품과 동일하다[9].
- 상술한 새로운 진공 자동 채혈기법에 따라 채혈기구를 제작하였다[11]. 채혈침의 피부 관통과 진공압력 형성이 순간적으로 그리고 자동적으로 연속하여 이루어지므로 채혈 과정의 일관성이 유지되고 사용자는 트리거 스위치를 단순히 살짝 누르기만 하면 되므로 사용이 간편할 뿐만 아니라 채혈의 공포심도 줄게 된다.
- 111L) 혈액 용적도 측정 가능하였으며 보다 정확한 측정이 이루어졌다 고 생각된다. 실험용 배지에 정상인의 혈액을 마이크로 피 펫으로 일정량 취하여 흡수시킴으로써 보정곡선을 구성하 고, 이를 사용하여 피검자들의 채혈용적을 측정하였다(그림 4). 보정곡선이 30대 정상 여성 1인에게서 얻은 것이고 실험대상군은 20대 초반의 여성이었으므로 연령대의 차이에 의한 오차가 있을 수 있을 것이다.
- 임의의 피검자의 전완부위에서 채혈하고 실험용 배지를 채혈부위에 밀착시켜 혈액을 홉수시킨 후 컴퓨터 스캔하여 픽셀수를 계수하였다. 앞서 얻은 보정곡선에 픽셀수를 대입함으로써 혈액용적을 산출하였다.
- 2~10uL)을 실험용 배 지(S2000, Schleicher & Schuell, Gemany)에 흡수시켰다. 일정량의 혈액이 흡수된 배지를 컴퓨터 스캔하여 픽셀수를 계수함으로써 픽셀수와 혈액용적 간의 보정곡선(calibration curve)을 얻었다. 임의의 피검자의 전완부위에서 채혈하고 실험용 배지를 채혈부위에 밀착시켜 혈액을 홉수시킨 후 컴퓨터 스캔하여 픽셀수를 계수하였다.
- 일정량의 혈액이 흡수된 배지를 컴퓨터 스캔하여 픽셀수를 계수함으로써 픽셀수와 혈액용적 간의 보정곡선(calibration curve)을 얻었다. 임의의 피검자의 전완부위에서 채혈하고 실험용 배지를 채혈부위에 밀착시켜 혈액을 홉수시킨 후 컴퓨터 스캔하여 픽셀수를 계수하였다. 앞서 얻은 보정곡선에 픽셀수를 대입함으로써 혈액용적을 산출하였다.
- 전완부위 채혈 시 동일 부위에서 행한 2회의 채혈량 측 정치를 평균하였다. Paired student's t-test를 사용하여 손가락과 전완부위-5번, 그리고 전완부위 5번-3번 간의 통증 점수를 비교하였다.
- 동일한 채혈기구로 팔 부위에서 진공 자동 채혈한 후 통증 측정과 혈액량 측정을 병행하였다. 전완부위 채혈 시 피하침투를 기구 상의 3번 (1mm) 및 5번(1.5mm)으로 하고 각각 2회씩 채혈하였으며 왼팔 및 오른팔에 대해 각각 시행하였다.
- Paired student's t-test를 사용하여 손가락과 전완부위-5번, 그리고 전완부위 5번-3번 간의 통증 점수를 비교하였다. 전완부위 채혈용적에 대해서는 오른갈- 왼팔 간에 그리고 3번-5번 간에 채혈용적을 비교하였다. P<0.
- 이를 아래에 간략히 설명한다. 정상인의 혈액을 추출 하여 마이크로 피펫에 담고 일정량(0.2~10uL)을 실험용 배 지(S2000, Schleicher & Schuell, Gemany)에 흡수시켰다. 일정량의 혈액이 흡수된 배지를 컴퓨터 스캔하여 픽셀수를 계수함으로써 픽셀수와 혈액용적 간의 보정곡선(calibration curve)을 얻었다.
대상 데이터
- D대학교 간호학과 학생 58명을 대상으로 실험하였다. 전술한 대로 그림 1의 설계개념에 따라 제작한 진공 자동 채혈기구[11]를 사용하여 검지 손가락에서 채혈하고 통증을 10cm 시각상사 척도 상에 표기하였다.
- 즉, Cunningham 등의 [8] 연구와의 채혈용적의 차이는 진공압력의 크기나 지속시간 보다는 실험 대상군의 차이에 기인하였다고 생각된다. 본 연구에서는 58명의 여성만을 대상으로 하였는데 여성의 경우 남성보다 피하지방이 많으 므로 채혈량의 감소가 예상된다. 또한 서양인과 동양인 간의 인종적 차이도 채혈량 차이에 기여했을 것이다.
- 보정곡선이 30대 정상 여성 1인에게서 얻은 것이고 실험대상군은 20대 초반의 여성이었으므로 연령대의 차이에 의한 오차가 있을 수 있을 것이다. 이에 추가로 25세 정상 여성 1인을 대상으로 보정곡선을 산출하였다. 최대 오차는 8%이었으며 평균적으로 약 4%의 차이만이 관찰되었다.
데이터처리
- 전완부위 채혈용적에 대해서는 오른갈- 왼팔 간에 그리고 3번-5번 간에 채혈용적을 비교하였다. P<0.05를 통계적 유의 수준으로 하여 평균치 비교를 시행하였다.
- 전완부위 채혈 시 동일 부위에서 행한 2회의 채혈량 측 정치를 평균하였다. Paired student's t-test를 사용하여 손가락과 전완부위-5번, 그리고 전완부위 5번-3번 간의 통증 점수를 비교하였다. 전완부위 채혈용적에 대해서는 오른갈- 왼팔 간에 그리고 3번-5번 간에 채혈용적을 비교하였다.
- 그림 4에 실험용 배지를 사용하여 혈액용적을 측정하기 위한 픽셀수-혈액용적 간의 보정곡선을 제시하였다. 마이크로 피펫 용적(0.2 ~10㎕) 별로 5회 반복 측정한 픽 셀수를 평균한 후 회귀분석을 시행하여 보정곡선을 얻었는데 1.511L 이하에서는 2차함수로, 그 이상에서는 1차함수(직선)로 구성 하였다. Curve fitting의 상관계수는 0.
성능/효과
- 진공압력의 차이에 의해 채혈량이 얼마나 적어지는지를 확인하기 위하여 진공압력을 -50mmHg 보다 작게하여 추가 실험해 본 결과 채혈량이 현저하게 떨어져서 혈당검사가 불가능하였다. VacuLance 제품의 플런 저를 50%(-190mmHg) 및 100%(-380mmHg)로 10초간 가동 시키며 7인의 피검자를 대상으로 추가 실험을 실시한 결과, 7명중 3명은 50%에서 오히려 채혈량이 많았으며 평균치는 거의 같았다. 또한 VacuLance 제품 50% 가동시와 본 진공 자동 채혈기구를 100%(-100mmHg) 가동하며 동일한 실험을 반복한 결과 진공압력의 크기는 -190 에서 -lOOmmHg로 약 반이 되었음에도 평균 채혈용적은 거의 같았다.
- 약 14%의 검사실 패가 예상되지만, 성인 당뇨환자들도 채혈통증 때문에 혈 당검사를 기피하여 혈당 조절에 실패하는 사례가 매우 흔하다는 점을 생각하면 75% 이상의 통증 감소효과는 매우 중요하다. 따라서 본 연구의 진공 자동 채혈기법은 당뇨환 자의 검사 기피를 최소화 할 수 있는 매우 유용한 채혈기법으로 판단된다.
- 05). 따라서 왼팔, 오른팔의 구분 없이 침투깊이 3번(1.0mm) 및 5번(1.5mm)의 평균 채혈용 적을 계산한 결과 각각 2.61 ±2.43, 2.55±2.28uL를 얻었다. 표준편차가 평균치와 거의 같을 정도로 크다는 것을 볼 때 개인 간에 채혈용적이 크게 다르다는 것을 알 수 있다.
- VacuLance 제품의 플런 저를 50%(-190mmHg) 및 100%(-380mmHg)로 10초간 가동 시키며 7인의 피검자를 대상으로 추가 실험을 실시한 결과, 7명중 3명은 50%에서 오히려 채혈량이 많았으며 평균치는 거의 같았다. 또한 VacuLance 제품 50% 가동시와 본 진공 자동 채혈기구를 100%(-100mmHg) 가동하며 동일한 실험을 반복한 결과 진공압력의 크기는 -190 에서 -lOOmmHg로 약 반이 되었음에도 평균 채혈용적은 거의 같았다. 따라서 일정수준(-lOOmmHg)의 진공압력만 가해지 면 충분히 모세혈액을 흡입할 수 있었다.
- -lOOmmHg의 진공압력에서 적절한 용적의 채혈이 이루어졌으므로 불필요하게 기구를 크게하여 진공압력을 증가시킬 필요는 없었다. 또한 추가실험 과정에서 채혈 지속 시간이 5~10초가 지나면 진공압력에 의한 더 이상의 채혈 효과는 미미하였다. 이는 흡입된 혈액의 무게가 채혈침이 피부를 관통했던 구멍을 막아 누르고 있기 때문에 진공압력이 충분히 혈관 내로 전달되지 못하기 때문인 것으로 생각된다.
- 일 반적 인 펜의 최대 길이가 약 15~16cm이므로 그 이상■으 로 기구가 길어지면 휴대가 불편할 것으로 생각된다. 본 연구에서 개발한 진공 자동 채혈기구는 플런저의 위치에 따라 14~17cm의 길이로써 비교적 휴대가 용이하였으며, 기구내 공기 팽창시 발생하는 진공압력이 -lOOmmHg 이었 다. -lOOmmHg의 진공압력에서 적절한 용적의 채혈이 이루어졌으므로 불필요하게 기구를 크게하여 진공압력을 증가시킬 필요는 없었다.
- 본 연구에서 설정한 -lOOmmHg의 진공압력과 10 초의 지속시간은 적정량의 혈액용적이 얻어지는 최소한의 압력과 시간이라 볼 수 있으며, 따라서 피부 통증을 최소화 할 수 있을 뿐 아니라 실용적인 채혈이 가능하다 할 것이다. 본 연구에서 다소 채혈량이 작았으나 그 범위는 더 넓었으며 이는 개인 간의 차이가 매우 크다는 것을 반증한 다. 즉, Cunningham 등의 [8] 연구와의 채혈용적의 차이는 진공압력의 크기나 지속시간 보다는 실험 대상군의 차이에 기인하였다고 생각된다.
- 혈액용적이 커지면 배지의 흡수력이 떨어져 혈액용적이 작게 측정될 수 있으나 적어도 2uL까지는 배지 흡수에 문제가 없었고 그 이상의 혈액용적은 혈당검사에 문제를 일으키지 않을 것이므로 다소간의 저평가는 실질적인 문제가 되지 않는다. 본 연구에서 사용한 배지 기법은 특히 미량의 혈액용적을 정확하게 측정할 수 있으므로 전완부위 채 혈량을 측정하는데에는 신뢰성이 보장되는 유용한 방법이 다.
- 전완부위 진공 채혈법은 채혈통증 감소를 주 목적으로 개발되었다. 본 연구에서는 표준기법인 손가락 채혈에 비해 약 1/4 만의 통증으로 채혈할 수 있음을 실험적으로 입 증하였다. 그러나 얻을 수 있는 채혈용적이 작으므로 혈당 검사가 실패할 수 있다.
- 또한 채혈 방식과 피부 형상의 차이를 고려하여 그림 2에 보인 것처럼 엔드캡을 교체함으로써 손가락 및 전완부위 채혈이 모두 가능하다. 본 연구의 진공 자동 채혈기구는 피부 관통 및 진공압력 인가 과정이 단순한 하나의 스위치 동작에의 해 자동적으로 연계 동작하게 함으로써 기존의 채혈기구가 가지는 성능상의 문제점들을 모두 해결할 수 있었다.
- -380mmHg의 진공 압력을 인가하면 피부가 약 5mm이상 흡입되는데 기구의 피부 밀착 부위에 큰 힘이 가해져 피부 통증이 발생한다. 본 연구팀에서 재현해 본 결과 상당한 피부 통증과 함께 기구와 밀착한 피부 상에 원형의 멍이 드는 현상도 일부 발생하였다. 또한 순간적으로 채혈되는 손가락 채혈과 비교할 때 40초 동안이나 진공압력을 인가하고 있는 것은 매우 비실용적이다.
- 42) 은 손가락 채혈의 약 23%에 불과하였다. 즉, 전완부위 채혈 시 손가락 채혈에 비해 통증이 훨씬 감소함을 알 수 있으며 통계적으로 유의하 였다(PC0.005). 침투깊이가 얕아지면 통증점수도 다소 감소 하였으며(13%) 역시 통계적으로 유의하였다(P<0.
- 또한 순간적으로 채혈되는 손가락 채혈과 비교할 때 40초 동안이나 진공압력을 인가하고 있는 것은 매우 비실용적이다. 진공압력의 차이에 의해 채혈량이 얼마나 적어지는지를 확인하기 위하여 진공압력을 -50mmHg 보다 작게하여 추가 실험해 본 결과 채혈량이 현저하게 떨어져서 혈당검사가 불가능하였다. VacuLance 제품의 플런 저를 50%(-190mmHg) 및 100%(-380mmHg)로 10초간 가동 시키며 7인의 피검자를 대상으로 추가 실험을 실시한 결과, 7명중 3명은 50%에서 오히려 채혈량이 많았으며 평균치는 거의 같았다.
후속연구
- 이는 흡입된 혈액의 무게가 채혈침이 피부를 관통했던 구멍을 막아 누르고 있기 때문에 진공압력이 충분히 혈관 내로 전달되지 못하기 때문인 것으로 생각된다. 본 연구에서 설정한 -lOOmmHg의 진공압력과 10 초의 지속시간은 적정량의 혈액용적이 얻어지는 최소한의 압력과 시간이라 볼 수 있으며, 따라서 피부 통증을 최소화 할 수 있을 뿐 아니라 실용적인 채혈이 가능하다 할 것이다. 본 연구에서 다소 채혈량이 작았으나 그 범위는 더 넓었으며 이는 개인 간의 차이가 매우 크다는 것을 반증한 다.
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