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문제 정의
- 이들 파형 중깨어 있을때 나타나는a, Q 파형 중마취 중에는 수술에 대한 불안, 걱정과 공포 등으로 인하여 P 파가 많이 나타날 것으로 예상되므로 수술 중 깨어 있는 기준을 p 파로 설정하여 새로운 파라미터 설정에 이용하였다. 따라서 5 ratio에 대한 B ratio의 비율과 0 ratio에 대한ratio의 비율을 나타내는 BDR과 BTR 파라미터 를 새로운 파라미 터 로 설정 하였고, 이들 파라미 터 들을 이 용하여 마취심도 지표를 구하고자 하였다.
- 본 연구에서는 수술 중인 환자의 마취단계별 마취심도를 정량적으로 관찰할 수 있도록 마취심도 지표를 개발하고자 하였다. 수술 중 뇌 파 신호를 계측하기 위하여 부산대학교 병원 산부인과에 내원한 수술 환자 중 비교적 수술시간이 짧고 전신 흡입 마취 시술을 받는 환자를 대상으로 실험을 수행하였으며, 사전에 수술 대상 환자에게 연구의 취지를 설명하여 환자의 동의를 구하였다.
제안 방법
- 생체신호계측기로부터 획득한 뇌파 신호를 전처리과정에 의해 디지털 신호로 변환한 후 고속푸리에변환 (fhst fourier transform, FFT)하였다. FFT된 뇌 파의 스펙트럼 중 수술 중 환자의 진정 수준을 반영한다고 알려진 SEF(spectral edge frequency) [11]와 뇌파를 구성하는 주요 주파수 성분별 비율, 즉 BTR(beta- theta ratio)과 BDR(beta-delta ratio)을 산출하였다. 그리고 이들세 가지 파라미터에 대해 임계치를 설정하고 임계치 범위 내의 값들을 정규화하여 마취심도 평가 지표 생성을 위한 새로운 파라미터 인 index A, B, C를 산출하고 비율을 설정하여 보다 객관화된 마취 심도지 표를 개발하였다.
- 그리고 이들세 가지 파라미터에 대해 임계치를 설정하고 임계치 범위 내의 값들을 정규화하여 마취심도 평가 지표 생성을 위한 새로운 파라미터 인 index A, B, C를 산출하고 비율을 설정하여 보다 객관화된 마취 심도지 표를 개발하였다. 개발된 마취단계별 마취심도지 표의 임상적 유의성을 검증하기 위하여 BIS 시스템으로부터 출력된 마취 심도 지표와 비교 검토하였다. 비교 검토 과정에서 실험적으로 많은 시행 및 오류 (trial and error)를 거쳐 마취심도 평가 지표 생성 을 위한 index A, B, C 및 비 율을 조정 하였다.
- FFT된 뇌 파의 스펙트럼 중 수술 중 환자의 진정 수준을 반영한다고 알려진 SEF(spectral edge frequency) [11]와 뇌파를 구성하는 주요 주파수 성분별 비율, 즉 BTR(beta- theta ratio)과 BDR(beta-delta ratio)을 산출하였다. 그리고 이들세 가지 파라미터에 대해 임계치를 설정하고 임계치 범위 내의 값들을 정규화하여 마취심도 평가 지표 생성을 위한 새로운 파라미터 인 index A, B, C를 산출하고 비율을 설정하여 보다 객관화된 마취 심도지 표를 개발하였다. 개발된 마취단계별 마취심도지 표의 임상적 유의성을 검증하기 위하여 BIS 시스템으로부터 출력된 마취 심도 지표와 비교 검토하였다.
- 즉 BDR 값이 125 이하일 때는 index C는 0, BDR 값이 275 이상일 때는 index C는 100, 그리고 BDR 값이 125 ~ 275인 경우 index C를 백분율로 정규화 하였다. 그리고 정규화된 index A, B, C 값들을 이용하여 마취심도지표값을0 ~ 100의 값으로 나타내기 위하여 A, B, C 값의 비율을40%, 30%, 30%로 설정하였다. 비율 설정은 기존 연구에 많이 활용된 SEF의 비율을 많이 할당하였고, 본 연구에서 구한 BTR과 BDR의 비율은 같게 설정하였다.
- , KOREA) 를 사용하였다. 뇌파 신호는 PhysioLab 400 장비를 이용하여 100 K의 이득으로 증폭하였으며, 35 Hz의 저 역 통과필터 (low pass filter, LPF), 1 Hz의 고역 통과필터 (high pass filter, HPF) 그리고 60 Hz 잡음의 제거를 위한 노치필터 (notch filter)를 적용하여 뇌파신호를 측정하였다. 실험측정된 뇌파 신호를 256 Hz로 샘플링하였고, 12 bit로 양자화하여 디지털신호로 변환한 뇌파 데이터를 이용하였다.
- 뇌파신호를 획득하기 위하여 생체신호계측기 (PhysioLab 400, PhysioLab Co., KOREA) 를 사용하였다. 뇌파 신호는 PhysioLab 400 장비를 이용하여 100 K의 이득으로 증폭하였으며, 35 Hz의 저 역 통과필터 (low pass filter, LPF), 1 Hz의 고역 통과필터 (high pass filter, HPF) 그리고 60 Hz 잡음의 제거를 위한 노치필터 (notch filter)를 적용하여 뇌파신호를 측정하였다.
- 나타난다. 따라서 고주파 영역에 해당하는 a power + P power에 대한 저주파 영역의 6 파 및 6 파의 power 비율인 5 ratio와 6 ratio을 구하였다. a, B, 6, 파형들은 인간이 어떠 한 상태에 있든지 간에 정도의 차이는 있지만 모든 파형 이 나타난다.
- 그리고 a ratio와 P ratio는 저주파 성분인 6파와 0 파의 PSD의 합에 대한 고주파 성분인 a 파와 P 파의 PSD에 대 한 비율로 정의할 수 있다. 따라서 뇌파를 구성하는 주요 성분들의 상호 간 PSD 비율에 의해 산출되는 파라미터들을 이용하여 수술 경과에 따라 이들 값들의 변화를 관찰하였다.
- 그리고 마취 약제 투입 개시, 마취 약제 차단, 삽관, 발관, 그리고 피부절개 등과 같은 주요시술이 진행된 시점을함께 표시하였다. 또한 표시된 시점의 마취심도 지표와 각 시점들 사이의 마취 심도 지표의 변화 양상을 관찰하였다.
- 활용 가능하다고 생각되어 진다. 마지 막으로 본 연구 과정 중 마취 심도 지표 분류기 구현에서 SEF, BTR, BDR 등을 사용할 때 임계치와 가중치 설정과정에서 실험적으로 최적의 값을 찾아 적용하였으나 이에 대한 객관적 실험이 필요하였다.
- 3에 각각 나타내었다. 마취 전, 마취유도, 수술 중, 마취회복, 그리고 수술 후 등 마취경과에 따른 마취단계를 표시하였다. 그리고 마취 약제 투입 개시, 마취 약제 차단, 삽관, 발관, 그리고 피부절개 등과 같은 주요시술이 진행된 시점을함께 표시하였다.
- 수술 중 뇌 파 신호를 계측하기 위하여 부산대학교 병원 산부인과에 내원한 수술 환자 중 비교적 수술시간이 짧고 전신 흡입 마취 시술을 받는 환자를 대상으로 실험을 수행하였으며, 사전에 수술 대상 환자에게 연구의 취지를 설명하여 환자의 동의를 구하였다. 마취단계는 마취 전, 마취유도, 수술 중, 마취회복, 그리고 수술 후의 5 단계로 구분하였다. 생체신호계측기 (PhysioLab 400, PhysioLab Co, KOREA)를 이용하여 구분된 마취단계별 뇌파 데이터를 획득하였으며, 동시에 BIS 시스템을 이용하여 마취심도 지표를 측정하였다.
- 그리고 마취심도 평가 지표 분류기를 구현하여 산출된 결과를 0 ~ 100 사이의 정 량화된 수치로 나타내었다. 마취심도 평가지표 분류기의 검증을 위하여 실험 대상군 7명으로부터 획득한 뇌파 데이터를 마취심도 평가지표 분류기에 입력하여 마취단계별 마취심도 평가 지표를 산출하였다. 수술 전 단계에서의 산출 결과는 평균 86.
- 본 연구를 수행하기 위하여 선정된 실험대상군은 마취과학회에서 규정한 신체분류 등급 ASA 1 (건강한 환자) 또는 ASA 2(경 한 전신 질환, 기능 제 한 없음) 환자들이 며 , 심 장질환, 고혈압, 자율신경계 병력이 있거나 혈압조절 약물을 복용중인 경우 획득된 신호에 영향을 미 치 므로 배 제 하였다. 수술 중 뇌 파 신호를 계 측하기 위하여 부산대 학교 병 원 산부인과에 내원한 수술 환자 중 비교적 수술 시간이 짧고 전신 흡입마취 시술을 받는 환자를 대상으로 실험을 수행하였으며, 사전에 수술 대상 환자에게 연구의 취지를 설명하여 환자의 동의를 구한후뇌파 데이터를 획득하였다.
- 본 연구에 의해 추출된 SEF, BTR, BDR의 파라미터들을 마취 심도 평가 지표 분류기에 입력하여 마취단계별 마취심도 평가 지표를 산출하였다. 그리고 마취심도 평가 지표 분류기를 구현하여 산출된 결과를 0 ~ 100 사이의 정 량화된 수치로 나타내었다.
- 개발된 마취단계별 마취심도지 표의 임상적 유의성을 검증하기 위하여 BIS 시스템으로부터 출력된 마취 심도 지표와 비교 검토하였다. 비교 검토 과정에서 실험적으로 많은 시행 및 오류 (trial and error)를 거쳐 마취심도 평가 지표 생성 을 위한 index A, B, C 및 비 율을 조정 하였다. 조정 결과 본 연구에서 제안한 새로운 마취심도 평가 지표는 수술 중 환자의 마취 심도를 모니 터 링 할 수 있는 지 표로 사용 가능함을 알 수 있었다.
- 상기에서 언급한 마취심도 평가용 파라미터 5 개를 기반으로 하여 파라미터들 간 상호 비율에 의한 새로운 파라미터의 추출하였으며, 추출된 새로운 파라미터를 이용하여 마취 및 각성 상태를 판정 하고자 한다. 마취심 도 평가 지표 간의 상호 비율에 의한 새로운파라미 터를 추출하기 위해 적용한 수식 은 다음과 같다.
- 마취단계는 마취 전, 마취유도, 수술 중, 마취회복, 그리고 수술 후의 5 단계로 구분하였다. 생체신호계측기 (PhysioLab 400, PhysioLab Co, KOREA)를 이용하여 구분된 마취단계별 뇌파 데이터를 획득하였으며, 동시에 BIS 시스템을 이용하여 마취심도 지표를 측정하였다. 생체신호계측기로부터 획득한 뇌파 신호를 전처리과정에 의해 디지털 신호로 변환한 후 고속푸리에변환 (fhst fourier transform, FFT)하였다.
- 생체신호계측기 (PhysioLab 400, PhysioLab Co, KOREA)를 이용하여 구분된 마취단계별 뇌파 데이터를 획득하였으며, 동시에 BIS 시스템을 이용하여 마취심도 지표를 측정하였다. 생체신호계측기로부터 획득한 뇌파 신호를 전처리과정에 의해 디지털 신호로 변환한 후 고속푸리에변환 (fhst fourier transform, FFT)하였다. FFT된 뇌 파의 스펙트럼 중 수술 중 환자의 진정 수준을 반영한다고 알려진 SEF(spectral edge frequency) [11]와 뇌파를 구성하는 주요 주파수 성분별 비율, 즉 BTR(beta- theta ratio)과 BDR(beta-delta ratio)을 산출하였다.
- 수술 중 환자로부터 계측된 뇌파 데이터를 매 5초 간격으로 5초의 데이터를오버랩 (overlab)하여 총 10초간의 뇌파 데이터에 대하여 스펙트럼 분석을 반복적으로 수행하였다. 전력 스펙트럼 분석 방법을 이용하여 수술경과에 따른 시계열 뇌파 데이터를 주파 수영 역 으로 변환하기 위하여 FFT를 수행하였다.
- 5 kg 이었다. 수술전 처치로서 마취전 투약제 읺ycopyrrolate 0.004 ㎎/㎏ 과midazolam0.05 mekg을 수술 시작30분전 병실에서 근육 주사하였다.
- a, B, 6, 파형들은 인간이 어떠 한 상태에 있든지 간에 정도의 차이는 있지만 모든 파형 이 나타난다. 이들 파형 중깨어 있을때 나타나는a, Q 파형 중마취 중에는 수술에 대한 불안, 걱정과 공포 등으로 인하여 P 파가 많이 나타날 것으로 예상되므로 수술 중 깨어 있는 기준을 p 파로 설정하여 새로운 파라미터 설정에 이용하였다. 따라서 5 ratio에 대한 B ratio의 비율과 0 ratio에 대한ratio의 비율을 나타내는 BDR과 BTR 파라미터 를 새로운 파라미 터 로 설정 하였고, 이들 파라미 터 들을 이 용하여 마취심도 지표를 구하고자 하였다.
- 비율 설정은 기존 연구에 많이 활용된 SEF의 비율을 많이 할당하였고, 본 연구에서 구한 BTR과 BDR의 비율은 같게 설정하였다. 이와 같이 SEF, BTR, BDR 값들에 대해 임계치 설정과 임계치 범위 내의 값들을 정규화하여 마취심도 평가 지표 생성을 위한 index A, B, C 산출 및 비율 설정은 마취단계별 마취심도 평가를 위해 임상에 적용되고 있는 BIS 값과 근사적으로 조정하기 위해 많은 시행 및 오류 (trial and error)를 거쳐 실험적으로 파라미터들의 임계치를 설정하고 정규화한 후index A, B, C의 비율을 설정하였다.
- (linear detrend) 기법을 적용하였다. 전처리과정을 거친 뇌파 데이터로부터 마취심도 분석에 유용한 파라미터를 추출하기 위하여 스펙트럼 분석 기법을 사용하여 SEF, BDR, BTR 등의 3 가지 파라미 터 들을 추출하였다.
대상 데이터
- 영향을 미 치 므로 배 제 하였다. 수술 중 뇌 파 신호를 계 측하기 위하여 부산대 학교 병 원 산부인과에 내원한 수술 환자 중 비교적 수술 시간이 짧고 전신 흡입마취 시술을 받는 환자를 대상으로 실험을 수행하였으며, 사전에 수술 대상 환자에게 연구의 취지를 설명하여 환자의 동의를 구한후뇌파 데이터를 획득하였다. 대상 환자의 평균 연령 47.
- 수술 중 뇌 파 신호를 계측하기 위하여 부산대학교 병원 산부인과에 내원한 수술 환자 중 비교적 수술시간이 짧고 전신 흡입 마취 시술을 받는 환자를 대상으로 실험을 수행하였으며, 사전에 수술 대상 환자에게 연구의 취지를 설명하여 환자의 동의를 구하였다. 마취단계는 마취 전, 마취유도, 수술 중, 마취회복, 그리고 수술 후의 5 단계로 구분하였다.
- 뇌파 신호는 PhysioLab 400 장비를 이용하여 100 K의 이득으로 증폭하였으며, 35 Hz의 저 역 통과필터 (low pass filter, LPF), 1 Hz의 고역 통과필터 (high pass filter, HPF) 그리고 60 Hz 잡음의 제거를 위한 노치필터 (notch filter)를 적용하여 뇌파신호를 측정하였다. 실험측정된 뇌파 신호를 256 Hz로 샘플링하였고, 12 bit로 양자화하여 디지털신호로 변환한 뇌파 데이터를 이용하였다.
이론/모형
- 뇌파 데이터의 분석을 용이하게 하기 위하여 전처리과정 (preprocessing), 즉 기저선보정 (base line correction)과 선형추세 제거 (linear detrend) 기법을 적용하였다. 전처리과정을 거친 뇌파 데이터로부터 마취심도 분석에 유용한 파라미터를 추출하기 위하여 스펙트럼 분석 기법을 사용하여 SEF, BDR, BTR 등의 3 가지 파라미 터 들을 추출하였다.
- 뇌파신호 계측을위하여 접착식 패치 형태의 일회용은-염화은 (Ag-AgCl) 전극을 사용하였으며, 전극의 부착 위치는 국제뇌파 및 임상 뇌 대사학회연맹 (international federation of societies for electroencephalograph and clinical neurophysiology) 에서 추천한 10 ~ 20 전극배치법을적용하여 전두엽 FP1에서 뇌파 신호를 측정하였다.
- 스펙트럼 분석을 반복적으로 수행하였다. 전력 스펙트럼 분석 방법을 이용하여 수술경과에 따른 시계열 뇌파 데이터를 주파 수영 역 으로 변환하기 위하여 FFT를 수행하였다.
성능/효과
- 3을 살펴보면 수술 전·후 단계에서는 100 ~ 80 사이의 지표를 나타내 었고, 수술 중 상태 에서는 70 ~ 0 사이의 지표를 나타내었다. 또한 환자 A, B에서 절개, 기도삽관, 그리고 마취약제 차단 등의 시술이 시행되었던 시점의 마취심도 지표 변화 양상을 관찰할 수 있었다.
- 본 연구 수행 결과 도출된 마취심도 지수와 BIS 지수를 비교하여 볼때 개발한지표값이 의식이 있을때는 100 ~ 60의 값을 나타내었고, 의식이 소실되어 있는 수술 중인 상태에서는0~ 79까지의 값을 나타내었다. 수술 중 지표 값이 거의 80까지의 값이 나타난 경우는 수술 중 외부 자극이 많이 발생한 경 우라고 추정 된다.
- 수술 중 지표 값이 거의 80까지의 값이 나타난 경우는 수술 중 외부 자극이 많이 발생한 경 우라고 추정 된다. 본 연구에서 제시한 마취심도지표는 환자의 움직임, 잡음 유입, 약물반응, 그리고 반사반응 등에 의해 지표가 일시적으로 상승 또는 하강하는 변화 양상을 나타내었으나, 전반적으로 마취단계별 특성 들이 BIS 지 수와 유사함을 알 수 있었다.
- 마취심도 평가지표 분류기의 검증을 위하여 실험 대상군 7명으로부터 획득한 뇌파 데이터를 마취심도 평가지표 분류기에 입력하여 마취단계별 마취심도 평가 지표를 산출하였다. 수술 전 단계에서의 산출 결과는 평균 86.05 ±10.1, 수술 후 단계에서는 평균 87.72 ±11.7, 마취유도 단계에서는 평균 36.98 ± 20.2, 수술 중 평균 15.33 ±13.6, 그리고 마취회복 단계에서는 평균 50.88 ±16.5의 지표를 나타내었다. 이와 같은 마취심도 평가 지표 분류기의 결과에 의해 지표가80 이상일 경우 각성상태일 가능성이 높다고 판정할 수 있으며, 수술 중 단계의 지표는 약 10 ~ 20, 마취유도 단계의 지표는 약25 ~ 40, 그리고 마취회복 단계의 지표는 약 25 ~ 70으로 분류할 수 있었다.
- 5이었다. 이 결과는 마취유도 단계와 환자별 변동 양상은 다르나 대체적으로 비슷한 분포 특성을 나타내며 마취약제 차단 및 발관 후 신경 . 근의 긴장도와 반사응답이 증가하여 뇌파의 구성성분 중파 성분의 전력이 상대적으로 크게 증가하여 마취심도 평가 지 표에 영향을 미친 결과라고 분석되어 진다.
- 7 이었다. 이러한 변화 양상을 살펴보면 환자별 변이 양상은 다르게 나타났어나 수술 전 단계와 대체적으로 비슷한 분포 특성을 나타냄을 알 수 있었다.
- 5의 지표를 나타내었다. 이와 같은 마취심도 평가 지표 분류기의 결과에 의해 지표가80 이상일 경우 각성상태일 가능성이 높다고 판정할 수 있으며, 수술 중 단계의 지표는 약 10 ~ 20, 마취유도 단계의 지표는 약25 ~ 40, 그리고 마취회복 단계의 지표는 약 25 ~ 70으로 분류할 수 있었다. 이러한 값의 분류는BIS 지수의 각성 상태 와 의식 소실 시 나타나는 값들과 유사한 경향을 나타내 었다.
- 비교 검토 과정에서 실험적으로 많은 시행 및 오류 (trial and error)를 거쳐 마취심도 평가 지표 생성 을 위한 index A, B, C 및 비 율을 조정 하였다. 조정 결과 본 연구에서 제안한 새로운 마취심도 평가 지표는 수술 중 환자의 마취 심도를 모니 터 링 할 수 있는 지 표로 사용 가능함을 알 수 있었다.
후속연구
- 이러한 값의 분류는BIS 지수의 각성 상태 와 의식 소실 시 나타나는 값들과 유사한 경향을 나타내 었다. 따라서 본 연구에서 구현한 새로운 마취심도 지표를 이용하여 수술 중 환자의 상태를 모니터링하는 지표로 이용 가능하리라 생각된다.
- 따라서 본 연구에서 제시한 마취심도 지표는 마취심도 평가 지표로 활용 가능하다고 생각되어 진다. 마지 막으로 본 연구 과정 중 마취 심도 지표 분류기 구현에서 SEF, BTR, BDR 등을 사용할 때 임계치와 가중치 설정과정에서 실험적으로 최적의 값을 찾아 적용하였으나 이에 대한 객관적 실험이 필요하였다.
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