[논문]Swan-Ganz 카테터를 이용한 심폐기능 이상 환자의 지속적 심박출량 측정 모듈 개발

임병선; 한승환; 김영길

doi:10.6109/jkiice.2013.17.4.959

Swan-Ganz 카테터를 이용한 심폐기능 이상 환자의 지속적 심박출량 측정 모듈 개발
The Study of continuous cardiac output measurement module development of the cardiopulmonary function patient of using the Swan-Ganz Catheter 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.17 no.4, 2013년, pp.959 - 964

임병선 (아주대학교 NCW학과) , 한승환 (아주대학교 전자공학과) , 김영길 (아주대학교 전자공학과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 스완-간즈 카테터(Swan-Ganz catheter)를 사용하여 심장질환 중환자의 상태를 정확하게 파악하기 위해 기존의 모듈들보다 더 정밀한 데이터 측정이 가능한 모듈을 구현한다. 기존 방식은 차가운 수액을 심장에 주입하여 혈액의 온도변화와 회복시간을 측정하는 CO(Cardiac Output)를 측정하던 Bolus타입의 CO모듈이 존재하였지만, 지속적 환자 징후 관찰이 어렵다는 한계 때문에 현재는 대부분의 병원에서 사용하지 않는 상태이다. 이러한 한계를 극복하기 위해 지속적 심박출량 측정 플랫폼을 통해 효율적인 환자 징후관찰 및 상태파악이 가능 하도록 한다. 또한, 현재 기존 병원에서 심폐기능 이상 중환자의 징후관찰 및 상태파악을 위해 고가의 해외기기 도입으로 낭비되는 비용 문제를 해결하고 정밀한 데이터 수집으로 정확한 환자의 진단이 이루어 질 수 있도록 기존 모듈들의 문제점을 보완하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study materialized the new module which enables to measure more precise data than the existing modules in order to examine the cardiac disorder critical patient's state by using Swan-Ganz Catheter. There was bolus type CO(Cardiac Output) module which measured CO by measuring the blood changes in temperature and recovery time by injecting cold sap into the heart in the past, but recently, it is not used in most of hospitals due to limit of difficulty of continuous monitoring for the patients. To overcome this limit, the continuous cardiac output measurement platform was materialized to enable the continuous monitoring for patients. The wasted cost issues because of introducing the expensive imported equipment to observe the critical patient`s state with abnormal cardiopulmonary function in the hospitals can be solved by using this new module, and the problem of existing modules should be supplemented for more accurate diagnosis by collecting more precise data.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 사람의 심장혈관계(Cardiovascular system, 心臟血管系)를 재현한 심혈관 시뮬레이터와 30kg내외의 돼지를 이용한 동물임상실험을 통해 지속적 심박출량 측정 플랫폼의 유효성을 검증하였다.
본 논문은 심폐기능에 이상이 있는 중환자의 상태를 보다 효율적으로 관찰하기 위하여 체내에 스완-간즈 카테터를 삽입하고 열선을 통해 혈액의 온도를 상승시킨 후, 카테터 끝부분의 온도센서에서 온도 변화량을 감지하게 된다. 사람의 중심체온은 섭씨 약 36.
본 논문은 지속적 심박출량 측정을 위한 신형 국산화 플랫폼을 개발하는 내용을 담고 있다. 현재 국내 대부분의 병원에서 심박출량을 측정하기 위해서 Edward社 또는 Phillips社의 외산 기기를 사용하고 있다.
시뮬레이터를 이용한 실험 후 개발 모듈의 유효성 측정과 징후관찰모듈로서의 완성도를 높이는데 필요한 임상자료를 확보하기 위한 목적으로 서울아산병원 아산생명과학연구소 동물연구실에서 그림 11과 같이 30kg내외의 돼지 3마리를 이용하여 동물임상실험을 진행하였다.

제안 방법

동물임상실험을 진행하기에 앞서 본 논문에서 개발한 플랫폼의 정상작동 확인과 안정화 작업을 위해 그림 9와 같이 사람의 심장혈관계와 유사하게 유체의 온도를 유지할 수 있으며, 박동성이 있는 시뮬레이터를 개발하여 실험을 진행하였다.
버퍼에 미리 의사난수 이진법 값을 저장하고 타이머 인터럽트 서비스 루틴에 의해 그림 6과 같은 파형으로 출력된다. 본 논문을 통해 개발한 지속적 심박출량 측정플랫폼에서는 가장 안정적으로 열선에 에너지를 전달하기 위해 의사난수이진법의 주기를 3배로 늘려 한 주기가 45초의 시간을 가지며, 열선에 신호를 주는 방식은 교류 신호로 한 펄스 당 3Hz로 에너지를 전달하도록 설계하였다.
CCO 하드웨어 플랫폼은 크게 디지털 신호를 처리하는 디지털부와 스완-간즈 카테터의 열선에 에너지를 전달해주는 아날로그부로 구분된다. 사람의 심장에 사용하는 의료기기인 만큼 안전성이 중요한 사항이기 때문에 변압기를 사용한 방식으로 제작되어 있는 4-채널 아이솔레이터를 사용하여 전원과 그라운드를 각각 분리하였다.
실험은 총 2회에 걸쳐 진행되었고, 절대적 심박출량값을 얻기힘들다는 한계점 때문에 비교대상으로 현재 많은 병원들에서 사용되는 Edward Lifescience社의 VigilanceⅡ의 측정값을 비교분석하였다. 결과는 아래의 표3과 같다.
이 때, 혈류량이 정상이라면 혈액의 온도가 빠르게 정상범위로 돌아오게 되고, 혈류량이 적다면(심장의 혈액순환이 부족하다면) 정상 온도로 회복이 더디게 된다. 이러한 물리학적 특성인 열희석법(Thermodilution method)을 이용한 새로운 알고리즘을 개발하여 기존의 심박출량 측정모듈 보다 더욱 정확하고 효과적으로 측정할 수 있는 모듈 개발을 다룬다.
지속적 심박출량(CCO)을 측정하기 위한 플랫폼은 TI(Texas Instrument)社의 16bit MCU(Micro Controller Unit) MSP430F26xx기반으로 설계하였다. CCO 하드웨어 플랫폼은 크게 디지털 신호를 처리하는 디지털부와 스완-간즈 카테터의 열선에 에너지를 전달해주는 아날로그부로 구분된다.
열선이 발열하게 되면 혈액의 온도가 올라갔다 다시 정상 혈액온도로 돌아오게 된다. 혈액의 온도가 정상범위로 돌아오는 시간을 측정한 후, 새로운 알고리즘에 의해 심박출량을 계산한다. 이와 같은 과정을 지속적으로 반복하고, 우심실에서 폐동맥(Pulmonary Artery, PA)으로 박출 된 혈액의 양을 측정하게 되는데, 이것을 지속적 심박출량 측정이라고 한다.

대상 데이터

주로 Edward Lifescience社(US)에서 제작된 카테터가 사용되고 있다. 카테터는 상황에 따라 여러 가지 종류가 사용되고 있으며, 본 논문에서는 지속적 심박출량 측정용 카테터 (774HF75)를 사용한다. 그림 2는 스완-간즈 CCO 카테터의 모습을 나타낸 사진이다.

데이터처리

시뮬레이터를 이용한 실험은 1.5LPM(Liter per Minute), 2.5LPM, 4.0LPM 세 가지 경우를 설정하여 실험하였고, 각 케이스 마다 6번의 실험을 하여 평균한 값을 산출하였으며 아래의 그림 10과 표2로 그 결과를 확인할 수 있다.

성능/효과

실험 비교결과에 어느 정도의 오차가 존재하지만 신규개발 CCO모듈이 정상작동 함을 확인할 수 있게 되었다. 약간의 오차가 존재하는 이유는 실험을 위해 돼지에게 흡입마취제의 일종인 isoflurane, 비탈분극성 신경근육억제제의 일종인 Vecuronium를 투입하여 돼지의 호흡이 일정치 않아 돼지의 호흡을 돕기 위해 Ventilator로 Care하기 때문이었다고 공동 실험 진행한 의료진과 결론 내렸다.
본 연구는 지속적 심박출량 측정 플랫폼과 알고리즘을 처음으로 국산화하였다는데 큰 의미를 가지고 있다. 실험은 시뮬레이터를 이용한 실험과 동물 임상실험을 통해 진행하였는데, 비교장비인 Edward Lifescience社의 VigilanceⅡ와 실측정 결과 값을 비교 하였을 때 어느 정도의 오차가 존재하지만 모듈은 정상 작동함을 확인할 수 있었다. 향후 Washout curve의 면적을 계산하는데 있어 정밀도를 높이기 위한 보정 알고리즘 작업이 추가적으로 연구된다면 VigilanceⅡ와 비교 하였을 때 더 정확하고 빠르게 심박출량 값을 계산 할 수 있으며, 가격측면에서도 경쟁력이 있다고 할 수 있겠다.
실험 비교결과에 어느 정도의 오차가 존재하지만 신규개발 CCO모듈이 정상작동 함을 확인할 수 있게 되었다. 약간의 오차가 존재하는 이유는 실험을 위해 돼지에게 흡입마취제의 일종인 isoflurane, 비탈분극성 신경근육억제제의 일종인 Vecuronium를 투입하여 돼지의 호흡이 일정치 않아 돼지의 호흡을 돕기 위해 Ventilator로 Care하기 때문이었다고 공동 실험 진행한 의료진과 결론 내렸다.

후속연구

향후 Washout curve의 면적을 계산하는데 있어 정밀도를 높이기 위한 보정 알고리즘 작업이 추가적으로 연구된다면 VigilanceⅡ와 비교 하였을 때 더 정확하고 빠르게 심박출량 값을 계산 할 수 있으며, 가격측면에서도 경쟁력이 있다고 할 수 있겠다. 마지막으로, 앞서 언급하였듯이 국내에서 최초로 기술 개발하여 원천기술을 확보하였다는데 큰 의미가 있으며, 추후 추가적인 연구를 통해 더욱 안정된 플랫폼을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.
현재 지속적 심박출량 측정을 위해 국내 많은 병원에서 고가의 외산 장비를 사용하고 있다. 하지만 본 연구 결과가 국내 의료기기의 기술적 발전과 경제적 비용의 절감을 동반한 국산화에 크게 기여할 것이다. 그림 1은 본 논문에서 개발한 CCO (Continuous Cardiac Output) 플랫폼의 구상도이다.
실험은 시뮬레이터를 이용한 실험과 동물 임상실험을 통해 진행하였는데, 비교장비인 Edward Lifescience社의 VigilanceⅡ와 실측정 결과 값을 비교 하였을 때 어느 정도의 오차가 존재하지만 모듈은 정상 작동함을 확인할 수 있었다. 향후 Washout curve의 면적을 계산하는데 있어 정밀도를 높이기 위한 보정 알고리즘 작업이 추가적으로 연구된다면 VigilanceⅡ와 비교 하였을 때 더 정확하고 빠르게 심박출량 값을 계산 할 수 있으며, 가격측면에서도 경쟁력이 있다고 할 수 있겠다. 마지막으로, 앞서 언급하였듯이 국내에서 최초로 기술 개발하여 원천기술을 확보하였다는데 큰 의미가 있으며, 추후 추가적인 연구를 통해 더욱 안정된 플랫폼을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	심박출량이란 무엇인가?	심박출량은 심장 박동을 통해 전신으로 나가는 분당 혈액의 양으로써, 심장 기능뿐만 아니라 전체 순환계의 상태를 반영하는 지표이며, 전신 조직의 자율적인 조절을 통해 통제된다. 따라서 심장병 환자를 치료하는데 있어, 혈압, 좌심실충만압, 심박출량, 전신혈관저항을 모두 고려하여 치료 방향과 방법을 결정하여야 한다.
	사람의 중심체온은 섭씨 약 36.5도 정도인데 혈류량이 적다면 온도는 어떻게 되는가?	5도로 측정하고 있다가 열선이 신호에 따라 발열하게 되면 혈액의 온도가 상승한 후 정상 혈액온도로 회복하게 된다. 이 때, 혈류량이 정상이라면 혈액의 온도가 빠르게 정상범위로 돌아오게 되고, 혈류량이 적다면(심장의 혈액순환이 부족하다면) 정상 온도로 회복이 더디게 된다. 이러한 물리학적 특성인 열희석법(Thermodilution method)을 이용한 새로운 알고리즘을 개발하여 기존의 심박출량 측정모듈 보다 더욱 정확하고 효과적으로 측정할 수 있는 모듈 개발을 다룬다.
	심장병 환자를 치료하는데 있어 고려해야 되는 사항은 무엇인가?	심박출량은 심장 박동을 통해 전신으로 나가는 분당 혈액의 양으로써, 심장 기능뿐만 아니라 전체 순환계의 상태를 반영하는 지표이며, 전신 조직의 자율적인 조절을 통해 통제된다. 따라서 심장병 환자를 치료하는데 있어, 혈압, 좌심실충만압, 심박출량, 전신혈관저항을 모두 고려하여 치료 방향과 방법을 결정하여야 한다. 전부하, 후부하, 그리고 수축력을 효과적으로 유지하고 약물학적으로 치료하려면 정확한 심박출량을 측정하여 알고 있어야 한다.

참고문헌 (5)

이상민, "심박출량 측정법", Korean J Anesthesiol, vol.46, no.1, pp. 1-9, 2004

상세보기
배재익, "중심정맥카테터의 삽입과 관리", Hanyang medical reviews, vol.31, no,1, pp. 23-31, 2011

상세보기
한승환, "Swan-Ganz 카테터를 이용한 심폐기능이 상자의 지속적 심박출량 측정 모듈 개발 관한 연구", 한국정보통신학회 춘계학술대회집, 16권 1호, pp. 194-197, 2012
Mark Yelderman, "Continuous measurement of cardiac output with the use of stochastic system identification techniques", Journal of Clinical Monitoring, vol. 6, issue.4, pp. 322-332, 1990

상세보기
Ramakrishna Mukkamala. "Continuous Cardiac Output Monitoring by Peripheral Blood Pressure Waveform Analysis", Biomedical Engineering, vol.53, issue.3, pp.459-467, 2006

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증