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추정된 일회심박출량을 이용한 수면 무호흡 검출

Sleep Apnea Detection using Estimated Stroke Volume

Journal of biomedical engineering research : the official journal of the Korean Society of Medical & Biological Engineering, v.34 no.2, 2013년, pp.97 - 103  

이정훈 (연세대학교 의공학과) ,  이전 (연세대학교 의공학과) ,  이효기 (연세대학교 의공학과) ,  이경중 (연세대학교 의공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a new algorithm for sleep apnea detection based on stroke volume. It is very important to detect sleep apnea since it is a common and serious sleep-disordered breathing (SDB). In the previous studies, methods for sleep apnea detection using heart rate variability, airflow and blo...

주제어

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문제 정의

  • 본 논문에서는 대표적 수면 장애인 수면 무호흡을 검출하기 위해 혈압 신호로부터 추정된 일회심박출량 신호를 이용한 새로운 방법을 제안하였다. 제안된 알고리즘은 수면 무호흡 발생 시 호흡 정지로 인하여 주파수가 변화하는 특징을 이용하였으며, 대부분 중증 수면 무호흡 환자를 대상으로 분석 하였다.
  • 본 연구에서 제안한 방법은 기존의 방법과는 달리 일회심박출량(stroke volume, SV)을 이용한 방법으로, 수면 무호흡이 일회심박출량에 미치는 영향을 기반으로 수면 무호흡 검출 가능성을 평가하기 위한 연구이다. 일회심박출량은 심실이 한번 수축시 박출되는 혈액의 양을 말하며, 자율신경계의 변화에 따라 일회심박출량의 변화가 나타난다[21-22].
  • 본 연구에서는 PhysioNet에서 제공하는 MIT-BIH Polysomonographic Database(수면 무호흡 발생점에 대한 주석이 포함됨)를 이용하여 일회심박출량을 이용한 수면 무호흡 검출 알고리즘을 개발하고 성능을 평가하였다. 일회심박출량 신호는 혈압 신호로부터 추정하였으며, 제안된 수면 무호흡 검출 알고리즘은 1분 단위로 수면 무호흡 유무를 평가하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수면 무호흡이란 무엇인가? 수면 무호흡의 정의는 호흡기류(airflow)가 10초 이상 정지되는 상태를 말하며 저호흡은 정상호흡기류의 30% 이상 감소와 함께 혈중산소포화도(SpO2)가 4% 이상 감소되는 경우 또는 정상호흡기류의 50% 이상 감소와 함께 3% 이상의 혈중산소포화도가 감소되는 상태를 말한다[5].
수면 무호흡을 진단하는 가장 기본적인 방법으로 야간수면다원검사는 어떤 항목을 기록하는가? 수면 무호흡을 진단하는 가장 기본적인 방법으로 야간수면다원검사(full-night polysomnography)가 널리 사용되고 있다. 이 방법은 일반적으로 뇌파, 안전도, 턱 근전도, 심전도, 호흡기류, 가슴-배 호흡운동, 다리 근전도, 몸 위치, 혈중산소포화도, 코골이 소리 등을 기록하며 필요에 따라 항목을 추가하기도 한다[6]. 그러나 야간수면다원검사는 고가의 검사 비용과 연구실이나 병원에서 측정해야 하는 공간상의 제약이 있으며, 여러 종류의 생체신호 측정을 위한 전극 부착으로 환자에게 거부감을 줄 수 있다.
수면 무호흡의 종류는 무엇이 있는가? 일반적으로 수면 무호흡은 폐쇄성 수면 무호흡(obstructive sleep apnea, OSA), 중추성 수면 무호흡(central sleep apnea, CSA), 복합성 수면 무호흡(complex or mixed sleep apnea, MSA)으로 구분된다. 폐쇄성 수면 무호흡은 호흡을 하려는 의지는 있지만 반복적으로 상기도 폐쇄가 발생하는 상태이며, 중추성 수면 무호흡은 호흡을 하려는 의지가 결여된 상태이고, 복합성 수면 무호흡은 중추성 수면 무호흡과 폐쇄성 수면 무호흡이 혼합되어 발생하는 경우를 말한다[5].
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참고문헌 (33)

  1. Young T, Palta M, Dempsey J, Skatrud J, Weber S and Badr S, "The occurrence of sleep-disordered breathing among middle-aged adults," N Engl Med, vol. 328, no. 17, pp. 1230- 1235, 1993. 

  2. Vgontzas AN, Papanicolaou DA, Bixler EO, Hopper K, Lotsikas A, Lin H, Kales A, and Chrousos GP, "Sleep apnea and daytime sleepiness and fatigue: relations with visceral obesity, insulin resistance, and hypercytokinemia," J Clin Endocrinol Metab, vol. 85, no. 3, pp. 1151-1158, 2000. 

  3. Bhattacharjee R, Kheirandish-Gozal L, Pillar G and Gozal D, "Cardiovascular Complications of Obstructive Sleep Apnea Syndrome: Evidence from Children," Prog Cardiovasc Dis, vol. 51, no. 5, pp. 416-433, 2009. 

  4. Barb F, Perics J, Muoz A, Findley L, Ant J and Agust A, "Automobile Accidents in Patients with Sleep Apnea Syndrome: An epidemiological and mechanistic study," Am. J. Respir Crit Care Med, vol. 158, no. 1, pp. 18-22, 1998. 

  5. Iber C, Ancoli-Israel S, Chesson AL and Quan SF, "The AASM manual for the scoring of sleep and associated events: rules, terminology and technical specifications," American Academy of Sleep Medicine, 2007. 

  6. Kushida CA, Littner MR, Morgenthaler T, Alessi CA, Bailey D, Coleman J Jr, Friedman L, Hirshkowitz M, Kapen S, Kramer M, Lee-Chiong T, Loube DL, Owens J, Pancer JP and Wise M, "Practice parameters for the indications for polysomnography and related procedures: an update for 2005," Sleep, vol. 28, no. 4, pp. 499-521, 2005. 

  7. Jeong DG, "A Study on R-R Intervals, R-R Interval Variations, and Power Ratio of Low Frequency to High Frequency Band on the ECG in UARS Sleep Disorders Patients," J. Biomed. Eng Res, vol. 22, no. 2, pp. 197-204, 2001. 

  8. Babaeizadeh S, Zhou SH, Pittman SD and White DP, "Electrocardiogram- derived respiration in screening of sleep-disordered breathing," J Electrocardiol, vol. 44, no. 6, pp. 700-706, 2011. 

  9. Roche F, Pichot V, Sforza E, Court-Fortune I, Duverney D, Coste F, Garet M and Barthelemy JC, "Predicting sleep apnoea syndrome from heart period: a time-frequency wavelet analysis," Eur Respir J, vol. 22, no. 6, pp. 937-942, 2003. 

  10. Shouldice RB, O'Brien LM, O'Brien C, de Chazal P, Gozal D and Heneghan C, "Detection of obstructive sleep apnea in pediatric subjects using surface lead electrocardiogram features," Sleep, vol. 27, no. 4, pp. 784-792, 2004. 

  11. Nakano H, Tanigawa T, Furukawa T and Nishima S, "Automatic detection of sleep-disordered breathing from a singlechannel airflow record," Eur Respir J, vol. 29, no. 4, pp. 728- 736, 2007. 

  12. Ballester E, Solans M, Vila X, Hernandez L, Quinto LI, Bolivar I, Bardagi S and Montserrat JM, "Evaluation of a portable respiratory recording device for detecting apnoeas and hypopnoeas in subjects from a general population," Eur Respir J, vol. 16, no. 1, pp. 123-127, 2000. 

  13. Shochat T, Hadas N, Kerkhofs M, Herchuelz A, Penzel T, Peter JH and Lavie P, "The SleepStripTM: an apnoea screener for the early detection of sleep apnoea syndrome," Eur Respir J, vol. 19, no. 4, pp. 121-126, 2001. 

  14. Olson LG, Ambrogetti A and Gyulay SG, "Prediction of sleepdisordered breathing by unattended overnight oximetry," J Sleep Res, vol. 8, no. 1, pp. 51-55, 1999. 

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  21. EP. Widmaier, H. Raff and KT. Strang, Vander's human physiology: the mechanisms of body function (10th edition), 2009, pp. 416-421. 

  22. Lee SM, "Cardiac Output Measurement," Korean J Anesthesiol, vol. 46, no. 1, pp. 1-9, 2004. 

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  32. Fortin J, Habenbacher W, Heller A, Hacker A, Grullenberger R, Innerhofer J, Passath H, Wagner Ch, Haitchi G, Flotzinger D, Pacher R and Wach P, "Non-invasive beat-to-beat cardiac output monitoring by an improved method of transthoracic bioimpedance measurement," Comput Biol Med, vol. 36, no. 11, pp. 1185-1203, 2006. 

  33. Parmar CV, Prajapati DL, Chavda VV, Gokhale PA and Mehta HB, "A Study of Cardiac Parameters using Impedance Plethysmography (IPG) in Healthy Volunteers," J. Phys. Pharm. Adv, vol. 2, no. 11, pp. 365-379, 2012. 

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