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[국내논문] 광용적맥파 미분 파형 기반 수술 후 통증 평가 가능성 고찰
Postoperative Pain Assessment based on Derivative Waveform of Photoplethysmogram 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.67 no.7, 2018년, pp.962 - 968  

석현석 (Dept. of Biomedical Engineering, Chonnam National University) ,  신항식 (Dept. of Biomedical Engineering, Chonnam National University)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, we developed novel indicators to assess postoperative pain based on PPG derivative waveform. As the candidate indicator of postoperative pain assessment, the time from the start of beating to the n-th peak($T_n$) and the n-th peak amplitude($A_n$) of the PPG deri...

주제어

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문제 정의

  • 따라서 통증 강도 평가에 앞서 통증 유무 평가는 실제 임상에서 활용도가 높다고 할 수 있다. 따라서 이 연구에서는 제안된 지표가 통증의 유무를 평가할 수 있는지 확인하는 것을 주요 목표로 하였고 특히 의식이 있는 경우에 정확도를 향상시키기 위해 수술 후 통증(postoperative pain) 상황에서 통증 유무 판별 여부를 평가하였다.
  • PPG를 사용하여 통증을 평가한 이전 연구에서는 PPG 파형의 수축기 면적, 이완기 면적, 진폭, 수축기 시간, 이완기 시간과 같은 파형 지표를 통해 통증 유무를 평가 해왔으며[18], 최근 연구 에서는 PPG의 연속된 진폭 변화, 이완기 시간 구간 길이가 통증과 상관성이 있다는 결과가 보고된 바 있다[19]. 이 연구는 통증 평가에 활용될 수 있는 새로운 지표를 발굴하는 것을 목표로 하며 이를 위해 기존에 연구된바 없는 PPG의 미분파형으로부터 새로운 통증 평가 지표를 도출하고 활용 가능성을 검토하였다. 임상에서 진통제 투여는 통증의 강도에 따라 투여량을 조절하기 보다는 통증의 유무에 따라 통증이 사라질 때까지 정량의 진통제를 반복적으로 투여하는 것이 일반적이다.

가설 설정

  • , Massachusetts, US)의 findpeaks 함수를 사용하여 추출하였고 극점의 정확성을 확인하기 위해 수동으로 극점 무결성 검증 과정을 진행하였다. 이 연구에서는 일반적인 PPG파형을 가정하여 극점의 개수가 4개 미만일 경우는 분석에서 제외 하였다. 그림 2의 우측 그림과 같은 극점이 2개인 경우는 제안 된 지표 중 n=1, end인 경우로 향후 적용이 가능하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SPI란? 생체신호 기반 통증 평가 기술 중 자율신경활동 변화를 관찰하여 통증을 추정하는 기술인 SPI(Surgical Pleth Index, GE Healthcare, Chicago, USA)는 임상적으로 자주 활용되는 통증 평가 지표이다. SPI는 광용적맥파(Photoplethysmogram; PPG)를 통해 측정된 정규화 된 진폭(PPG Amplitude; PPGA norm ) 과 정규화 된 심박 간격(Heart Beat Interval; HBI norm )의 조합 지표로 식 (1)과 같은 수식으로 표현된다. 측정된 값은 0에서 100까지의 점수로 표현되고 점수가 높을수록 더 강한 통증을 의미한다[10].
진통제의 목적은? 수술 후 적절한 통증 관리는 환자의 건강 회복에 중요한 과정으로 예후 향상 및 의료비용 감소에 도움이 될 수 있다. 대부분의 통증 관리에는 자율신경계를 둔화시키는 것을 목적으로 진통제가 널리 사용되고 있다[1]. 진통제 투여 여부는 대부분의 경우 의사가 주변상황 및 환자의 생체 신호를 종합적으로 분석하여 결정하여 왔으나 최근에는 환자의 통증 상태를 추정하는 의료기기의 측정 결과를 참고하기도 한다.
SPI 값의 의미는? SPI는 광용적맥파(Photoplethysmogram; PPG)를 통해 측정된 정규화 된 진폭(PPG Amplitude; PPGA norm ) 과 정규화 된 심박 간격(Heart Beat Interval; HBI norm )의 조합 지표로 식 (1)과 같은 수식으로 표현된다. 측정된 값은 0에서 100까지의 점수로 표현되고 점수가 높을수록 더 강한 통증을 의미한다[10]. 이 때, 통증 유무 구분은 SPI 50을 기준으로 한다.
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참고문헌 (25)

  1. M. Elgendi, "On the analysis of fingertip photoplethysmogram signals", Current cardiology reviews, vol. 8, no. 1, pp. 14-25, 2012. 

  2. I. Bergmann et al., "Surgical pleth index-guided remifentanil administration reduces remifentanil and propofol consumption and shortens recovery times in outpatient anaesthesia", British journal of anaesthesia, vol. 110, no. 4, pp. 622-628, 2012. 

  3. C. Apfel et al., "Evidence-based analysis of risk factors for postoperative nausea and vomiting", British journal of anaesthesia, vol. 109, no. 5, pp. 742-753, 2012. 

  4. A. M. Carlsson, "Assessment of chronic pain. I. Aspects of the reliability and validity of the visual analogue scale", Pain, vol. 16, no. 1, pp. 87-101, 1983. 

  5. P. E. Bijur, C. T. Latimer, and E. J. Gallagher, "Validation of a verbally administered numerical rating scale of acute pain for use in the emergency department", Academic Emergency Medicine, vol. 10, no. 4, pp. 390-392, 2003. 

  6. L. J. DeLoach, M. S. Higgins, A. B. Caplan, and J. L. Stiff, "The visual analog scale in the immediate postoperative period: intrasubject variability and correlation with a numeric scale", Anesthesia & Analgesia, vol. 86, no. 1, pp. 102-106, 1998. 

  7. M. Luginbuhl, H. Ypparila-Wolters, M. Rufenacht, S. Petersen-Felix, and I. Korhonen, "Heart rate variability does not discriminate between different levels of haemodynamic responsiveness during surgical anaesthesia", British journal of anaesthesia, vol. 98, no. 6, pp. 728-736, 2007. 

  8. D. M. Mathews, L. Clark, J. Johansen, E. Matute, and C. V. Seshagiri, "Increases in electroencephalogram and electromyogram variability are associated with an increased incidence of intraoperative somatic response", Anesthesia & Analgesia, vol. 114, no. 4, pp. 759-770, 2012. 

  9. P. Wheeler, W. E. Hoffman, V. L. Baughman, and H. Koenig, "Response entropy increases during painful stimulation", Journal of neurosurgical anesthesiology, vol. 17, no. 2, pp. 86-90, 2005. 

  10. M. Huiku et al., "Assessment of surgical stress during general anaesthesia", British journal of anaesthesia, vol. 98, no. 4, pp. 447-455, 2007. 

  11. M. Huiku, L. Kamppari, and M. H. Viertio-Oja, "Surgical Plethysmographic Index (SPI) in Anesthesia Practice", GE Healthcare, 2014. 

  12. T. Ledowski, D. Sommerfield, L. Slevin, J. Conrad, and B. von Ungern-Sternberg, "Surgical pleth index: prediction of postoperative pain in children?", BJA: British Journal of Anaesthesia, vol. 119, no. 5, pp. 979-983, 2017. 

  13. T. Ledowski, B. Ang, T. Schmarbeck, and J. Rhodes, "Monitoring of sympathetic tone to assess postoperative pain: skin conductance vs surgical stress index", Anaesthesia, vol. 64, no. 7, pp. 727-731, 2009. 

  14. H. Kallio, L. Lindberg, A. Majander, K. Uutela, M. Niskanen, and M. Paloheimo, "Measurement of surgical stress in anaesthetized children", British journal of anaesthesia, vol. 101, no. 3, pp. 383-389, 2008. 

  15. J. Allen, "Photoplethysmography and its application in clinical physiological measurement", Physiological measurement, vol. 28, no. 3, p. R1, 2007. 

  16. K. H. Shelley, "Photoplethysmography: beyond the calculation of arterial oxygen saturation and heart rate", Anesthesia & Analgesia, vol. 105, no. 6, pp. S31-S36, 2007. 

  17. A. K. Jaryal, N. Selvaraj, J. Santhosh, S. Anand, and K. K. Deepak, "Monitoring of cardiovascular reactivity to cold stress using digital volume pulse characteristics in health and diabetes", Journal of clinical monitoring and computing, vol. 23, no. 2, p. 123, 2009. 

  18. Y. L. Yang, H. S. Seok, and H. Shin, "Analysis of systolic and diastolic waveform characteristic of photoplethysmogram according to the surgical pain", Information and Control Symposium, pp. 36-37, 2017. 

  19. H. S. Seok and H. S. Shin, "Investigation of the pulse to pulse interval and amplitude variation of photoplethysmogram as a pain assessment parameter during anesthesia", Journal of Korean Institute of Intelligent Systems, 2018 (accepted) 

  20. H. S. Shin, C. Lee, and M. Lee, "Adaptive threshold method for the peak detection of photoplethysmographic waveform", Computers in biology and medicine, vol. 39, no. 12, pp. 1145-1152, 2009. 

  21. W. F. Jackson, "Ion channels and vascular tone", Hypertension, vol. 35, no. 1, pp. 173-178, 2000. 

  22. T. Bennett, Nervous Control of Blood Vessels: The Autonomic Nervous System. Taylor & Francis, 1996. 

  23. C. J. Woolf and R. J. Mannion, "Neuropathic pain: aetiology, symptoms, mechanisms, and management", The lancet, vol. 353, no. 9168, pp. 1959-1964, 1999. 

  24. Kennedy, Harold L., et al. "Beta-blocker therapy in the cardiac arrhythmia suppression trial", American Journal of Cardiology, vol. 74, no. 7 pp. 674-680, 1994. 

  25. M. R. Rosenzweig, S. M. Breedlove, and A. L. Leiman, Biological psychology: An introduction to behavioral, cognitive, and clinical neuroscience. Sinauer Associates, 2002. 

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