수술시 시행되는 마취과정에서 마취가 깊지 못해서 깨어나는 각성으로 인하여 환자가 정신적 육체적으로 극심한 고통을 경험할 수 있다. 이러한 상태를 미연에 방지하기 위하여 수술중 마취심도를 측정하여 환자상태를 모니터링하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 실제 수술 시 사용 가능한 정량적인 지표 개발의 가능성을 보고자하였다. 이러한 지표로는 뇌파의 DFA에 의한 멱함수 지수와 바이스펙트럼지수들로 수술 중 이들 지표를 관찰하여 마취심도 측정 가능성을 검증하고자 하였다. 실험결과 수술 전단계에서는 바이스펙트럼이 전영역에 나타나고, DFA값은 감소하는 경향을 나타내었다. 수술 중 단계에서는 바이스펙트럼값이 저주파 대역으로 집중되어 나타나고, DFA값은 증가하는 경향을 나타내었다. 수술후 단계에서는 바이스펙트럼과 DFA값 모두 수술전 수준으로 돌아가는 현상을 관찰하였다. 따라서 바이스펙트럼의 피크 분포와 DFA값의 변화 경향은 마취 심도와 상관성이 밀접한 것으로 나타났다.
수술시 시행되는 마취과정에서 마취가 깊지 못해서 깨어나는 각성으로 인하여 환자가 정신적 육체적으로 극심한 고통을 경험할 수 있다. 이러한 상태를 미연에 방지하기 위하여 수술중 마취심도를 측정하여 환자상태를 모니터링하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 실제 수술 시 사용 가능한 정량적인 지표 개발의 가능성을 보고자하였다. 이러한 지표로는 뇌파의 DFA에 의한 멱함수 지수와 바이스펙트럼지수들로 수술 중 이들 지표를 관찰하여 마취심도 측정 가능성을 검증하고자 하였다. 실험결과 수술 전단계에서는 바이스펙트럼이 전영역에 나타나고, DFA값은 감소하는 경향을 나타내었다. 수술 중 단계에서는 바이스펙트럼값이 저주파 대역으로 집중되어 나타나고, DFA값은 증가하는 경향을 나타내었다. 수술후 단계에서는 바이스펙트럼과 DFA값 모두 수술전 수준으로 돌아가는 현상을 관찰하였다. 따라서 바이스펙트럼의 피크 분포와 DFA값의 변화 경향은 마취 심도와 상관성이 밀접한 것으로 나타났다.
Due to the anesthesia process is inappropriate on the operation, awakening state was appeared. Because of that patients suffered from severe mental and physical pain. To prevent the state, it is necessary to monitor the patients by measuring the depth of anesthesia. In this study, we investigate the...
Due to the anesthesia process is inappropriate on the operation, awakening state was appeared. Because of that patients suffered from severe mental and physical pain. To prevent the state, it is necessary to monitor the patients by measuring the depth of anesthesia. In this study, we investigate the possibility of the development of actual surgery available quantitative indicators. The DFA(detrended fluctuation analysis) which is included the correlation property of the EEG is used to analysis the depth of anesthesia and bispctrum index. In the results, at the pre-operation, the peak of bispectrum was widely distributed, DFA value was decreased. At the during operation, bispectrum was concentrically appeared in the low frequency area. At the post operation, bispectrum and DFA was both returned to the pre-operation state. As a result, we confirmed to be close correlation between the peaks of the bispectrum and DFA value.
Due to the anesthesia process is inappropriate on the operation, awakening state was appeared. Because of that patients suffered from severe mental and physical pain. To prevent the state, it is necessary to monitor the patients by measuring the depth of anesthesia. In this study, we investigate the possibility of the development of actual surgery available quantitative indicators. The DFA(detrended fluctuation analysis) which is included the correlation property of the EEG is used to analysis the depth of anesthesia and bispctrum index. In the results, at the pre-operation, the peak of bispectrum was widely distributed, DFA value was decreased. At the during operation, bispectrum was concentrically appeared in the low frequency area. At the post operation, bispectrum and DFA was both returned to the pre-operation state. As a result, we confirmed to be close correlation between the peaks of the bispectrum and DFA value.
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문제 정의
뇌파의 비선형성을 표현할 수 있는 바이스펙트럼분석을 통해 새로운 지표 개발을 시도하고자 하였다. 이를 위해 2차원 맵을 통해 바이스펙트럼분석이 마취 단계별로 특성화된 양상으로 나타남을 확인함으로써 바이스펙트럼 분석의 유용성을 확인 하였다.
본 연구에서는 실제 수술 시 사용 가능한 정량적인 진통 효과 지표 개발의 가능성을 보고자하였다. 이러한 지표로는 뇌파의 DFA에 의한 멱함수 지수와 BIS들로 수술 중 이들 지표를 관찰하여 마취심도 측정 가능성을 검증하고자 하였다.
본 연구에서는 실제 수술 시 사용 가능한 정량적인 진통 효과 지표 개발의 가능성을 보고자하였다. 이러한 지표로는 뇌파의 DFA에 의한 멱함수 지수와 BIS들로 수술 중 이들 지표를 관찰하여 마취심도 측정 가능성을 검증하고자 하였다.
가설 설정
분석 하고자하는 데이터의 길이가 N인 뇌파 신호를 x(t)라고 가정 하였다. DFA 알고리듬의 첫 번째 단계 x(t) 신호를 적분하는 것으로 식(3)에나타 내었다.
제안 방법
본 연구에서 실험 환자들에게서 거의 동일한 위치에서 피크 출현 현상을 보임으로써 유의한 특성을 관찰 할 수 있었다. 따라서 이 피크 출현 정보를 인덱스 추출에 이용하여 마취심도를 평가하였다.
본 연구에서는 실시간 (매 5초)으로 비선형 바이스펙트럼 분석을 실행하였고, 그 결과를 2차원 맵의 형태로 출력 하였다. 마취 진행 단계에 따른 2차원 맵은 주요 마취 진행 과정, 즉 수술전(각성상태), 수술중(마취중), 수술후(각성상태)의 상태를 잘 반영 하는 것으로 관찰되어 졌다
수술 도착 후 의식 소실 목적으로 Thiopental sodium 4 mg/kg을 투여하고, 흡입 마취제인enflurane를 투여하여 1.6-2.0%로 유지하였다.
뇌파의 비선형성을 표현할 수 있는 바이스펙트럼분석을 통해 새로운 지표 개발을 시도하고자 하였다. 이를 위해 2차원 맵을 통해 바이스펙트럼분석이 마취 단계별로 특성화된 양상으로 나타남을 확인함으로써 바이스펙트럼 분석의 유용성을 확인 하였다. 2차원 맵형태의 바이스펙트럼의 영상을 정량화된 수치로 표현할 필요성이 있었다.
대상 데이터
마취환자의 뇌파 신호를 계측하기 위하여 P병원 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 구한 후 뇌파 데이터를 획득하였다. 대상 환자의 평균 연령 48.
이론/모형
뇌파 신호 획득을 위하여 생체신호계측기(PhysioLab 400, PhysioLab Co., KOREA)를 사용하였고, 전두엽 FP1 전극 배치법을 사용하여 뇌파를 측정하였다.
성능/효과
α2,α3도 비슷한 경향을 나타내었다. 2차원 영상형태로 나타나는 바이스펙트럼은 수술전 단계에는 피크값이 전구간에 걸쳐 나타나고, DFA의 값은 기관내 삽관기간을 제외하면 감소하는 경향을 나타내었다. 수술중 단계에서는 바이스펙트럼의 피크값이 1 ~ 15 Hz 이내에 집중되어 나타나고, DFA의 값은 증가하는 경향을 나타내었다.
마취 약제를 중지한 마취 후단계에서는α1의 값이 감소하여 수술전 단계의 값까지 회복됨을 알 수 있었다.
본 실험에서 알 수 있듯이 수술 중 마취 단계에 따라서 바이스펙트럼의 피크 분포와 DFA값의 변화 경향은 마취 심도와 상관성이 밀접한 것으로 나타났다. 추후 이를 이용하여 마취심도를 측정할 수 있는 정량적인 파라미터 개발에 이용할 수 있을 것으로 생각된다.
본 연구에서 실험 환자들에게서 거의 동일한 위치에서 피크 출현 현상을 보임으로써 유의한 특성을 관찰 할 수 있었다. 따라서 이 피크 출현 정보를 인덱스 추출에 이용하여 마취심도를 평가하였다.
수술 전인 각성 상태에서의 파워스펙트럼 밀도분포는 1 ~ 32 Hz 전구간에 걸쳐 나타나고, 짙은 적색의 피크는 주로 10, 10Hz 주파수 좌표 이상의 구간에서 주로 출현하고 있음을 확인 할 수 있다. 수술 중 데이터에서는 파워스펙트럼 밀도분포가 현격하게 1 ~ 15 Hz 이내에 집중 되어짐을 확인 할 수 있고, 또한 적색으로 표시되는 주요 피크가 10, 10 Hz 주파수 좌표 지점 이내에 집중되어 나타남을 확인 할 수 있다. 수술 후 (각성상태) 상태에서는 수술 전과 유사하게 파워스펙트럼 밀도 분포는 전구간 1 ~ 32Hz에 걸쳐 나타나고 주요 짙은 적색으로 나타나는 피크는 10,10Hz 주파수 좌표 이상의 구간에서 주로 출현하고 있음을 확인 할 수 있다.
수술 중 데이터에서는 파워스펙트럼 밀도분포가 현격하게 1 ~ 15 Hz 이내에 집중 되어짐을 확인 할 수 있고, 또한 적색으로 표시되는 주요 피크가 10, 10 Hz 주파수 좌표 지점 이내에 집중되어 나타남을 확인 할 수 있다. 수술 후 (각성상태) 상태에서는 수술 전과 유사하게 파워스펙트럼 밀도 분포는 전구간 1 ~ 32Hz에 걸쳐 나타나고 주요 짙은 적색으로 나타나는 피크는 10,10Hz 주파수 좌표 이상의 구간에서 주로 출현하고 있음을 확인 할 수 있다.
수술중 단계에서는 바이스펙트럼의 피크값이 1 ~ 15 Hz 이내에 집중되어 나타나고, DFA의 값은 증가하는 경향을 나타내었다. 수술 후 단계에서는 바이스펙트럼은 수술 전단계와 같은 수준으로 피크값이 전구간에 걸쳐 나타나고, DFA의 값은 수술전 단계의 값 수준으로 감소하는 경향을 나타내었다.
후속연구
본 실험에서 알 수 있듯이 수술 중 마취 단계에 따라서 바이스펙트럼의 피크 분포와 DFA값의 변화 경향은 마취 심도와 상관성이 밀접한 것으로 나타났다. 추후 이를 이용하여 마취심도를 측정할 수 있는 정량적인 파라미터 개발에 이용할 수 있을 것으로 생각된다.
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