양손 전극의 임피던스법을 이용한 심박출량 측정의 최적화

Abstract

본 연구는 ICG(Impedance Cardiography) 신호를 이용하여 1회 박출량을 검출할 때 사용자에게 편의성을 제공하며 기존의 수식에 새로운 파라미터를 추가 적용함으로써 양손 전극을 이용한 임피던스법을 이용할 경우에 적용할 수 있는 최적화된 알고리즘과 수식을 제안하고 검증하기 위한 것이다. 심박출량은 심장 박동을 통해 전신으로 나가는 분당 혈액 양으로, 심장 기능뿐만 아니라 전체 순환계의 상태를 반영하는 지표이며, 전신 조직의 자율적인 조절을 통해 통제된다. 심박출량의 저하는 심장에서 전신으로 원활한 산소의 공급을 할 수 없기 때문에 뇌의 손상이나 장기의 기능 저하로 인한 질병, 또는 죽음으로 이어질 수 있기 때문에 심장의 기능을 모니터링 하는 것은 매우 중요하다. 현재 임상에서 환자의 심박출량을 측정하기 위해 침습적인 방법과 비침습적인 방법들이 사용되고 있는데, 각각의 방법들에 대한 장․단점을 분석, 보완한 새로운 시스템을 제안한다.따라서 본 연구에서는 환자 및 사용자의 편의성을 고려해 양손에서 핸들 형식의 전극을 사용하여 ICG(Impedance Cardiography)를 측정하고 기존의 방법에 의한 1회 박출량 및 심박출량과 비교하고 나아가서 ICG 데이터에 포함되어 있는 심장의 역학적인 기능들을 평가한다. 또한 현재 널리 쓰이고 있는 ICG 수식에 심박출량에 영향을 줄 수 있는 혈관의 상태를 반영하는 PTT(Pulse Transit Time)과 PWV(Pulse Wave Velocity), 평균 동맥압(Mean Blood Pressure), BMI(Body Mass Index) 및 성별 등의 다양한 파라미터의 추가 적용을 통해 양손 임피던스법을 이용하여 1회 박출량을 추정하기 위한 최적화된 수식을 얻으려 한다. 양손에서 획득한 ICG 데이터는 다중회귀 분석을 통해 회귀모형을 분석하고 현재 임상에서 사용되고 있는 기존의 흉부 ICG 장비와 비교하며, 정확성을 파악하기 위해 심초음파에 의한 1회 박출량 및 심박출량과 비교한다. 또한 ICG를 이용해서 판단할 수 있는 심장의 역학적 기능들을 분석하여 좀 더 편리한 방법으로 환자나 사용자의 심장의 상태를 확인한다. 본 연구에서 제시한 시스템과 알고리즘의 분석을 위해 심장질환을 갖고 있지 않은 총 30명의 피험자(남 26, 여 4, 나이 22.0±3.32세)를 대상으로 실험을 진행하였다. 획득된 데이터는 LabVIEW 8.6을 이용하여 분석하였으며, SPSS 12.0을 이용하여 회귀모형을 만들고 그에 따라 상관분석을 실시하였다. 상관분석 결과 회귀모형에 사용 가능한 파라미터들로는 성별(gender), BMI, 평균동맥혈압(MBP), 좌심실방출시간(LVET), dZ/dt(max), 측정전극 사이의 거리, 체임피던스, PTT등이 이용되었다. 개인별의 미세한 차이를 보이기는 했지만 흉부와 양손에서의 ICG 측정값을 분석한 결과, 1회 박출량, 심박수, 심박출량의 상관성은 각각 R2=0.853, R2=0.958, R2=0.899로 비교적 높은 상관관계 회귀모형의 결과를 나타내었다. 따라서 임상에서 사용되고 있는 침습적․비침습적인 방법들을 대신하여 시술자의 큰 노력 없이도 환자로 하여금 용이하게 1회 박출량과 심박출량을 측정할 수 있으며, 가정에서도 손쉽게 자가진단을 가능케 할 것으로 판단된다. 또한 반영구적 전극을 사용함으로써 패치 전극에 대한 경제적 부담을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 본 연구에서 제시한 시스템과 같이 ECG, PPG, ICG의 동시측정을 통해 다중 파라미터의 검출을 가능하게 할 것으로 판단된다. 향후 본 연구에서 제시한 알고리즘과 시스템에 적용하기 위한 회귀모형 설계시, 많은 데이터 수집을 통해 다수의 실험 표본을 이용하여 회귀모형을 설계한다면 현재의 결과보다 뛰어난 알고리즘을 설계할 수 있을 것이다. 또한 더 높은 정확성을 위해서는 침습적인 심박출량 측정이 병행되어야 할 것이다.