본 연구에서는 종래의 심박출량 및 일회 심박동량 측정장치를 휴대용 시스템으로 구현하기 위한 회로 설계방법을 연구하였다. 휴대용 시스템의 설계를 위한 아날로그 부분은 인체 안전을 위한 아이솔레이션 증폭기, 변복조기, 0.1Hz 고역통과 필터 및 잡음제거 회로로 구성되며, 연속 심박출량 모니터링 및 연산을 위한 디지탈 부분은 TMS32030C를 이용한 회로로 구성이 된다. 또한 기존의 방법에서의 문제점을 개선하기 위해 연속 심박출량 연산을 위한 새로운 알고리듬을 제안하였다. 제안된 방법은 앙상블 평균시에 기존의 심전도 R피이크 점을 기준으로 하지 않고, 임피던스 신호의 dZ/dt 최대점을 이용하는 방법을 적용하였다. 제안한 심박출량 신호처리 알고리듬을 이용하여 측정된 임피던스 신호를 분석한 결과 최대 25.5 %까지 개선됨을 확인하였다.
본 연구는 심초음파를 이용한 심박출량 측정의 정확성을 평가하고, 수의학에서 심박출량 측정을 위해 처음 적용되는 Automated Contour Tracking method (ACT method)와 다른 심초음파 측정 방법간의 비교를 위한 목적으로 실시되었다. 따라서 본 연구에서는 흡입마취된 비글견에서 심초음파를 이용한 세가지 심박출량 측정 방법 (modified Simpson's method, left ventricular outflow method 그리고 ACT method)과 절대적 표준법으로 사용되어 오고 있는 열희석법의 성적을 비교 분석하였다. 결과의 검정은 피어슨 상관계수와 선형 회귀 분석법을 사용하였다. 실험에 사용된 실험견은 심혈관계 및 전신상태에 이상이 없는 10마리 비글견이며 호흡마취 유도하에 평가가 실시되었다. 실험은 심초음파법으로 측정한 다음 연이어 열희석법으로 측정하는 순서로 진행되었다. 세 가지 심초음파 측정법들은 모두 열 희석법과 유의적인 상관관계(p < 0.05)에 있음을 알 수 있었고 특히, 세 가지 방법 중에서는 ACT method에서 상관관계가 가장 높음을 확인할 수 있었다. 본 실험에서 심초음파를 이용한 심박출량 측정법은 절대적인 심박출량을 제시하지 못하였다. 하지만 심박출량 측정의 절대적 표준법으로 사용되는 열희석법과 유의적인 상관관계가 있음이 확인 되었으므로 심박출량의 간접적인 정보로 활용함으로써 환자의 마취시에 발생할 수 있는 혈역학적 장애의 발견이나 교정을 위해서 유용하게 사용될 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 심폐기능에 이상이 있는 중환자의 상태를 감시 및 진단하기 위한 방법으로 Swan-Ganz Catheter를 체내에 삽입하여, 지속적인 심박출량 데이터를 기존 장비들 보다 정밀하게 측정할 수 있는 모듈을 개발하고자 한다. 이전에 차가운 수액을 심장 내에 주입하여 심박출량을 측정하는 방법은 지속적인 환자의 감시 및 진단이 힘들다는 점을 보완하여 지속적인 심박출량 측정을 통해 심폐기능 문제를 가진 중환자를 보다 효과적이고 정확한 진단과 치료를 가능하게 한다.
심실의 내부는 유두근이나 trabecular와 같은 해부학적 구조물들로 인해 복잡한 형태를 띄고 있다. 그러한 복잡한 구조는 MR 영상을 이용한 심박출량 측정시 오차를 유발시킬 수 있으며, 만약 오차를 줄이기 위해 수작업을 하게 된다면 많은 수고와 시간이 필요하게 될 것이다. 본 연구에서는 threshold 기법을 이용하여 짧은 시간동안에 정확하게 복잡한 구조를 가진 심실의 심박출량을 측정하고자 하였다. 7 명의 환자에 대해 l.5T 급 MR 장치 (INTERA, Philips, Netherlands)를 이용하여 short-axis cardiac MR 영상을 획득하였다. 한 환자에 대해서 8개에서 10개의 슬라이스 영상을 8-10 mm의 두께로, 하나의 심장주기(cardiac cycle)동안 일정한 시간간격으로 25 개의 영상을 획득하였으며, 펄스시퀀스로는 ECG-gated segmented balanced fast field echo (TR/TE = 3ms/1.56ms)를 사용하였다. 획득된 영상은 PC(threshold 기법)와 workstation (기존의 수동 및 자동 segmentation 기법)로 DICOM 형태로 전송되었다. 측정은 IDL을 이용하여 자체 제작된 소프트웨어와 상용화된 소프트웨어 (MASS 5.0, MEDIS, Netherlands)를 이용하여 분석되었다. MR 영상에서 심내벽 부위를 추출하기 위하여 자체제작된 소프트웨어로는 threshold 기법을, 상용 소프트웨어로는 기존의 수동 및 자동 기법을 이용하였다. 심박출량은 최대수축기와 이완기 사이의 용적 차이로써 계산되었으며, 좌심실 및 우심실 모두에 대해 수행되었다. 또한, 해부학적 구조의 복잡도에 따른 측정방법의 정확도를 확인하기 위해 유두근 및 trabecular의 hypertrophy의 정도를 3 단계로 구분하고 측정된 값들을 통계적으로 분석하였다. Hypertrophy가 약한 그룹에서는 기존의 수동방식과 threshold 기법간의 의미있는 차이가 없었으며 (p=0.372), 기존의 수동 및 자동방식 간에도 큰 차이가 없었다 (p=0.298). 그러나, hypertrophy가 심한 그룹에서는 수동방식 및 자동방식 측정치 사이에 통계적으로 유의한 차이를 보임을 알 수 있었다 (p=0.044). 그러나, threshold 기법과 수동방식 사이에는 유의한 차이가 없었다 (p=0.l94). 분석시간은 threshold 기법이 기존의 수동방식에 비해서 두배정도 빠르다는 것을 알 수 있었다, Threshold 기법은 심박출량 측정에 있어서 정확하면서도 빠른 결과의 도출이 가능했으며, 특히 심내벽의 구조가 복잡한 경우에 그 효과가 증대됨을 알 수 있었다.
13명의 환자에 있어서 새로운 비관혈적 방법에 의한 심박출량을 계산하고, 열희석에 의한 방법으로 측정한 심박출량과 비교하였다. 본 논문에서 사용한 비관혈적 펄스 전달 방법은 대동맥 모델에서의 최적 매개변수 방법을 사용하였다. 모델의 최적 매개변수는 맥압의 첫번째 고주파 전달함수에서 측정치와 계산치의 차이를 최소화하는 조건에 의하여 계산하였다. 전달함수의 2개의 펄스는 각각 경동맥동과 대퇴동맥에서 Piezo-resistive Pulse Microphone을 사용하여 측정하였고, 대동맥의 직경은 초음파 방법을 사용하여 측정하였다. 13명의 환자에게서 16가지 측정을 해서 열희석과 비관혈적 방법은 0.89의 상관계수를 보여주었다.
이동형 작동기 방식의 완전이식형 인공심장을 대상으로 부가적인 체적보상실(compliance chamber)이 필요없는 새로운 균형적 심방압 유지방법을 개발하였다. 이동작동기으 lqleocld 원주운동을 통하여 좌우심박출의 균형을 유지할 수 있었으며, 두 시실 사이의 공간에 존재하는 공기가 심박출량 차이를 보상하도록 고안되었다. 인공심장 표면이 가변적인 부분은 좌우 심박출량의 균형 보상을 도와주게 된다. 그러나 인공심장 표면의 가변성을 높일 경우, 전체 심박출량의 감소를 유발할 수 있다. 본 논문에서는 두 심실사의 공기량을 조절하여 좌우 심박출량의 균형 및 전체 심박량에 대하여 좋은 조건을 모의 순환 실험을 통하여 결정하였다. 새로운 인공심장은 63kg의 양에 이식하여 3일간 생존하였으며, 생존기간중 평균심박출량은 4.21/min 이었으며, 심방압은 15mmHg 이하로 유지되었다.
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.
본 논문에서는 심폐기능에 이상이 있는 중환자의 상태를 진단하거나 치료 방향을 정하기 위하여 심박 출량을 측정하는 플랫폼 구현에 관한 연구로써, 센서가 내장된 Swan-Ganz Catheter를 체내에 삽입 후, 생리식염수를 투입하여 생기는 온도변화량을 열희석법을 이용하여 심박출량을 구하는 방법을 사용한다. Swan-Ganz Catheter는 온도센서와 압력센서를 포함하고 있으며 이를 통해 입력되는 센서 값을 보다 세밀하게 수집한다면 심박출량, 전선 및 폐혈관저항, 산소소모량 등을 보다 정확하게 계산해 낼 수가 있으므로 환자의 상태를 보다 정확하게 진단 및 치료가 가능하게 한다.
복와위는 신체 후부 노출이 필요한 척추 수술을 위해 주로 사용되고 있으며 수술부위로의 접근이 용이하고 수술 도중에 척추를 안정적으로 유지해주는 장점이 있다. 하지만 전신마취하에 있는 환자를 앙와위에서 복와위로의 전환은 여러 가지 부작용을 동반하며 특히 순환기계의 변화를 초래할 수 있다. 이를 줄이기 위해 다양한 복와위 전용 수술대들이 연구 개발되어 임상에 사용되고 있다. 이에 저자들은 앙와위에서 복와위로의 체위 변환 시에 Jackson spinal surgery table의 이용이 체위에 의한 압박 때문에 생기는 환자의 순환기계 변화를 얼마나 효과적으로 줄여줄 수 있는지 알아보고자 하였다. 본 연구는 추간판탈출증, 퇴행성척추전방전위증, 척추협착증의 진단 하에 본원 정형외과와 신경외과에서 수술을 받기로 예정된 환자 중 미국 마취과학회 신체등급 분류 1급 또는 2급에 해당하는 성인 환자 30명을 대상으로 하였다. 연구 대상 환자의 성별은 남자가 15명, 여자가 15명이었고, 심혈관계나 호흡기계 질환이 있는 환자는 연구 대상에서 제외하였다. 모든 환자는 마취전투약으로 수술 시작 1시간 전에 glycopyrrolate 0.2 mg, fentanyl $1{\mu}g/kg$을 근주하였으며 수술실에 도착한 후 비침습적 자동 혈압 측정기, 심전도 및 맥박산소 계측기를 거치하였다. Thiopental sodium과 vecuronium으로 마취를 유도하였으며 환자의 의식소실과 충분한 근이완을 확인한 후 기관내 삽관을 시행하였다. Enflurane 1.5-2.0 vol%와 $O_2$, $N_2O$ 각각 2 L/min을 사용하여 마취유지를 하였으며 급격한 활력 징후의 변동으로 마취유지가 용의치 않은 경우는 연구 대상에서 제외시켰다. 환자의 활력 징후 안정 후 요골 동맥에 카테터를 거치하여 지속적으로 동맥압을 측정하였고, 우측 쇄골하 정맥에 중심정맥 카테터를 거치하여 중심정맥압을 측정하였다. 부분재호흡 심박출량 감시기 ($NICO^{(R)}$, Novametrix Medical Systems INC., USA)를 통해 비침습적으로 환자의 심박출량을 측정하였다. 앙와위에서 복와위로 체위변경 직전에 심박출 계수, 심박출량, 평균동맥압, 심박수, 중심정맥압을 측정하여 앙와위의 값으로 삼았으며, 척추 수술 전용 수술대인 Jackson spinal surgery table을 사용하여 복와위를 취하였다. 복와위로 체위 변경 뒤 심박출 계수, 심박출량, 평균동맥압, 심박수, 중심정맥압을 측정하여 복와위의 값으로 기록하였다. 본 연구 결과 앙와위와 복와위의 혈역학적 지수의 비교시 심박수와 평균동맥압은 별다른 차이가 없었다. 중심정맥압은 유의한 정도는 아니지만 감소 소견을 보여 수술시 출혈의 위험성을 감소시킬 것으로 생각된다. 심박출량과 심박출 계수도 유의한 감소 소견을 보였으나 convex saddle table을 이용한 경우와 kneechest position을 취한 경우보다 적은 변화를 보여 Jackson spinal surgery table의 사용은 유용할 것으로 사료된다. 그러나 Jackson spinal surgery table을 사용하여 복부와 흉부에 과도한 압력이 가해지지 않더라도 유의한 심박출량 감소가 있을 수 있음을 유념해야 할 것이다. 특히 심폐여력이 부족한 환자들에 있어서는 심박출량의 감소는 위험한 결과를 초래할 수 있으므로 복와위에 의한 생리적 변화에 관한 충분한 이해와 함께 마취 시 보다 적극적인 감시와 관리가 요구된다고 여겨진다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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