KR102734192B1

KR102734192B1 - 변형된 Fick 방법을 이용한 심박출량 추정법

Info

Publication number: KR102734192B1
Application number: KR1020220108212A
Authority: KR
Inventors: 홍부휘; 구윤서; 오차현
Original assignee: 충남대학교 산학협력단; 충남대학교병원
Priority date: 2022-08-29
Filing date: 2022-08-29
Publication date: 2024-11-26
Anticipated expiration: 2042-08-29
Also published as: KR20240029880A

Abstract

본 발명은 종래 Fick 방법의 추정 오류를 보정할 수 있는 변형된 Fick 방법을 이용한 심박출량 추정 방법에 관한 것으로, 본 발명의 변형된 Fick 방법은 현존하는 심박출량 추정법(동맥압 파형 분석)보다 우수한 성능을 보이고 추정의 시간 지연이 없으므로, 수술 중 혈역학 감시, 중환자실 및 응급실 환자의 혈역학 감시 및 소아 심박출량 추정 등에 다양하게 이용될 수 있을 것이다.

Description

변형된 Fick 방법을 이용한 심박출량 추정법{Estimating method for Cardiac Output using modified Fick's method}

본 발명은 보정법 도입 또는 변수의 간소화를 도입한 변형된 Fick 방법을 이용한 심박출량 추정법에 관한 것이다.

심박출량(cardiac output)은 단위 시간 동안 심장의 박동을 통해 신체로 퍼져나가는 혈액의 양으로서, 심박수(heart rate)와 일회 박출량(stroke volume)을 곱한 것과 같으며, 심장 기능뿐만 아니라 전체 순환계의 상태를 반영하는 지표가 된다.

심장 박동 및 혈압 등과 같은 전통적인 활력 징후는 장기관류를 직접적으로 반영하지 않는다. 최적의 장기관류를 보장하여 임상 결과를 개선하기 위해 심박출량 측정을 위한 다양한 모니터링 장치가 개발되어 임상 실습에 도입되었다. 심박출량 추정의 표준 방법은 폐동맥 카테터를 통한 열희석(thermodilution) 기법이다. 이 방법은 열을 지표로 사용하고 시간에 따른 열희석 곡선을 그려 심박출량을 계산하는데, 상기 기술은 일정한 흐름(즉, 일정한 심박출량)을 가정하기 때문에 관류 변화 중에는 심박출량의 정확한 추정치를 제공할 수 없다. 또한, 상기와 같은 한계로 인해 연속으로 추정된 심박출량과 실제 심박출량 사이에는 5~15분의 시간 지연이 발생한다. 또한, 상기 추정은 역류 흐름(예, 삼첨판 역류)과 체온의 변화에 영향을 받는 한계가 있다.

동맥압파형 파생 심박출량(arterial pressure waveform-derived cardiac output, APCO) 추정 기술은 신속하게 결정된 생리학적 파라미터(즉, 동맥 파형)를 기반으로 하기 때문에 열희석법의 상기와 같은 제한으로부터 자유롭다. 또한 APCO 방법은 열희석법보다 더 쉽게 이용할 수 있는 특성을 가지므로 수술 중, 및 중요한 환자 치료에 APCO 기법을 사용할 수 있다. 그러나 APCO 기법은 교정 프로세스 후에도 상당한 오류를 발생시키는 것으로 보고되었다(Krejci V. et al., Liver Transpl 2010; 16: 773-82).

또한, 심박출량은 Fick 방법에 의해서도 추정될 수 있는데, Fick 방법은 총 산소 소모량은 심박출량과 동맥-정맥 산소함유량 차이의 곱에 해당한다는 이론적 배경에 기초한다. 이 방법은 실시간으로 측정된 파라미터(즉, 혼합 정맥혈 산소포화도; SvO₂)를 기반으로 하기 때문에 거의 실시간 추정치를 제공할 수 있는 이론적 가능성이 있다. 더욱이, Fick 방법은 삼첨판 역류로 인한 오류가 없다. Fick 방법은 심박출량을 측정하기 위한 표준으로 간주되지만 수술 중 환경에서 상기 방법의 사용을 제한하는 몇 가지 기술적 문제가 있는데, 그 한계는 다음과 같다: (1) 산소 소모량의 정확한 측정이 어려움, (2) 높은 흡기산소분율 또는 작은 동정맥 산소함량 차이로 인한 오류 증폭, (3) 폐의 산소 소비량이 무시되어 심박출량을 과대평가할 수 있는 가능성. 따라서 현재, Fick의 방법은 일반적으로 심장 카테터 삽입 실험실에 국한되어 사용된다.

상술한 한계들로 인한 오류는 Fick 방법에 몇 가지 수정을 가함으로써 극복할 수 있다.

한편, 한국공개특허 제2018-0049646호에는 맥파(pulse wave)를 이용한 '심박출량 추정 방법 및 심박출량 추정 장치'이 개시되어 있고, 한국공개특허 제2013-0095862호에는 '혈압으로부터 심박출량을 측정하는 방법'이 개시되어 있으나, 본 발명의 '변형된 Fick 방법을 이용한 심박출량 추정법'에 대해서는 기재된 바가 없다.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자들은 종래 Fick 방법의 제한점을 극복하기 위해, 심폐기 비가동 관상동맥우회술 수술 중 획득된 생리학적 데이터의 기록과 인공호흡기에서 얻은 산소 소모량 데이터를 사용하여 변형된 Fick 방법을 디자인하였다.

도출된 변형 Fick 방정식의 정확도, 정밀도 및 경향추적 능력(trending ability) 은 폐동맥 카테터를 이용한 연속 열희석 심박출량 추정의 STAT 모드 (이하 CCO)를 기준으로 평가 하였으며, 동맥압파형 분석 방식의 기존 방법의 성능과 비교한 결과, 본 발명에 따른 변형된 Fick 방정식을 이용한 심박출량의 추정이 기존 방법보다 편향(bias)이 작고 정확도가 우수한 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 피검체에서 침습적 또는 비침습적인 측정법을 통해 심박출량 측정에 필요한 생리학적 데이터를 얻는 단계;

상기 데이터를 하기 수학식 1로 표시되는 Fick 공식에 적용하는 단계; 및

상기 수학식 1에서 얻어진 값을 토대로 하기 수학식 2-1과 2-2 또는 수학식 3으로 표시되는 변형된 Fick 공식에 적용하는 단계;를 포함하는, 피검체의 심박출량(cardiac output) 추정 방법을 제공한다.

[수학식 1]

CO-Fick (L/min) = VO₂ / AVO₂-diff

(CO-Fick: 수학식 1을 통해 도출된 심박출량, VO₂: 산소 소모량, AVO₂-diff: 동정맥 산소함량 차이)

[수학식 2-1]

Error-AVO₂-diff

= a1×Log₂CO-Fick + a2×SvO₂ - a3×Log₂CO-Fick×SvO₂ +

a4×I-E O₂ + intercept

(AVO₂-diff: 동정맥 산소함량 차이, Error-AVO₂-diff: 추정된 AVO₂-diff와 측정된 AVO₂-diff간의 차이, CO-Fick: 수학식 1을 통해 도출된 심박출량, Log₂CO-Fick: CO-Fick의 2진 로그 변형, SvO₂: 혼합 정맥혈 산소포화도, I-E O₂: 흡기 산소분율 - 호기 산소분율; a1, a2, a3, a4, intercept: 회귀분석을 통해 얻어진 수학식 2-1 각 항의 계수 및 절편)

[수학식 2-2]

Cardiac output (L/min)

= VO₂ (㎖/min) / (AVO₂-diff + predicted error-AVO₂-diff)

(VO₂: 산소 소모량, AVO₂-diff: 동정맥 산소함량 차이, predicted error-AVO₂-diff: 수학식 2-1의 추정치)

[수학식 3]

Cardiac output (L/min)

= b1 × Log₂CO-Fick + b2 × MV + b3 × Hb + intercept

(Log₂CO-Fick: CO-Fick의 이진 로그 변환, CO-Fick: VO₂ / AVO2-diff로 산출, MV: 분당 환기량, Hb: 혈중 혈색소 농도; b1, b2, b3, intercept: 회귀분석을 통해 얻어진 수학식 3 각 항의 계수 및 절편)

본 발명의 변형된 Fick 방법은 현존하는 심박출량 추정법(동맥압 파형 분석) 보다 우수한 성능을 보여주었으며, 또한 계산에 필요한 측정치들을 비침습적(non-invasive) 측정법으로 확인된 지표들로 대체할 수 있다. 따라서, 수술 중 혈역학 감시, 중환자실 및 응급실 환자의 혈역학 감시 및 소아 심박출량 추정 등에 다양하게 이용될 수 있을 것이다.

도 1의 왼쪽은 동맥-정맥 산소 함유량 차이 (AVO₂-diff)에 따른 두 개의 추정 (CO-Fick과 CCO)간의 차이를 보여준다. 도 1의 오른쪽은 CCO에 따른 두 개의 추정간의 차이를 보여준다. 두 개의 추정간의 차이는 AVO₂-diff가 감소하거나 CCO가 증가할 때 증가한다.
도 2는 본 발명에 따른 변형된 Fick 방법을 이용한 연속적 심박출량 측정법의 개요도이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 피검체에서 침습적 또는 비침습적인 측정법을 통해 심박출량 측정에 필요한 생리학적 데이터를 얻는 단계;

상기 데이터를 수학식 1로 표시되는 Fick 공식에 적용하는 단계; 및

[수학식 1]

CO-Fick (L/min) = VO₂ / AVO₂-diff

추정된 AVO₂-diff (이하 AVO₂-diff-e)와 측정된 동적맥 산소함량 차이 (AVO₂-diff)와 간의 차이를 Error-AVO₂-diff라 하면, 이는 아래의 수학식 2-1로 추정된다. 이때 AVO₂-diff-e는 측정된 산소 소모량 (VO₂)과 CCO로부터 계산되며 (AVO₂-diff-e = VO₂ / CCO), 수학식 2-1은 Error-AVO₂-diff를 종속변수로 Log₂CO-Fick, SvO₂, Log₂CO-Fick×SvO₂,I-E O₂를 설명변수로 갖는 회귀식을 통해 도출되었다.

[수학식 2-1]

Error-AVO₂-diff

= a1×Log₂CO-Fick + a2×SvO₂ - a3×Log₂CO-Fick×SvO₂ +

a4×I-E O₂ + intercept

상기 수학식 2-1의 a1, a2, a3, a4 및 intercept 값을 얻는 회귀식은 Error-AVO₂-diff와 나머지 측정 변수들 및 계산값 (SvO_2,I-E O_2,MV, CO-Fick 또는 Log₂CO-Fick) 간의 상관분석을 통해 도출되었으며, 특히 Log₂CO-Fick과 SvO₂는 Error-AVO₂-diff 증가에 대하여 유의한 교호작용을 보였다. 즉, Log₂CO-Fick 증가에 따른 Error-AVO₂-diff의 증가는 SvO₂수치에 유의한 의존성을 보였다. 이러한 관계가 수학식 2-1에 변수 각각의 항 (Log₂CO-Fick, SvO₂)과 변수 간의 곱으로 반영되었으며, 이 외에 I-E O₂와 Error-AVO₂-diff 간의 유의한 상관관계도 식에 포함되었다.

위 수학식 2-1에서 추정된 Error-AVO₂-diff를 아래의 수학식 2-2에 대입하여 심박출량을 추정한다.

[수학식 2-2]

Cardiac output (L/min)

= VO₂ (㎖/min) / (AVO₂-diff + predicted error-AVO₂-diff)

또한 심박출량은 아래의 수학식 3을 통해서도 도출될 수 있다.

하기 수학식 3은 CCO와 Log₂CO-Fick간의 잔차와 나머지 측정 변수들 (SvO_2,I-E O_2,MV, Hb) 간의 상관분석을 통해 도출되었으며, MV 및 Hb와 잔차 간의 유의한 상관관계가 식에 반영되었다. 즉, 수학식 3은 CCO를 종속변수로 Log₂CO-Fick, MV, Hb를 설명변수로 갖는 회귀식을 통해 도출되었다.

[수학식 3]

Cardiac output (L/min)

= b1 × Log₂CO-Fick + b2 × MV (L/min) + b3 × Hb (g/dL) + intercept

(Log₂CO-Fick: CO-Fick의 이진 로그 변환, CO-Fick: VO₂ / AVO₂-diff로 산출, MV: 분당 환기량, Hb: 혈중 혈색소 농도; b1, b2, b3, intercept: 회귀분석을 통해 얻어진 수학식 3 각 항의 계수 및 절편)

본 발명에 따른 심박출량 추정 방법에 있어서, 상기 산소 소모량 (VO₂)은 하기 수학식 4로 표시되는 공식을 이용하여 산출될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

[수학식 4]

VO₂= 1000 × (I-E O₂[%]) / 100 × MV (L/min)

(VO₂: 산소 소모량, I-E O₂: 흡기산소분율 - 호기산소분율, MV: 분당 환기량)

본 발명에 있어서, 산소 소모량 측정은 더글러스백(Douglas bag) 또는 열량계(calorimeter) 등을 이용하여 산소 소모량을 측정할 수 있으나, 상기 방법은 실제 환자를 대상으로 수술장 또는 중환자실에서 사용하기 어려운 단점이 있다. 이에 본 발명에서는 상기 흡기 및 호기산소분율(inspired and expired oxygen fraction, I-E O₂) 및 환기량(MV) 값을 마취기 또는 인공호흡기의 측정치로부터 획득하는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.

또한, 본 발명에 따른 상기 동정맥 산소함량 차이 (arteriovenous oxygen content difference, AVO₂-diff)는 하기 수학식 5로 표시되는 공식을 이용하여 산출되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

[수학식 5]

AVO2-diff = 1.36 × 10 × Hb (g/dL) × (SpO₂ - SvO₂) / 100

(Hb: 헤모글로빈 농도, SpO₂: 말초 산소포화도, SvO₂: 혼합 정맥혈 산소포화도)

본 발명의 [수학식 5]에 있어서, 상기 SvO₂ 값은 바람직하게는 폐동맥 카테터 또는 근적외선분광분석법(Near-infrared spectroscopy)을 이용한 경피적 산소포화도 측정기를 통해 획득되는 것일 수 있고, 보다 바람직하게는 비침습적인 방법인 근적외선분광분석법을 이용한 경피적 산소포화도 측정기를 통해 획득되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 근적외선분광분석법을 이용한 경피적 산소포화도 측정기는 이로 한정하는 것은 아니나, 뇌조직의 산소포화도 측정기(cerebral oximeter) 또는 경정맥 모니터링 센서일 수 있다. 비침습적인 방법인 근적외선분광분석법을 이용할 경우 침습적으로 얻어진 SvO₂ 또는 중심정맥 산소포화도 (ScvO₂)와 대조하여 교정된 값을 사용할 수 있다.

또한, [수학식 5]에 있어서, 상기 Hb 값은 바람직하게는 혈액검사 또는 비침습적 헤모글로빈 연속 모니터링 장치를 통해 획득될 수 있고, 보다 바람직하게는 비침습적 헤모글로빈 (SpHb) 연속 모니터링 장치인 마시모 센서(Masimo, Irvine, CA)를 통해 획득하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. SpHb을 이용할 경우 혈액검사 결과와 대조하여 교정된 값을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 심박출량 추정 방법은 기존의 추정법을 보정하여 역동적인 혈역학 상황에서도 높은 정확도로 심박출량을 추정할 수 있으며, 추정법에 필요한 측정치들은 비침습적인 측정치들로 대체할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

재료 및 방법

1. 연구 설계

이번 후향연구[질병관리청 국립보건연구원 임상연구정보서비스(https://cris.nih.go.kr) 등록번호 KCT0007059 (주임연구원: 홍부휘), 최종 업데이트 2022.04.13.]에는 2021년 6월부터 2022년 6월까지 전신마취 상태에서 OPCAB (off-pump coronary artery bypass graft) 수술을 받은 환자의 CCO (STAT mode continuous cardiac output derived from thermodilution technique), 혼합 정맥혈 산소포화도(mixed venous oxygen saturation, SvO₂) 및 말초산소포화도(peripheral oxygen saturation, SpO₂) 측정 데이터가 포함되었다. 환자의 생체신호 기록에 인공호흡기, 폐동맥 카테터 및 맥박산소측정기(pulse oximeter)에서 얻은 정보가 포함되지 않은 경우; 수술 중에 일측폐환기(one-lung ventilation)가 사용된 경우, 수술 중 중심 정맥압파형 또는 수술 후 흉부 방사선 촬영에서 폐동맥 카테터의 위치가 잘못된 경우, SvO₂가 낮은 신호 품질 지수(SQI=4)를 지속적으로 나타내거나, 기계적 순환 보조 장치가 사용된 경우의 환자는 제외시켰다. 환자 기록에서 수집된 그 외 데이터에는 나이, 성별, 체중 및 키가 포함된다. 연구 프로토콜은 충남대학교병원 임상연구심의위원회의 승인을 받았다 (CNUH 2022-02-004-002).

2. 데이터 획득

모든 활력징후 자료는 무료 데이터 수집 프로그램(vital recorder version 1.8, https://vitaldb.net)을 사용하는 충남대병원 수술환자 활력징후 레지스트리에서 획득하였다(CNUH IRB 2019-08-039).

CCO 및 SvO₂ 데이터는 Swan-Ganz 카테터(7.5 F Swan-Ganz 연속 심박출량 열희석 카테터: CCOmbo V, 모델 774F75, Edwards LifeSciences, 미국) 와 HemoSphere 모니터링 플랫폼(Edwards LifeSciences)을 사용하여 획득하였다.

인공호흡기(Flow-i Anesthesia Machine, Maquet, 스웨덴)로부터 획득한 변수에는 흡기 및 호기산소분율(inspired and expired oxygen fraction, %)과 환기량(minute ventilation, L/min)이 포함되었다.

SpO₂는 각 환자의 손가락에 부착된 일회용 맥박 산소포화도 센서(Nellcor^TM Neonatal-Adult SpO₂ sensor, Covidien, 미국)와 환자 모니터(Intellivue MX800, Philips, 독일)를 사용하여 지속적으로 관찰되었다.

수술 중 헤모글로빈 농도(Hb; g/dL)는 동맥혈 가스 분석 결과로부터 결정되었으며, 동맥혈 가스 분석 결과는 1~2시간마다 정기적으로 수행되었으며, 그 외에는 임상적 필요시 수행되었다. 만약 11:00 및 12:00의 Hb 농도가 각각 11 및 13 g/dL이면, 11:00 이전에는 11 g/dL, 11:00~12:00까지는 13 g/dL로 간주하였다. 이러한 추정으로 인해 비현실적인 단계적 Hb 차트가 생성되므로, 30분 범위 이동 평균(60초 × 30분 = 1800 데이터 포인트/초)을 사용한 평활화 프로세스를 적용하여 보다 현실적인 차트를 구성하였다.

3. 데이터 전처리

수집된 데이터는 1Hz의 주파수(이용 가능한 데이터가 없는 시점은 결측값으로 간주됨)로 추출하였고, 추출 값들은 극단적인 값들과 임상적 범위를 고려하여 필터링 하였으며, 그로 인해 분석에 포함된 데이터들의 범위는 다음과 같다.

SpO₂ ≥80%, SvO₂ ≥50% 및 ≤92%, 흡기산소분율이 호기산소분율 보다 크고, 흡기와 호기의 산소분율간 차이가 ≤10% 및 ≥2%, 환기량 ≤10 L/min 및 ≥2 L/min, 흡기 환기량과 호기 환기량의 차이의 절대값이 ≤0.5 L/min, CCO ≥2 및 ≤7 L/min.

모든 측정 변수는 모든 측정변수들이 매 1분마다 짝을 이루도록, 60초마다 평균을 구하여 분석에 사용되었다.

4. 데이터 분할

총 28명의 환자가 분석에 포함되었으며, 14명의 데이터를 트레이닝 데이터 세트 (모델 도출), 나머지 14명의 데이터를 테스트 세트 (모델 검증)로 구성하였다. 데이터 세트 간 CCO 분포의 균형을 이루기 위하여 28명의 환자를 CCO 평균값으로 나열 후 홀수번째 환자를 트레이닝 세트, 짝수번째 환자를 테스트 세트에 배정하였다.

5. Fick 방정식

기존 Fick 공식을 통한 심박출량 추정 (CO-Fick) 에서는 혈장에 용해된 산소를 고려하지 않았고 이는 하기의 수학식으로 제시하였다.

[수학식 1]

Cardiac output (CO-Fick; L/min) = VO₂ / AVO₂-diff

[수학식 5]

AVO₂-diff (㎖/L) = 1.36 × 10 × Hb (g/dL) × (SpO₂ - SvO₂)/100

[수학식 4]

VO₂ (㎖/min) = 1000 × (I-E O₂) / 100 × MV (L/min)

6. 시간 조정

CCO는 실시간 값에 대해 약 5-15분 지연되고, CO-Fick은 신속하게 결정된 생리학적 파라미터(즉, SvO₂)에 기초하기 때문에 두 개의 추정 간에 시간 보정이 필요하였다. 시간 보정의 방식을 기존의 문헌을 참고하여 6분을 보정한 경우와, 두 개의 추정치 간의 상관관계를 기반으로 최적의 보정치를 적용한 결과를 각각 보고하였다. 이때 최적의 보정치는 두 개의 연속된 추정치 사이의 상관관계 (R제곱; R 패키지 'caret' 사용)가 최대가 되는 시간 보정으로 정의하였다. 즉, 기준시점의 CO-Fick 값과 기준시점 이후의 (시간 보정에 따라 6분 또는 그 외) CCO값이 대응되었다.

7. CO-Fick의 변형

동정맥 산소 함량(arteriovenous oxygen content)의 작은 차이 또는 심박출량의 증가에 따라 두 개의 추정 (CCO 와 CO-Fick)간의 오류가 기하급수적으로 증가하는 것이 확인되었으며 (도 1), 이러한 오류를 보정하기 위해 다음의 두가지 보정법이 트레이닝 데이터 세트를 이용하여 도출 되었다.

(1) 첫 번째 변형(CO-Fick-AD): CO-Fick의 분모항을 보정

VO₂을 CCO값으로 나누어 AVO₂-diff의 추정치 (CCO / VO₂, 이하 AVO2-diff-e)를 구하고, AVO₂-diff-e와 AVO₂-diff의 차이를 error-AVO2-diff라 하였다. error-AVO2-diff와 다른 측정치들 (I-E O₂, MV, VO₂, AVO₂-diff, SvO₂) 간의 상관 관계를 고려하여 수학식 2-1과 같은 회귀식을 도출하였다.

[수학식 2-1]

error-AVO₂-diff = a1×Log₂CO-Fick + a2×SvO₂ - a3×Log₂CO-Fick×SvO₂ +

a4×I-E O₂ + intercept

수학식 2-1을 통해 계산된 값이 결국 CO-Fick-AD에서 분모의 보정치로 작용한다(수학식 2-2).

[수학식 2-2]

CO-Fick-AD (L/min)

= VO₂ (㎖/min) / (AVO₂-diff (㎖/L) + predicted error-AVO₂-diff)

(2) 두 번째 변형(CO-Fick-LR)

CCO값이 증가함에 따라 CO-Fick과의 차이가 급격히 증가하는 양상이 관찰되어 CO-Fick의 이진 로그 변환을 거쳤고, 이를 Log₂CO-Fick이라 하였다. CCO와 Log₂CO-Fick의 차이와 나머지 변수들 (I-E O₂, MV, VO₂, AVO₂-diff, SvO₂, Hb) 간의 상관관계를 고려하여 수학식 3과 같은 회귀식을 도출 하였고, 이를 통해 CO-Fick-LR을 계산할 수 있다.

[수학식 3]

CO-Fick-LR

= b1 × Log₂CO-Fick + b2 × MV (L/min) + b3 × Hb (g/dL) + intercept

8. 통계 분석

표본 크기는 연구 기간 동안 가용한 데이터를 기반으로 하였다. 새로이 도출된 추정법 (CO-Fick-AD, CO-Fick-LR)은 실시간 측정치인 SvO₂를 기반으로 하므로 추정의 지연이 있는 것으로 알려진 기준 추정치 (CCO)와의 비교를 위하여 시간 보정을 적용하였다.

기준 추정치 (CCO)와 새로이 도출된 추정법 간의 편향과 정밀도는 Bland-Altman 분석을 통해 도출하였으며, 이는 환자당 반복 측정의 조정을 고려하는 R 패키지 'Simply Agree'를 사용하여 계산되었다. 새로운 추정법의 경향추적 능력은 4 사분면 플롯(four-quadrant plot) 분석을 통해 평가되었다. 모든 통계 분석은 R 소프트웨어 버전 4.0.3(R Project for Statistical Computing, 오스트리아)을 사용하여 수행되었다.

실시예 1. 6분 보정 후 변형된 CO-Fick (CO-Fick-AD 및 CO-Fick-LR)의 결과

6분의 시간 보정을 적용한 데이터에서 시행된 Bland-Altman 분석 결과는 표 1에 제시하였으며, 경향추적 능력(trending ability)은 표 2에 제시하였다.

실시예 2. 개별 시간 보정 후 변형된 CO-Fick의 결과

개별 시간 보정을 적용한 데이터에서 시행된 Bland-Altman 분석 결과는 표 3에 제시하였으며, 경향추적 능력은 표 4에 제시하였다.

실시예 1, 2에 제시된 바와 같이, CO-Fick-AD와 CO-Fick-LR의 백분율 오차는 임상적으로 권장되는 오차 한계인 <30%에 가까웠고, 기존 APCO 장치를 이용한 추정방법의 알려진 백분율 오차인 37~78%보다 훨씬 낮은 것을 확인하였다(Jeong YB, et al., J Cardiothorac Vasc Anesth. 2010, 24(5):767-771; Suehiro K, et al., J Cardiothorac Vasc Anesth. 2015, 29(3):656-662; Kusaka Y, et al., J Cardiothorac Vasc Anesth. 2019, 33(4):953-960; Maeda T, et al., J Clin Monit Comput. 2019, 33(5):767-776). 평균편향 또한 APCO 장치를 이용한 추정방법의 알려진 편향인 0.4~0.6 L/min보다 낮았다. 경향 추적능력은 임상적으로 권장되는 수치인 92%에 근접한 수준을 나타내었다.

이상의 결과는 실시간의 측정값들을 활용하여 변형된 Fick 방정식을 통해 6분 혹은 개별적 시간 보정된 기준 심박출량 (CCO)값을 추정한 것이다. 따라서 새로이 도출된 추정법을 활용하여 기존의 방법보다 효과적으로 시간의 지연 없이 심박출량 추정이 가능함을 알 수 있었다.

Claims

컴퓨터가 피검체에서 침습적 혹은 비침습적인 방법으로 얻어진 측정 데이터로부터 심박출량 측정에 필요한 생리학적 데이터를 얻는 단계;
상기 데이터를 하기 수학식 1로 표시되는 Fick 공식에 적용하는 단계; 및
상기 수학식 1에서 얻어진 값을 토대로 하기 수학식 2-1과 2-2 또는 수학식 3으로 표시되는 변형된 Fick 공식에 적용하는 단계;를 포함하는, 피검체의 심박출량(cardiac output) 추정 방법.
[수학식 1]
CO-Fick (L/min) = VO₂ / AVO₂-diff
(CO-Fick: 수학식 1을 통해 도출된 심박출량, VO₂: 산소 소모량, AVO₂-diff: 동정맥 산소함량 차이)
[수학식 2-1]
Error-AVO₂-diff
= a1×Log₂CO-Fick + a2×SvO₂ - a3×Log₂CO-Fick×SvO₂ +
a4×I-E O₂ + intercept
(AVO₂-diff: 동정맥 산소함량 차이, Error-AVO₂-diff: 추정된 AVO₂-diff와 측정된 AVO₂-diff간의 차이, CO-Fick: 수학식 1을 통해 도출된 심박출량, Log₂CO-Fick: CO-Fick의 2진 로그 변형, SvO₂: 혼합 정맥혈 산소포화도, I-E O₂: 흡기 산소분율 - 호기 산소분율; a1, a2, a3, a4, intercept: 회귀분석을 통해 얻어진 수학식 2-1 각 항의 계수 및 절편)
[수학식 2-2]
Cardiac output (L/min)
= VO₂ (㎖/min) / (AVO₂-diff + predicted error-AVO₂-diff)
(VO₂: 산소 소모량, AVO₂-diff: 동정맥 산소함량 차이, predicted error-AVO₂-diff: 수학식 2-1의 추정치)
[수학식 3]
Cardiac output (L/min)
= b1 × Log₂CO-Fick + b2 × MV + b3 × Hb + intercept
(Log₂CO-Fick: CO-Fick의 이진 로그 변환, CO-Fick: VO₂ / AVO2-diff로 산출, MV: 분당 환기량, Hb: 혈중 혈색소 농도; b1, b2, b3, intercept: 회귀분석을 통해 얻어진 수학식 3 각 항의 계수 및 절편)
제1항에 있어서, 상기 산소 소모량(VO₂)은 하기 수학식 4로 표시되는 공식을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는, 피검체의 심박출량 추정 방법,
[수학식 4]
VO₂= 1000 × (흡기산소분율 - 호기산소분율) / 100 × MV (L/min)
(MV: minute ventilation(환기량))
제2항에 있어서, 상기 흡기 및 호기산소분율(inspired and expired oxygen fraction) 및 환기량(MV)은 마취기 또는 인공호흡기의 측정치로부터 획득하는 것을 특징으로 하는, 피검체의 심박출량 추정 방법.
제1항에 있어서, 상기 동정맥 산소함량 차이(arteriovenous oxygen content difference, AVO₂-diff)는 하기 수학식 5로 표시되는 공식을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는, 피검체의 심박출량 추정 방법.
[수학식 5]
AVO₂-diff = 1.36 × 10 × Hb (g/dL) × (SpO₂ - SvO₂) / 100
(Hb: 헤모글로빈 농도, SpO₂: 말초 산소포화도, SvO₂: 혼합 정맥혈 산소포화도)
제4항에 있어서, 상기 SvO₂ 값은 근적외선분광분석법(Near-infrared spectroscopy)을 이용한 경피적 산소포화도 측정기를 통해 획득하는 것을 특징으로 하는, 피검체의 심박출량 추정 방법.
제4항에 있어서, 상기 Hb 값은 비침습적 헤모글로빈 연속 모니터링 장치를 통해 획득하는 것을 특징으로 하는, 피검체의 심박출량 추정 방법.
제1항에 있어서, 시간을 6분 혹은, 기준 심박출량 (CCO)과 CO-Fick 추정간의 상관관계(R²)가 가장 높을 때의 지연된 시간으로 조정하는 단계를 추가로 포함하는 특징으로 하는, 피검체의 심박출량 추정 방법.