연구실(단) 소개
생체신호 연구실 - 마취통증의학과 김성훈 부교수
연구실 소개 및 연구분야
수술 중 발생하는 위해로부터 환자 안전을 지키는 것은 마취통증의학과 의사의 중요한 역할 중 하나다. 여기서 말하는 위해(hazard)는 불편감, 통증에서부터 심각한 장기 손상, 사망에 이르기까지 넓은 범위를 포괄한다. 미세한 생체변화를 감지하여 환자에 위해가 가해지는지 즉시 파악하고 이러한 위험이 나타날지 예견하는 다양한 감시 수단이 개발되어 임상 현장에서 사용하고 있다.
하지만 환자 감시 장치에서 얻을 수 있는 정보들이 실제 환자가 처한 위험도를 정확히 반영하는지 혹은 이들로 예후를 예측할 수 있을지 아직 밝혀지지 않은 부분이 많다. 예를 들어 혈압은 오래 전부터 수술 중 기본적으로 감시해온 지표지만 합병증이나 사망을 줄이기 위해 어떤 범위를 목표로 해야 할지 최근까지 연구가 이어지고 있다.
본 연구팀은 전자공학, 의공학과 천체물리를 전공한 박사급 연구원 및 개발자와 석박사과정 학생이 있으며, 전임의 6명이 각자의 소규모 프로젝트를 6개월~1년 단위로 이끌면서 스터디 그룹을 이뤄 함께 공부하고 있다.
최근 관심분야 및 주요 연구과제
1. 생체신호 분석 및 생리적 모델링
심전도, 뇌파, 부위산소포화도(rSO2), 광용적맥파(photoplethysmography) 등의 생체신호는 임상에서 유용하게 사용되고 있다. 수술 중 심전도는 가장 간단한 심장기능 감시방법으로 마취의 영향이나 수술적 자극시 순환상태에 대한 기초적인 정보를 제공한다. 맥박산소포화도 감시장치는 산소포화도 뿐만 아니라 파형의 변화를 분석하면 다양한 정보를 얻을 수 있다. 동맥압은 심박수와 함께 심혈관계 기능을 평가하는 중요한 임상징후이다. 이러한 혈압, 맥파, 뇌파 등의 수술중 변화 패턴에 대한 분석과 수술 후 예후와의 관계에 대한 다양한 연구를 진행하고 있다.
2. 건강자원자와 환자의 자율신경계 기능변화
인체는 갑작스런 혈압변화에 대해 압반사(baroreflex)와 같은 자율신경계 보상기전을 작동하여 혈압을 일정하게 유지하려 하지만, 흡입마취제 등은 압반사 반응을 둔화시키며 특히 당뇨병과 같이 자율신경계 기능이 감소되어 있는 환자는 마취 중 혈역학적 불안정성이 더욱 증가한다. HRV, BPV, BRS는 심전도와 심전도와 혈압에서 추출한 자율신경계의 지표이다. 이는 마취 중 의식이 없는 환자에서도 사용할 수 있다. 따라서 이들의 특징과 의의를 숙지하여 임상에 적용할 수 있다면 마취유도 후 혈압변화의 예측, 마취중 혈압상승의 원인규명, 출혈 중 심혈관계 보상 평가, 수술 후 사망률 예측 등 유용한 임상적 정보를 제공할 수 있다.
우리 연구실에는 미항공우주국(NASA)과 미육군병원(WRAMC) 외상센터에 있는 하체저혈량음압챔버(low body negative pressure chamber)와 동일한 연구장비를 국내 유일하게 갖추고 있으며, 건강자원자 및 환자의 자율신경계기능 및 저혈량성 쇼크의 치료법에 대한 여러 연구를 수행하고 있다.
3. 주술기 예후 및 인공지능 적용 연구
최근 컴퓨팅 성능의 급속한 향상으로 인공지능(artificial intelligence)기법들이 다양한 방면에서 크게 발전하고 있다. 특히 의료 영역에도 Deep Learning 등의 인공지능 기법들이 도입되고 많은 연구가 이뤄지고 있는데, 마취과나 중환자실에서 생성되는 생체신호 시계열 자료는 비정형적이고 크기가 매우 커서 이러한 연구방법을 적용하기에 적합하고 좋은 결과를 낼 수 있을 것으로 기대한다.
우리 연구팀은 심전도, 동맥압, 광용적맥파 등의 생체신호나 생리 현상을 수학적으로 분석하고 모델링하는 연구를 수행해왔다. 이러한 성과를 바탕으로 최근에는 의공학연구소 컴퓨팅코어 및 의료인공지능연구팀(MIRL)과 협력하여 마취중 생체 신호에 인공지능을 적용하여 환자상태를 평가하며 예후 예측을 돕는 진료보조장치를 개발하고 있다.
