심실 빈맥은 심실에서 비정상적인 전기자극 발생으로 인하여 심박수가 분당 $100{\sim}120$회를 초과하는 부정맥 증상을 일컫는다. 심실 빈맥이 발생하는 경우 심박출량이 감소하고, 폐에는 미처 나가지 못한 피가 고이는 경우도 발생하여 심부전증이 나타나거나 심실 세동으로 발전하여 사망에 이를 수 있는, 매우 위험한 부정맥 중의 하나이므로 심실 빈맥 검출은 매우 중요한 사안이다. 따라서 본 연구에서는 R-R 간격 정보를 이용하여 심실 빈맥 부정맥 신호를 실시간으로 검출할 수 있는 신호처리 알고리즘을 구현하고자 하였다.
최근 견관절 질환의 상당수가 관절경 수술로 이루어지고 있다. 좌체위(beath chair position)를 이용한 관절경 수술은 시술 중 관헐적 방법으로의 전환이 용이하고 공간에 대한 orientation을 쉽게 잡을 수 있어 선호되고 있다. 또한 관절경 수술 시 시야 확보를 위해 epinephrine을 혼합한 세척액이 통상적으로 사용되고 있다. 관절경 수술 시 심부 정맥 혈전증(deep vein thrombosis), 가스 색전증, 세척액에 사용하는 epinephrine에 의한 심실성 빈맥 등과 같은 치명적인 부작용이 가끔 보고되어 있다. 관절경하 견관절 수술 도중 심실 빈맥의 발생은 매우 드문 경우이며 이에 대한 보고도 거의 없는 상태이다. 저자들은 2주의 기간 동안 좌체위로 관절경하 견관절 수술을 하는 도중 갑작스럽게 발생한 심실 빈맥 2예를 경험하였기에 원인 및 치료 과정을 보고하고자 한다. 좌체위로 인한 뇌혈류 저하, 가스 색전증 등의 증세는 없었다. 관절경술 도중 세척액에 투입된 소량의 epinephrine이 동시에 체내로 급속히 유입되어 심실 빈맥이 왔으리라 추정하고 있으며, 실험을 통해 이를 증명하고자 하였다.
본 논문은 가중 퍼지소속함수 기반 신경망(Neural Network with Weighted Fuzzy Membership Functions, NEWFM)을 이용하여 Creighton University Ventricular Tachyarrhythmia DataBase(CUDB)의 심전도(ECG) 신호로부터 정상리듬(Normal Sinus Rhythm, NSR)과 심실빈맥/심실세동(Ventricular Tachycardia/Ventricular Fibrillation, VT/VF)을 분류하는 방안을 제시하고 있다. NEWFM에서 사용할 특징입력을 추출하기 위해서 첫 번째 단계에서는 웨이블릿 변환(wavelet transform, WT)을 이용하였다. 두 번째 단계에서는 첫 번째 단계에서 생성된 웨이블릿 계수들을 위상공간 재구성(Phase Space Reconstruction, PSR)과 첨단(Peak) 추출 기법의 입력 값으로 이용하여 2개의 특징입력을 추출하였다. NEWFM은 이들 2개의 특징입력을 이용하여 정상리듬과 심실빈맥/심실세동을 분류하였고 그 결과로 90.13%의 분류성능을 나타내었다.
항정신병약물 perphenazine 20mg/day, chlorpromazine 100mg/day. trifluoperazine 15mg/day 등을 투여중인 정신분열증 42세 여자 환자에서 심실성 빈맥의 하나인 torsade de pointes이 나타난 사례를 보고한다. 본 환자는 항정신병약물을 복용하여 오던 중 여러차례 실신과 호흡곤란을 경험하였으며, 심전도상에 QT 간격의 연장과 함께 다양한 모양의 QRS 파를 동반한 심실성 빈맥의 소견이 있어 torsade de pointes을 의심할 수 있었다. 심혈관계에 영향이 적은 항정신병약물인 haloperidol로 바꾼 후 부정맥의 소견이 없다가 퇴원 후 haloperidol을 증량하는 과정에 흉부 불편감, 실신의 증상과 함께 QT 간격의 연장이 다시 발생하여 torsade de pointes이 나타난 원인이 항정신병약물 때문이라는 것을 확인할 수 있었다. 항정신병약물을 사용중인 환자에서 발생하는 급사의 원인으로 심실성 빈맥이 가장 흔하게 제기되고 있다. 따라서 항정신병약물을 처방하는 임상의들은 이에 대한 충분한 지식과 주위가 필요할 것으로 생각된다.
본 논문은 가중 퍼지소속함수 기반 신경망(Neural Network with weighted Fuzzy Membership Functions, NEWFM)과 웨이블릿 변환(wavelet transforms, WT)을 이용하여 Creighton University Ventricular Tachyarrhythmia Database(CUBD)의 심전도 신호로부터 정상리듬(normal sinus rhythm, NSR)과 심실 빈맥/세동(Ventricular tachycardia/fibrillation VT/VF)을 검출하는 방안을 제시하고 있다. NEWFM에서 사용할 특정입력을 추출하기 위해서 첫 번째 단계에서는 웨이블릿 변환을 이용하여 스케일 레벨 3과 레벨 4의 주파수 대역에서 d3과 d4의 계수들을 각각 선택하였다. 두 번째 단계에서는 d3과 d4의 계수들에 대한 구간별 표준편차를 이용하여 8개의 특징입력을 추출하였다. NEWFM은 이들 8개의 특정입력을 이용하여 정상리듬과 심실 빈맥/세동을 검출하였고 그 결과로 90.1%의 검출성능을 나타내었다.
승모판하 좌심실류는 흑인들에서 주로 발생하는 드문 질환이다. 저자들은 심실성 빈맥을 동반한 승모판하 좌심실류의 수술 치험을 보고하고자 한다. 환자는 68세 남자로 수술은 통상적인 저체온 심폐 바이패스 하에서 진행하였다. 심첨부를 들어올리고 좌심실 후방 기저부에 위치한 심실류에 직접 종절개를 넣고 먼저 심실류의 목에 해당하는 부위의 심내막을 돌아가며 고주파절제술(radiofrequency ablation)을 시행한 다음 승모판 및 판막하 구조물을 피해 첨포를 이용한 심실내 심실류봉합술(endoaneurysmorrhaphy)을 시행하였다. 수술 후 경과는 양호하였으며 현재 술 후 2년 정도 경과한 상태로 부정맥의 재발이나 승모판 기능이상은 관찰되지 않고 있다.
14세 남자환자로 최근 3년간 반복된 심계항진을 주소로 내원하였다. 환자는 8년전에 TOF로 진단받고 완전교정수술을 받았다. 수술 전 심도자 검사에서 우폐동맥폐쇄와 그에 따른 우심실압력상승을 보였고 전기 생 리학검사에서는 우심실유출로의 중격부위 에서 기 원하는 회귀성 심실빈맥으로 진단되 었다 한 개의 양극성 전극을 이용한 심실외막전기도검사에서 심실빈맥의 회귀성회로는 첩포 원위부 좌측 의 심실중격쪽 심근에서 가장 빨리 나타나 시계방향으로 청포주위를 돌아 우심실유출로 우측 심근을 활 성화시키는 것으로 나타났다. 또한 64채널 심장전기도시스템을 이용한 심실심외막전기도 검사에서는 우심실유출로의 첩 포주위를 )20 msec 주기로 시계반대방향으로 회귀하는 심실빈맥을 관찰할 수도 있었 다. 수술은 우심실유출로의 첩포와 섬유화된 조직을 제거하고 우심실유출로 상연에서 폐동맥 판막륜까지 절개를 하여 회귀성 회로가 차단되도록 하였다. 폐동맥 판막륜과 심실중격사이 에는 회귀성 회로가 완전히 차단되도록 냉동병소를 만들었다. 우폐동맥이 발달되지 않아 우폐동맥재건술은 하지 못하였다. 수술후 전기생리학 검사에서는 더 이상심 퓟窄팀\ulcorner유발되지 않았다. 본 증례에서는 TOF완전교정수술후 우심실유출로 첩포와 일부 우심실 심근주위에 slow conduction지 대가 형성되고 이것에 의한 macro-reentry심실빈맥이 발생한 것으로 생각된다. 약물로서 치료되지 않을 때는 catheter ablation이나 외과적 절제를 고려해야 한다. 외과적 절제를 할 때에는 우심실유출로와 폐동 맥 판막륜사이의 심근조직손상을 최소화하면서 우심실유출로재건을 하는것이 중요하다.성 거부반응 1례, 크기불일치 에 의한 만성 이식부전증이 1례, 천식 발작에 의한 호흡부전이 1례, 지주막하출혈 1례, 체액 성 거부반응이 의심되는 경우가 1례 였다. 이상의 단기간성적을 통해 심장이식분야에서 더욱 발전을 요하며, 특히 이식공여자 및 수혜자의 선택 이나 술후 감염관리 및 체 액성거부반응치료 등에서 더욱 진전이 있어야 하겠다.07m', 동맥 혈 산소포화도는 83.0$\pm$3.8 % 이었다. 우폐동맥의 지름은 9.0$\pm$ 1.5 mm, 좌폐동맥의 지름은 7.7 $\pm$2.Omm, 폐동맥 지수는 197.3$\pm$57.1 mm2/m2, McGoon 비는 1.76$\pm$0.32 였다 수술후 전 환자에서 폐동맥 압력을 측정하였으며 평균 폐동맥 압은 12.8 $\pm$3.6mmHg이 었다. 환자의 성장에 따라 폐동맥의 지름도 증가하였으나 폐동맥 지수나 McGoon비는 증가하지 않았다. 또한 환자의 나이, 술후 동맥혈내 산소포화도의 증가 정도, 혈관 성형술 여부, 수술후 심도자 및 혈큰조 영술까지의 기간 등은 수술후의 폐동맥 지수의 증가에 영향을미치지 못하였으며 단지 수술전의 폐동맥 의 크기가 매우 작을 경우(McGoon 비 1.2 미만)에는 폐동맥 지수가 유의한 증가를 보였는데 이는 수술 \ulcorner 동반된 폐동맥 성형술등의 영향이 있었음을 감안하여야 할 것으로 생각되었다. 한편 수술전 폐동맥 크기에 대한 지표로서 폐동맥 지수(PAI)와 McGoon 비(MGR)와는 다음과 같은 유의한 상관관계가 있 음을 알 수 있었다
심실세동은 심장의 무질서한 전기적 활동으로 인해 심근 수축이 동시에 이뤄지지 않게 되어 급성심장사에 이르게 하는 부정맥이다. 본 연구에서는 이러한 심실세동 검출을 위해 적은 양의 학습 데이터만으로 좋은 분류 성능을 보이는 SVM(Support Vector Machine) 분류기 기반의 심실세동 검출 알고리즘을 제안하였다. 심전도 신호로부터 SVM 분류기에 입력할 입력 특징을 추출하기 위하여 웨이브렛 변환기반의 대역통과 필터링, R점 검출, 입력 특징 추출구간 설정의 전처리 과정을 수행하였으며 입력 특징으로는 리듬 기반의 정보 및 웨이브렛 변환 계수를 선택하였다. SVM 다원분류기는 정상리듬(NSR) 분류기, 심실 세동과 유사한 심실빈맥(VT) 분류기, 심실세동(VF) 분류기 그리고 그 외 부정맥 분류기로 구성하였다. SVM 분류기의 파라미터 C값과 ${\alpha}$값은 실험을 통하여 최고 성능을 나타내는 C=10, ${\alpha}=1$을 선택하였다. SVM 다원 분류기를 통한 정상리듬, 심실빈맥 심실세동의 검출 평균값은 98.39%, 96.92%, 99.88%의 우수한 검출 성능을 나타냈다. 본 연구에서 제안된 동일 입력특징을 사용하여 SVM 분류기의 심실세동 검출 결과와 다층퍼셉트론 신경망 및 퍼지추론 방법에 의한 결과를 비교하였으며 SVM 분류기가 비슷하거나 우수한 결과를 보였다. 또한 기존 다른 알고리즘에 비하여도 우수한 결과를 보임으로써 제안된 입력 특징을 통한 SVM 분류기 기반의 심실세동 검출이 유용함을 확인할 수 있었다.
심전도 신호 분석 및 부정맥 분류는 환자를 진단하고 치료하는데 중요한 역할을 한다. 부정맥은 맥박이 불규칙한 상태로 심실빈맥(VT)이나 심실세동(VF) 환자에게 심각한 위협이 될 수 있다. 심방조기수축(APC)과 상심실성빈맥(SVT), 심실조기수축(PVC)은 심실빈맥(VT)만큼 치명적이지는 않지만 심장질환을 진단하는데 중요한 부정맥이다. 본 논문은 2~3개의 부정맥 분류만을 고려한 기존의 방법을 극복하고 다양한 부정맥을 분류하기 위한 새로운 방법을 제시한다. 심전도 신호의 특징 추출을 위해서 EMD 방법으로 신호를 분해하여 IMFs를 얻는다. 입력 데이터의 양은 분류기 성능에 영향을 미치므로 신호 데이터의 차원을 감소시키기 위해 Burg 알고리즘을 IMFs에 적용하여 AR 계수를 구하고 여러 개의 이진 분류기를 결합한 다중 클래스 SVM의 입력으로 사용한다. 최적의 SVM 성능 파라미터를 선택하고 부정맥 분류에 적용한 결과 검출의 정확성은 96.8%~99.5%였다. 실험 결과는 제안한 EMD 방법에 의한 전처리 및 특징 추출과 다중 클래스 SVM에 의한 부정맥 분류의 유용성을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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