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instrumentb2b근적외선 스펙트럼 기술이 신경외과 환자의 뇌 산소와 혈류 역학 모니터링에서의 응용 연구 진전

서문

近红外光谱技术在神经外科患者脑氧和血流动力学监测中的应用研究进展
近红外光谱技术在神经外科患者脑氧和血流动力学监测中的应用研究进展

뇌조직의 산소 소모량은 매우 크다. 성인의 뇌의 무게는 체중의 2% 에 불과하지만 조용한 상태에서는 그 혈액량이 심수출량의 약 15% 를 차지하고 산소 소모량은 전신의 산소 소모량의 약 20% 를 차지한다.관련 문헌에 따르면 뇌손상으로 사망한 사람들 중 혈액과 산소가 부족한 비율이 90% 에 이른다고 한다임상 업무에서 뇌 보호를 위해서는 뇌 조직의 혈운과 산소 결합 상태를 실시간으로 정확하게 모니터링할 수 있는 기술이 시급하다.

近红外光谱技术在神经外科患者脑氧和血流动力学监测中的应用研究进展

근적외선 스펙트럼 기술 (NIRS) 은 최근 몇 년 동안 빠르게 발전한 검사 기술이다.그것은 국부조직의 산소포화도(rSO)를 측정할 수 있다.2), 뇌 조직의 산소 결합 상태를 평가합니다.본문은 바로 그것이다모니터링의 원리 및신경외과의 뇌 산소와 혈류 역학 모니터링에서의 연구 진전을 종합하여 서술하다.

近红外光谱技术在神经外科患者脑氧和血流动力学监测中的应用研究进展
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근적외선 스펙트럼 기술 응용의 기본 원리

近红外光谱技术在神经外科患者脑氧和血流动力学监测中的应用研究进展
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근적외선 스펙트럼 기술은 일종의 연속적이고 실시간 광학 검측 방법이다.근적외선 파장은 700~1000nm 사이로, 인체 조직(예를 들어 두피, 두개골 등)에 좋은 투과성을 가지고 산란되지 않는다근적외선의 뇌 내 주요 흡수체는 산소 헤모글로빈 (HbO) 이다2)와 환원 헤모글로빈 (Hb), 양자는 서로 다른 흡수 스펙트럼을 가지고 있기 때문에 우리는 광학적 방법으로 양자를 구분할 수 있다.

근적외선이 인체 조직에 입사되면 조직 속의 두 가지 헤모글로빈이 이를 흡수하는 작용을 한다.우리는 조직에서 방출되는 빛의 강도를 측정하고 Beer-Lambert 법칙을 수정하면 국소 조직의 혈중 산소 포화도를 얻을 수 있습니다.뇌조직에는 대량의 미세혈관이 존재하는데 그중 동맥혈액량은 약 20% 를 차지하고 모세혈관혈액량은 약 5% 를 차지하며 나머지 약 75% 는 모두 정맥혈액량이다.따라서rSO2사실 국부적인 뇌조직의 중동, 정맥혈산소포화도의 가중평균으로서 정맥혈산소포화도에 더욱 접근하여 뇌산소공급과 소모의 동태적균형상황을 반영할수 있다.

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이 검사 기술은 동맥의 박동에 의존하지 않기 때문에 저혈압, 심저온, 맥박이 미약하거나 심지어 심장이 박동을 멈추는 상황에서도 뇌산소 파라미터를 정상적으로 측정할 수 있다.


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임상 응용

近红外光谱技术在神经外科患者脑氧和血流动力学监测中的应用研究进展
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1. 두개골 손상 치료 중NIRS는뇌 산소 모니터링의 응용


현재 임상적으로 동맥 혈중 산소 포화도 (SaO) 를 자주 사용한다2), 경피혈중 산소포화도(SpO)2) 또는 두개내압 모니터링 등 조치는 간접적으로 대뇌의 산소합성 상황을 반영하지만, 앞의 두 가지는 전신의 산소 공급 상황만 구현할 수 있을 뿐, 국부 뇌조직의 산소합성 상황은 구현할 수 없다.반면 두개내압 모니터링은 유창한 조작으로 우리나라에서는 수용도가 떨어진다.NIRS를 통한 뇌 조직 산소포화도(rSO)2) 모니터링, 연구 발견 rSO2경정맥 혈중 산소포화도(SjvO)2), 뇌조직 산소분압(PbtO)2) 사이에 현저한 관련이 있으며 후자에 비해 더욱 안전하고 정확하다.지속적인 모니터링 rSO2의 동적 변화는 뇌의 산소 대사 상태를 전면적으로 반영할 수 있다.뇌내압이 가볍고 중도가 높아졌을 때 뇌산소대사지표는 뚜렷한 변화가 없지만 중증 뇌내압이 높아지는 사람에게는 뚜렷한 변화가 발생한다.캄플(Kampfl) 등은 두개내압(ICP) 25mmHg 기준에 따라 중형 두개골 외상환자 65명을 A, B그룹으로 나눈 결과 B그룹의 rSO를 발견했다.2A그룹보다 현저하게 낮고 일정 기간 고유량 산소 흡입을 한 후 A그룹 rSO2눈에 띄게 높아졌고 B 그룹은 이 변화를 관찰하지 못해 ICP와 rSO를 제시했다2사이에 현저한 마이너스 관계가 있다.

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또 다른 연구에 따르면rSO2ICP와는 마이너스 관계, 뇌관주압(CPP)과는 플러스 관계다.일반적으로 두개골 외상 후 CPP는 60~70mmHg 이상을 유지해야 하며, 그렇지 않으면 뇌의 주입이 뚜렷한 영향을 받을 수 있다고 생각한다.던햄 등은 중형 두개골 외상 환자 4명을 대상으로 6d의 뇌 산소포화도와 뇌 주입압 모니터링을 지속해 뇌 산소포화도와 뇌 주입압이 현저하게 관련이 있다고 제시했고, 55% 이하로 떨어졌을 때 68.2% 의 시간 CPP70mmHg로 뇌 산소 결핍 (rSO) 이 여전히 존재할 가능성이 있다255% 미만) 입니다.그러나 뇌관주압이 70mmHg일 때 96.4% 의 시간 rSO2값이 > 75% 이고 대뇌의 산소포화도값이 > 75% 일 때 의료일군은 뇌주입압이 정상범위내에 있다고 추측할수 있으며 더는 창조적인 주입압감측을 진행할 필요가 없다고 제시한다.이 연구는 NIRS가 두개내압 모니터링을 대체하는 무창조 방법이 될 수 있음을 시사한다.

2.뇌혈관질환 치료 중 NIRS 뇌 산소 모니터링의 응용


Zweifel 등 rSO 발견2상승은 혈관 경련 완화, 임상 증상 개선과 일치하며, 동맥 영상을 통해 동맥 경련과 같은 측면의 rSO를 관찰한다2감소는 크게 관련이 있으며 경련 정도가 증가 (특히 혈관 지름이 75% 이상 감소할 경우) 하면 같은 측면 rSO2대폭 감소,NIRS가 혈관 경련에 이어지는 뇌 산소 감소를 동시에 감지 할 수 있으며 뛰어난 민감성을 가지고 있음을 나타냅니다.맥코믹 등은 자발적 피실험자 7명에게 저산소농도 혼합가스(FiO)를 흡입하게 했다2= 7%) 일시적인 산소결핍을 초래함과 동시에 EEG, SaO를 엄밀히 감시한다2및 SpO2그리고 rSO2각종 지표의 변화, 그 결과 뇌혈중 산소포화도의 감소와 산소흡입 농도의 변화가 거의 동시에 발생하고 rSO2감소는 EEG보다 약 2분 일찍 발생하여 NIRS가 다른 모니터링 매개변수가 아직 정상 범위에 있을 때 뇌 산소 결핍을 더 일찍 검출할 수 있고 더 민감하다는 것을 증명했다.Taussky 등은 1287명의 환자 (지미망막 하강출혈, 허혈성 뇌졸중, 뇌출혈 포함) 에게 NIRS와 CT 주입 영상 기술을 동시에 사용하여 각각 환자의 뇌 산소포화도와 국소 뇌혈량을 측정하였는데, 양자는 양호한 관련성을 가지고 있다.NIRS가 효과적이고 비침입적이며 중환자실 침대 옆에서 실시간으로 모니터링할 수 있는 뇌 산소 모니터링 수단으로 사용될 수 있음을 보여준다.

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경동맥내막박탈술(CEA)은 한쪽 경동맥계의 일시적인 뇌결혈을 해소하고 일시적인 뇌결혈의 발생을 일으키는 동맥경화 플라크와 궤양을 제거한다.경동맥 내막 박탈술을 할 때, 단측경동맥을 협폐해야 하는 경우가 많다. 수술 중 경동맥을 협폐할 때 뇌구의 혈액 공급을 확보하는 것이 매우 중요하다. 비록 두개저동맥 Willis 고리가 측지순환에 산소를 공급할 수 있지만, 여전히 측지순환의 혈류가 충분한지에 대해 연속적인 평가와 모니터링을 진행해야 한다.NIRS는 다른 뇌 산소 모니터링 수단보다 간편하고 외상 없이 연속적으로 rSO를 구현할 수 있습니다.2모니터링은 CEA와 관련된 수술기 뇌혈관의 예기치 못한 사망을 효과적으로 예방할 수 있으며, CEA 수술에서 뇌의 혈액 부족과 산소 부족을 예측하는 효과적인 수단이다.연구 결과 CEA 환자 주위 수술기 rSO2, 인지 기능 및 체감 유도 발전위치 변화 대비 rSO2CEA 기술에서의 체감 유도 발전 위치와의 모니터링 의미,수술기 환자에게 인지기능 장애가 발생하지 않았고 뇌구 혈류관주가 재통했을 때rSO2체감 유도 발전위치 변화보다 더 뚜렷해야 하며, 수술기에 뇌구의 혈액 공급 재통 상황을 관찰하는 데 매우 유리하며, CEA 수술기의 간단하고 효과적인 모니터링 수단이다.일반적으로rSO2상대치 감소 > 12% 는 뇌결혈을 제시하고 임상의사에게 상응하는 약리와 생리적 간섭을 경고한다.

3. 뇌종양 치료 중NIRS는기술의 응용


현재 수술 연합 방화 요법은 여전히 콜로이드 종양과 뇌막종 등 주요 뇌 종양을 치료하는 가장 효과적인 치료 방식이며, 뇌 종양 수술에서 뇌 기능 영역의 식별은 수술의 성패의 관건이다.뇌 기능 영역이 활성화될 때 산소 혈중 단백질 농도가 빠르게 높아지는 동시에 탈산소 혈중 단백질 농도가 느리고 낮은 폭으로 감소하여 두 가지 산소 결합 상태의 혈중 단백질 변화를 모니터링하면 뇌 기능 활동 영역을 알 수 있는데, 이 원리를 혈중 산소 수준 의존법(BOLD) 방법이라고 한다.현재 NIRS 기술은 MRI 기능 이미징 기술 외에도 이 원리를 이용하여 무창조 실시간 뇌 기능 영역 모니터링을 실현할 수 있다.FujiwaraN 등은 NIRS 및 기능핵자기기술을 사용하여 뇌종양환자의 종양주피층을 동시에 감시할 때 종양병조의 영향으로 종양주뇌기능구가 활성화될 때 헤모글로빈 농도변화모식이 이상한것을 발견하였다.기능핵자기술만으로는 뇌기능구역을 정확하게 발견할수 없어 가음성오유를 초래한다.

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NIRS 기술은 기능 MRI 기술에 비해 시간 해상도가 높고 자유로운 응용 환경, 환자 활동 제한이 적으며 응용 비용이 저렴하다.더욱 중요한것은 기능핵자기술이 탈산소헤모글로빈농도만 검측하는 한계성에 비해 NIRS는 탈산소헤모글로빈과 산소합헤모글로빈을 동시에 검측할수 있으며 만약 NIRS기술과 기능핵자기술을 련합으로 응용한다면 기능핵자기검측의 가짜음성착오발생률을 크게 낮출수 있다.또한 NIRS 기술은 뇌 기능 영역뿐만 아니라 종양의 혈중 산소 포화도 특징을 모니터링하여 종양 보조 식별을 직접 할 수 있습니다.그 주요 기능은 종양 구조의 이질성에 있으며, 종양 혈관의 동정맥 비율이 정상 조직과 일정한 차이가 있어 종양의 산소 포화도 이상을 초래한다.

4. 利用NIRS는뇌혈류 역학 모니터링의 응용을 진행하다


안정된 뇌관주압은 뇌혈류량의 항정을 결정하는 요소이고 뇌혈류량의 항정은 정상적인 뇌기능을 유지하는 기초이다.근적외선 스펙트럼 기술 검측 뇌혈류 역학은 뇌 기능 검측 분야의 최신 진전으로 산소 합혈홍단백질 (△C)HbO2는) 및 환원 헤모글로빈(△CHb는) 함량 변화량 계산 △CHbD(△CHbD는=△CHbO2는-△CHb는),△CHbD는뇌혈류량의 변화량을 간접적으로 반영할 수 있다.NIRS 침대 옆에서 뇌혈류량(CBF) 변화를 실시간으로 모니터링하는 것은 뇌혈관의 자율적 조절과 혈류 역학 연구에 새로운 기회를 제공한다.최근 몇 년 동안 NIRS는 신경외과 혈관 질환 및 뇌 외상 분야에 널리 사용되었으며 실험과 임상 검증을 통해 뇌 혈류 역학적 변화를 정확하게 반영합니다.

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CooperJ.A 등은 신생 돼지 7마리에 대해 경동맥 협착 실험을 실시하는 과정에서 NIRS를 이용한 모니터링 △CHbD는또한 뇌의 혈액 흐름량 (CBF) 을 동시에 모니터링하여 양자의 변화 추세가 일치하고 좋은 관련성을 가지고 있음을 발견했다 (R2 = 0.907).현재 도플러 초음파 기술은 국내외 임상에서 뇌의 혈류 역학과 혈관의 자율적 조절 기능을 반영하는'골드 스탠더드'로 인정받고 있으며, Budohoski, K.P 등은 환자의 평균 동맥 혈압의 동태 변화를 실시간으로 모니터링하는 가운데 NIRS와 TCD 기술을 공동으로 적용해 뇌의 혈류량 변화를 모니터링함으로써 지주망막 하강 출혈 환자의 지발성 뇌 허혈을 더욱 정확하게 예측하고 예방할 수 있다.

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요약

近红外光谱技术在神经外科患者脑氧和血流动力学监测中的应用研究进展
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결국 NIRS는 매우 유망한 신경 중증 모니터링 도구입니다.실시간, 정확한 뇌 산소 포화도 모니터링은 신경외과 환자, 특히 뇌 혈류 자동 조절 기능이 손상된 중증 환자에게 효과적인 치료 조치를 선택하도록 지도할 수 있으며, 환자의 예후가 중요한 가치가 있다고 판단할 수 있다.

박련중과 뇌조직 산소포화도 측정기 MOC200은 완전한 주요 파라미터 및 관련 하위 파라미터 지표를 가지고 있으며, 선진적인 NIRS 기술을 채용하여 실시간 변화 추세, 상대 변화량, AUC (포화도 제거 상태에서의 깊이 및 시간) 세 차원에서 연속, 실시간, 무창조 모니터링 환자의 뇌조직 산소 공급과 산소 소모 사이의 균형 상태를 적시에 발견하고 간섭할 수 있다2이상 상황은 환자의 뇌 산소 이상으로 인한 뇌 손상을 줄이고 입원 시간을 줄이며 환자의 예후를 높인다.

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