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"J. Korean Soc. Radiol., Vol. 12, No. 3, June 2018"
Analysis of Association with Risk Factors of Cardiovascular Disease and Heart Rate Variability
Bo-Hee Lim,
1Jong-Min Seok,
2,4Woo-Jin Jeon,
2,3Eun-Ju Ko,
4Jin Lee
4,*1
Department of Radiology, Seoul National University Hospital
2
Department of Radiology, National Police Hospital
3
Department of Biomedical Engineering, Chungnam National University
4
Department of International Radiological Science, Hallym University of Graduate Studies
Received: May 18, 2018. Revised: June 28, 2018. Accepted: June 30, 2018
ABSTRACT
The purpose of this study was to investigate factors affecting the heart rate, to analyze the relevance and to use it as a management index of factors of increase in heart rate. A total of 204 adults from November, 2016 to March, 2017 who responded to a personal questionnaire among the adults who underwent coronary computed tomography scans for health screening, were the target of the investigation. In the study, there was a statistically significant difference (p <.05) between the heart rate and the gender, CACS, Stenosis and the forces affecting cardiovascular disease. CACS, Stenosis had a statistically significant difference (p <.05) compared with the other groups in the group with a heart rate of 80 bpm or more, the ability to influence cardiovascular disease was different from that of other groups There was a meaning difference in the heart rate below 60 bpm group compared (p <.05). In conclusion, it is important and desirable to maintain heart rate below 60 bpm in order to prevent having cardiovascular disease history, and below 80 bpm to prevent CACS and stenosis.
Keywords: Computed Tomography, Cardiovascular Disease, CACS, Stenosis
Ⅰ . INTRODUCTION
최근 소득수준의 향상과 의료기술 및 건강에 대 한 관심이 꾸준히 증가하고 있음에도 불구하고 우 리나라의 사망 3대 원인 악성신생물, 심장 질환, 뇌 혈관 질환은 변함이 없다. 33년째 부동의 1위는 악 성신생물이 차지하고 있지만, 우리나라의 급격한 성장과 서구화된 식습관 그리고 고령화된 사회로 인해 심장 질환으로 인한 사망률이 꾸준히 높아지 고 있다. 이는 사망 원인 3위였던 심장 질환이 2014 년을 기점으로 인구 10만 명 당 52.4명에서 2015년 55.6명으로, 사망 원인 2위 뇌혈관 질환의 사망자 수인 2014년 인구 10만 명 당 48.2명에서 2015년 48 명으로 변화된 것 보다 높은 수치를 보였다.
[1]선행연구에 따르면, 분당 심박동수(beats per minute, BPM)가 10회 증가하게 되면 심장 질환으로 사망할 위험이 적어도 20%가 증가한다고 보고된 바 있으며,
[2]일찍이 1997년 미국심장학회지에 발 표된 안정시의 심박동수와 기대수명의 논문 결과 에 의하면 분당 심박동수가 6회인 바다거북의 평균 수명은 170년 이상이었고 분당 심박동수가 600회 인 생쥐의 기대 수명은 5년이라 밝힌 바 있다.
[3]대 표적인 심장 질환으로는 협심증과 심근경색증이 있는데 이러한 질환의 1차적인 원인은 근육 자체의 수축의 원동력인 심박동수라는 점에 착안하였다.
안정 시 심박동수는 심혈관 및 관상동맥 질환의 중 요한 예측인자 중 하나지만 일반인의 건강에 대한 지표로 적용할 수 있는 이상적인 심박동수에 대한
* Corresponding Author: Jin Lee E-mail: [email protected] Tel: +82-70-8680-6924 https://doi.org/10.7742/jksr.2018.12.3.321
연구는 거의 없었다.
본 연구에서는 심박동수에 영향을 미치는 인자 를 알아보고 그 관련성을 분석하여 심박동수 증가 요인에 대한 관리지표 활용을 위한 기초자료를 제 공하고자 한다. 또한 일반적으로 알려진 성인의 정 상 심박동수는 60~100 bpm이나, 심박동수(Heart rate, HR) 60 bpm이하인 경우(HR≤60), 심박동수 61 bpm 이상 79 bpm이하인 경우(61≤HR≤79), 그리고 심박동수 80 bpm이상(80≤HR)인 경우로 좀 더 세 부적으로 분류하여 심혈관질환 위험 인자를 예방 하기 위한 새로운 심박동수의 기준을 제시하고자 한다. 이와 관련하여 본 연구에서는 심장 질환에 영향을 미치는 인자 중 하나가 심박동수임을 인지 하고 연구의 대상자에서 전산화단층촬영을 통해 Agatston score라 불리는 관상동맥의 석회화 수치 (coronary artery calcium score, CACS)와 관상동맥 협착(stenosis) 정도를 알아보고, 심혈관질환에 영향 을 미칠 수 있는 일반적인 요인인 성별, 나이, 체질 량지수(body mass index, BMI), 흡연유무, 음주유무, 운동여부, 심혈관질환에 영향을 주는 병력(고혈압, 고지혈증, 당뇨)을 분석하여 심박동수와의 연관성 을 알아보고자 한다.
Ⅱ. MATERIAL AND METHODS
1. 연구재료 및 대상
CACS 측정에 사용된 컴퓨터 단층촬영(computed tomography, CT) 장치는 256 Slice Brilliance iCT(Philips Medical Systems, Best, Netherlands)를 이 용하였으며, Fig. 1과 같다.
Fig. 1. Equipment.
연구대상자는 2016년 11월 1 일부터 2017년 3월 31일까지 건강검진을 목적으로 서울 소재 일 대학 병원 검진센터를 방문하여 심장 전산화단층촬영 검사를 시행한 수진자 중 40세 이상 80세 미만인 204명의 성인 남녀를 대상으로 하였다.
연구대상자들은 연구의 목적 및 위험성과 관련 하여 사전 안내 받았으며, 자발적 의지로 연구에 참여하였다. 검사 시작 전 자가 기입 방식으로 문 진을 작성하였으며, 사전 조사 항목은, 성별, 나이, BMI, 흡연유무, 음주유무, 운동여부와 심혈관질환 에 영향을 주는 병력(고혈압, 고지혈증, 당뇨)이었 다. 전산화단층촬영 검사 전 의자에 앉아 5분 정도 휴식을 취하고 편안한 환경에서 자동맥박 측정장 치(Digital blood pressure monitor) UA-851 portable BP(A&D Company, Asahi, Japan)로 맥박을 1회 측 정하여 심박동수에 따라 수진자를 분류하였으며, CT 촬영 후 CACS와 관상동맥 협착 정도를 분석하 여 심박동수와의 관련성을 분석하였다.
2. 연구방법
관상동맥 석회화 검사에 사용된 CT의 조건은 120 kVp, 50 mAs, FOV(Field of view)는 180 mm, Thickness 2.5 mm, Increment 2.5 mm, Standard resolution에 Collimation은 32⨯0.625, Rotation time 은 0.33 msec, Cardiac standard filter가 사용되었다.
CACS 수치에 따른 위험도 분류는 Table 1과 같 다.
[4]CACS가 0 일 때는 심장 질환의 위험도가 불 명확한(non-identified) 상태이며, 향후 5년간은 심혈 관계 질환 발생 위험도가 낮다. 또한 1~10(minimal) 일 경우 아주 적은 양의 죽상동맥경화가 있는 상태 로 이 역시 향후 5년간은 심혈관계 질환 발생 위험 도가 낮다. 11~100(mild)사이는 약간의 죽상동맥경 화가 진행된 상태이며, 매우 적은 양의 관상동맥 협착이 있을 가능성이 있고 관상동맥 질환이 있을 위험이 약간 높은 상태이다. 101~399(moderate)사이 는 중증도의 칼슘이 관상동맥에 형성되어 있는 상 태이며, 죽상동맥경화 플라크가 있다. 또한 중등도 정도의 심혈관계 질환이 존재하게 된다.
400(extensive)이상은 높은 칼슘 수치가 말해주듯 5
년 내에 심혈관계 질환이 발병할 것으로 예상된다.
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Table 1. Relationship between calcium calcification value and coronary artery disease.
Calcium Score Presence of Coronary Artery Disease 0 No evidence of Coronary Artery Disease 1~10 Minimal evidence of Coronary Artery Disease 11~100 Mild evidence of Coronary Artery Disease 101~399 Moderate evidence of Coronary Artery Disease
400≤~ Extensive evidence of Coronary Artery Disease
석회화 정량화 기법을 위해 사용되는 소프트웨 어는 2차원 의료 영상을 PC를 통해 3차원 입체 영 상으로 구현하는 소프트웨어인 Rapidia(Infinitt Healthcare, Seoul, Korea)를 사용했으며 관상동맥 분 지별로 고유의 색을 부여하여 석회화가 보이는 부 위를 색깔로 표시하면 시스템에서 Fig. 2와 같이 각 부위별 석회화 값을 합산하고 비교하여 판정한다.
Fig. 2. Coronary artery calcification score.
3. 통계적 분석
본 연구의 통계분석은 통계프로그램 SPSS software (SPSS 18.0 for Windows, SPSS, USA)를 이 용하였으며, 구체적 분석방법은 다음과 같다.
첫째, 연구대상자의 임상적 특성은 기술통계로 분석하였다.
둘째, 심박동수 변화에 따른 변수별 유의성을 알 아보기 위해 카이제곱검정을 하였다.
셋째, 성별, 나이, BMI, 흡연유무, 음주유무, 운동 량, 심혈관질환에 영향을 주는 병력, CACS, Stenosis와 심박동수 변화와의 관련 성을 알아보기 위해 상관분석을 하였다.
넷째, 심박동수와 관련 있는 인자를 이분형 로지 스틱 회기 분석하여 심박동수의 증가가 각 변수들에 미치는 영향을 알아보았다.
통계학적 유의수준은 p 값이 .05 미만인 경우 유 의성이 있는 것으로 하였다.
Ⅲ. RESULT
1. 대상자의 일반적 특성
연구대상자는 남자 139명(68.1%), 여자 65명 (31.9%)으로 연령분포는 40세 이상 80세 미만으로 평균 57.44 ± 7.66세이며, 키 167.15±8.26 cm, 몸무게 68.20 ± 12.09 kg이었다. 남자 나이의 평균은 56.91 ± 7.90세, 키는 171.31 ± 5.83 cm, 몸무게는 73.17 ± 10.86 kg 이었으며, 여자 나이는 평균 58.57 ± 7.04세, 키는 158.25 ± 4.98 cm 몸무게는 57.58 ± 6.40 kg 이 었다. 대상군의 일반적 특성은 Table 2와 같다.
Table 2. General characteristics of the subject.
구분 N Min Max Mean SD
Total Age 204 39 83 57.44 7.66
Height 204 148 183 167.15 8.26
Weight 204 44 121 68.20 12.09
BMI 204 17.10 234.71 25.32 15.04
M Age 139 39 77 56.91 7.90
Height 139 158 183 171.31 5.83
Weight 139 44 121 73.17 10.86
BMI 139 17.40 234.71 26.40 18.07
F Age 65 46 83 58.57 7.04
Height 65 148 171 158.25 4.98
Weight 65 46 78 57.58 6.40
BMI 65 17.10 30.09 23.01 2.47
흡연 유무는 총 204명 중 비흡연자가 102명으로
50%, 흡연자가 102명으로 50% 이었으며, 음주자는
전체 204명 중 8 명으로 3.9%, 비음주자는 196명으
로 96.1%이었다. 운동하는 사람은 204명중 29명으로
14.2%, 그렇지 않은 사람은 175명으로 85.8%였다.
2. 심박동수와 각 변수별 관련성
심박동수 변화에 따른 각 변수별 카이제곱검정(χ 2)에서 Table 3과 같이 성별, BMI, 심혈관 질환에 영향을 주는 병력, CACS, Stenosis는 심박동수와 관 련성을 나타내었다(p<.05).
Table 3. Cardiovascular disease related factor and heart rate related assay. (N=204)
Variable Classification BPM
HR≤60 61≤HR≤79 80≤HR
p
Age
>50 N 6 12 7
% .1 .1 .2 0.47
50≤ N 40 106 33
% .9 .9 .8
Gender
Male N 26 78 35
% .6 .7 .9 0.01
Fema le
N 20 40 5
% .4 .3 .1
BMI Nor mal
N 36 70 19
% .8 .6 .5 0.01
Obes ity
N 10 46 21
% .2 .4 .5
Alcohol
No N 43 116 37
0.15
% .9 1.0 .9
Yes N 3 2 3
% .1 .0 .1
Smoki ng
No N 25 62 15
0.21
% .5 .5 .4
Yes N 21 56 25
% .5 .5 .6
Exercise
No N 41 101 33
% .9 .9 .8 0.68
Yes N 5 17 7
% .1 .1 .2
Risk disease
Yes N 13 61 28
0.00
% .3 .5 .7
No N 33 57 12
% .7 .5 .3
CACS
0 N 34 84 7
0.00
% .7 .7 .2
1~10 N 7 8 2
% .2 .1 .1
11~
100
N 5 21 12
% .1 .2 .3
101~
399
N 0 3 8
% .0 .0 .2
400≤
N 0 1 11
% .0 .0 .3
Stenosis
<50
%
N 46 116 31
0.00
% 1.0 1.0 .8
50%≤
N 0 1 9
% .0 .0 .2
3. 심박동수와 각 변수와의 상관분석
심박동수와 각 변수와의 상관관계를 분석한 결 과는 Table 4와 같다. 연령과 부(-)적 관련성을 나타 냈으며, 성별, 심혈관 질환에 영향을 주는 병력, CACS, Stenosis와 양(+)적 관련성을 나타냈다 (p<.05).
Table 4. Correlation analysis of heart rate and general characteristics. (N=204)
Variable r (p)
Age -.168(.016)
*Gender .144(.040)
*BMI .030(.671)
Alcohol .085(.228)
Smoking .130(.065)
Exercise .067(.344)
Risk disease .249(<.001)
**CACS .343(<.001)
**Stenosis .423(<.001)
***. p < .05 , **. p < .01
4. 심박동수에 따른 각 변수별 이분형 로지스틱 회귀분석 결과
심박동수가 80 bpm이상인 경우는 심박동수가 60 bpm이하인 경우와 비교하여 이분형 로지스틱 회기 분석을 한 결과 Table. 5와 같이 심박동수가 80 bpm이상인 경우가 CACS는 1.05배 높았으며 Stenosis는 1.08배 높았다. 또한 심박동수가 80 bpm 이상인 경우가 심박동수 61 bpm이상 79 bpm이하인 경우보다는 CACS는 1.01배 높았고, Stenosis는 1.05 배 높았다.
또한 심박동수가 60 bpm이하인 경우보다 심박동
수가 61 bpm이상 79 bpm이하인 경우에서 Table. 8
과 같이 심혈관 질환에 영향을 주는 병력을 가진
사람이 2.72배 많았으며, 심박동수가 60 bpm이하인
경우보다 심박동수 80 bpm이상일 때 심혈관 질환
에 영향을 주는 병력을 가진 사람이 5.92배 많았다.
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Table 5. Result of Logistic Regression.
Classification Variable B S.E, p OR
95% C.I LOW
ER UPPE
R HR≤60 &
80≤HR
CACS 0.05 0.02 0.01 1.05 1.01 1.09 Stenosis 0.07 0.02 0.00 1.08 1.04 1.12
61≤HR≤79
& 80≤HR
CACS .006 .002 0.01 1.01 1.00 1.01
Stenosis 0.05 0.01 0.00 1.05 1.03 1.08 HR≤60 &
61≤HR≤79 Risk
disease 1.00 0.38 0.01 2.72 1.30 5.67 HR≤60 &
80≤HR
Risk
disease 1.78 0.48 0.00 5.92 2.33 15.05
Ⅳ. DISCUSSION
CT 장비의 발달로 CT의 심장검사 사용 빈도가 증가하는 만큼 국내 Park 등(2014)
[5]이나 국외 Gupta 등(2018)
[6]CT를 이용한 관련 연구도 활발하 게 이루어지고 있다. 본 연구는 심박동수를 기초로 CT와 자기기입식 설문을 활용한 연구로 심박동수 에 영향을 미치는 인자를 알아보고 심박동수 증가 요인에 대한 관리지표 활용을 위한 기초자료를 마 련하고자 시행 하였다.
정상 심박동수는 미국심장학회, 그리고 한국에서 도 동일하게 60~100 bpm으로 보고되고 있으며 분 당 심박동수가 40회 증가할 때마다 사망률이 남성 은 2.18배, 여성은 2.14배로 증가하고, 심혈관질환 사망률도 남성이 1.68배, 여성은 1.7배로 증가했다 는 연구 보고가 있다.
[7]Thomas 등(2001)
[8]연구에 서도 분당 60회 이하, 60~79회, 80회 이상인 군으로 나누어 연구한 결과 심장박동수가 분당 80회 이상 이면서 맥압이 65 mmHg 이상인 경우에서, 심장박 동수가 60회 이하이고 맥압이 50 mmHg이하인 경 우에 비해 심혈관 사망률이 남성에서 5.4배, 노인 남성에서는 3.7배로 증가한 사례가 있다. 이처럼 심 혈관질환으로부터 안전하기 위해서는 적절한 심박 동수를 유지하는게 중요하다.
본 연구에서는 심박동수를 측정하여 연구를 진 행하였으며, 심박동수 1회 측정의 신뢰성과 관련하 여 Dionne 등(2002)[9]에 따르면, 인위적으로 호흡 을 조정한 경우를 제외하고는 1회 측정에서 신뢰성
과 재현성이 있다고 보고되었다. 연구 그룹은 Cho 등(2007)
[10]이 성별과 나이에 따라 적정 심박동수를 제시한 연구 결과를 참고 하였으며, 연구에 참여한 수진자의 평균 나이가 57.44세로 남자 56.91세, 여 자 58.57세임을 고려하여 다음과 같이 세 그룹으로 분류하였다.
첫 번째 그룹은 심박동수가 60 bpm이하인 경우 로(HR≤60) 주로 운동을 많이 하는 운동선수에게 나타나는 심박동수이며, 두 번째 그룹은 심박동수 가 61 bpm이상 79 bpm이하인 경우로(61≤HR≤79) 성인의 평균 심박동수이다. 마지막 그룹은 80 bpm 이상인 경우(80≤HR)로 성인의 평균 심박동수보다 높은 그룹이다. 심박동수에 영향을 미치는 인자에 는 선행 논문 마다 차이가 있으나 성별, 나이, BMI, 심혈관질환에 영향을 주는 병력과 관계가 있는 것 으로 알려져 있다.
[11]본 연구에서는 심혈관질환의 위험인자로 알려져 있는 흡연유무, 음주유무, 운동 량을 바탕으로 CACS, Stenosis를 포함시켜 분석하 였다.
연구결과, 카이제곱검정(χ2)에서는 성별, BMI, 심 혈관질환에 영향을 주는 병력, CACS, Stenosis는 심 박동수와 관련성을 나타내었고(p<.05), 심박동수와 각 변수와의 상관관계를 분석한 결과는 연령, 성별, 심혈관질환에 영향을 주는 병력, CACS, Stenosis와 관련성을 나타내었다(p<.05). 이와 관련하여 Singh (2003)
[12]가 실제 혼합 분석법을 사용해 정상 맥박 군과 높은 맥박군으로 분리한 후 집단의 특징을 연 구한 사례에서도 남성과 여성 모두 심혈관질환이 있는 사람에게서 심박동수가 높게 나타났다. 이와 같은 결과는 CACS, Stenosis의 수치가 높을수록 산 소를 공급해야하는 심장에 부하가 걸리기 때문에 심박동수를 증가시키는 중요한 인자로 사료된다.
또한 심박동수 별로 post hoc 분석하여 관련인자
를 비교하였을 때는 심혈관질환에 영향을 주는 병
력, CACS, Stenosis가 서로 유의한 차이가 있었는
데, CACS, Stenosis는 심박동수 80 bpm이상인 그룹
이 나머지 두 그룹과 유의한 차이가 있었으며, 심
혈관질환에 영향을 주는 병력은 심박동수 60 bpm
이하인 그룹과 나머지 그룹간의 유의한 차이가 있
었다. 이는 Thomas 등(2001)
[8]의 연구는 물론 일찍
이 Dyer 등(1980)[13]이 심박동수와 심혈관질환이 관련성이 있었다는 연구와도 맥을 같이한다.
결론적으로 심박동수가 80 bpm 이상인 경우에는 심박동수가 그 이하인 그룹(심박동수 80 bpm 미만) 과 비교하여 CACS, Stenosis와 뚜렷한 상관관계가 있으며, 심박동수가 61 bpm 이상인 경우에는 심박 동수가 60 bpm 이하인 경우보다 심혈관질환에 원 인이 되는 병력과의 뚜렷한 상관관계가 있었고 의 미 있는 요소로 생각 할 수 있다. 그러나 본 연구에 서 흡연여부와 음주여부, 운동량이 심박동수와 관 계가 없는 것으로 산출이 되었다. 이는 흡연유무로 만 분석을 실시하고 pack-year로 산출하여 흡연량으 로 분석하지 못한 것이 원인일 수도 있으며. 음주 여부 역시 개인 특성마다 알코올에 대한 기전과 방 어력이 다르고, 운동량 역시 개인의 역량을 통제하 지 않고 적용한 부분이 영향을 주었을 것으로 판단 된다. 이 분야에 있어서는 여러 연구에서 다양한 연구 결과가 보고되고 있으며, 추후 흡연 유무의 기준과 음주량, 그리고 운동량의 기준을 다양하게 적용하여 심박동수에 영향을 주는 인자에 대한 추 가적 분석이 필요하다.
Ⅴ. CONCLUSION
본 연구를 통해서 심박동수는 심혈관질환 위험 인자들과 연관성이 있었고, 특히 성별, CACS, Stenosis, 심혈관질환에 원인이 되는 병력과의 관련 성을 확인할 수 있었다. 또한 이러한 심혈관질환 위험 인자로부터 조기 예방하기 위해서는 일반적 으로 알려진 한국 성인의 정상적인 심박동수가 60~100 bpm이어도 좀 더 세부적으로 심박동수를 구분하여 적절한 심박동수를 유지하는 것이 중요 하다.
본 연구의 결과에서는 CACS, Stenosis의 수치는 심박동수 80 bpm을 기준으로 유의한 차이가 있게 관찰되었고, 심혈관질환에 영향을 주는 병력은 심 박동수가 60 bpm을 기준으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. 이로써 심혈관질환에 영향을 주 는 병력을 예방하기 위해서는 심박동수를 60 bpm 이하로 유지하는 것이 중요할 것이라 사료되며, CACS, Stenosis을 예방하기 위해서는 심박동수를
80 bpm이하로 유지하는 것이 바람직하겠다. 또한 임상에서는 높은 심박동수를 심혈관계 질환의 중 요한 위험 요인으로 간주하여 심박동수가 높을 때 는 심혈관계 위험 요인이나 기저질환이 있는 것은 아닌지 임상적인 평가를 해야 할 필요가 있을 것이 며, 고혈압 또는 심장 질환 환자를 치료할 때 수축 기 혈압뿐만 아니라 심박동수도 같이 측정하여 심 박동수에 대한 충분한 고려가 필요 할 것으로 사료 된다.
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심박동수 변이에 따른 심혈관질환 위험 인자와의 관련성에 미치는 영향 분석
임보희,
1석종민,
2,4전우진,
2,3고은주,
4이진
4,*1
서울대학교병원 영상의학과
2
국립경찰병원 영상의학과
3
충남대학교 의공학과
4