서 론
컴퓨터단층촬영(CT) 촬영 시 조직, 혈관 등 특정 부위가 잘 보일 수 있도록 조직의 X선의 흡수 량의 차이를 높이기 위하여 사용되는 물질이 조영제 이다. 조영제는 두 가지 종류로 구분 지을 수 있다. X선의 투과 및 흡수 량의 차이로 음성 조영제와 양성 조영제로 나누어 진다. 음성 조영제는 X선을 투과하여 어
둡게 보이게 하여 구분할 수 있도록 만들어 주며, 양성 조영제 는 X선을 흡수하여 밝게 보이게 하여 구분할 수 있도록 만들어 준다[1]. 음성조영제 구성성분은 주로 공기, 가스, 탄산가스 등이 쓰이며, 양성 조영제 구성성분은 요오드, 황산바륨 등이 있다[2]. 이러한 조영제는 인체에 직접 주입되므로 인체에 무 해하고, 자극이 없어야 하며 맛과 냄새 빛깔이 거부감을 주지 않는 생화학적으로 안정되어 있어야 한다. 또한 적당한 유동성 과 목적 조직에 대하여 친화력이 있어야 한다. 그리고 수용성 이며 검사 후 배설, 제거가 용이해야 한다. 하지만 CT 촬영을 위하여 조영제를 투여 시 조영제의 부작용에 의한 문제들이 CT 촬영의 증가로 늘어나고 있는 추세이다[3-5]. 국내에서 부 작용 발생 건수는 2009년 - 1,688건, 2010년 - 7,243건, 2011년 - 9,988건, 2012년 - 11,829건, 2013. 7월 - 7,459건
조영제 투여 부작용 감지 시스템 개발 연구
김홍래1∙김성천1∙김광기1∙고영환2
1국립암센터 융합기술연구부 의공학연구과
2국립암센터 영상의학과
Research and Development of Detection System Sensing the Side Effects of Contrast Medium
Hong Rae Kim1, Sung Chun Kim1, Kwang Gi Kim1, Young Hwan Koh2
1Biomedical Engineering Branch, Division of Convergence Technology, National Cancer Center, Goyang, Korea
2Center for Liver Cancer, National Cancer Center, Goyang, Korea
= Abstract =
In this study, we propose a miniaturized alarm system for prevent accidents due to the side effects of contrast medium. For this purpose, we tested the sensitivity of the sensor for the suitability of the sensor. By this test, we chose the flex sensor. And we developed real-time monitoring sensing device.
Also, we tested reliability of the sensor . We were installing balloon in a certain area and we attached sensing devices to this area. And we detected that the balloon is inflated. Measurements were found to detect the several steps. With this system, it was expected that we can prevent accidents due to the contrast medium.
Key words: CT(Computerized tomography), Extravasation, Contrast medium, Side effects, Alert system
통신저자: 김광기1, 고영환2
1국립암센터 융합기술연구부 의공학연구과
2국립암센터 영상의학과
(410-769) 경기도 고양시 일산동구 일산로 323 Tel: 031-920-2241, Fax: 031-920-2507 E-mail: kimkg@ncc.re.kr, mrikyh@ncc.re.kr
으로 지난 5년간 총 38,207건으로 집계 되었다.
부작용 발생건수를 유형별로 정리하면 발진, 두드러기 및 가 려움증은 22,333건, 오심 및 구토는 4,820건, 두통 및 어지러 움은 929건으로 비교적 가벼운 증상은 28,082건으로 전체 비 중의 73.5%를 차지하고 있다 [6].
조영제 부작용사고 중 사망사고가 차지하는 비중은 전체 38,207건 중 19건으로 약 0.05%로 나타났다. 사망한 환자의 증상으로는 과민성쇼크(Anaphylaxis), 호흡곤란, 실신사망 등으로 확인 되었다[7].
이러한 부작용을 예방하기 위한 조치들은 여러 가지가 있다.
CT 촬영을 위한 조영제 투입 시 먼저 임신, 감염, 역 격리 환 자, 약물 등의 전자의무기록 경고(EMR alert) 정보를 확인하 며 두 번째로 타 병원에서의 조영제 과거력을 확인하게 된다.
조영제 투여 대상자에게 검사진행 방법을 설명하여 대상자의 충분한 이해를 돕는다. 마지막으로 조영제를 투여하기 전에 조 영제 거부반응 테스트를 진행하여 이상이 있는지 없는지를 확 인한다. 조영제 투여 시에는 염화나트륨 주사액(half saline) 을 사용하며, 조영제 사용을 최소화하여 적정량을 투여하며[8- 13] 신 독성이 있는 약물과의 병용을 피한다. 삼투 농도가 낮
은 조영제를 사용한다[14]. 이러한 노력에서 불구하고 조영제 사고는 지속적으로 늘어나고 있는 현실이다[15].
조영제 주입 사고 중의 가장 큰 원인은 혈관에 주입되는 조 영제가 혈관이 아닌 혈관을 둘러싼 조직들로 누출되어 주변 조 직에 직접적으로 흡수되는 경우이다[16]. 이 경우 조영제의 유 해반응에 의한 사지변형, 피부궤양, 조직괴사, 감각이상과 같 은 연조직 손상이 발생할 수 있다[17-20]. 이러한 부분에 대해 서 감시자의 육안에 의한 주관적인 판단으로 이상여부를 판단 하게 된다.
본 연구는 기존의 조영제 투여 시 발생할 수 있는 조영제 혈 관 외 유출 여부를 판별 시 발생하는 주관적 판단의 개입 문제 점을 해결하기 위해 객관적인 판단 기준과 실시간 감시를 가능 하게 해주는 시스템을 구축을 구축하고자 한다[21-25].
재료 및 방법
본 연구에서는 조영제 누출 시 발생하는 연조직 팽창 및 부 종에 의한 피부의 부피가 늘어나는 경우를 탐지하기 위한 연구 를 진행하였다. 이에 따라 조영제 투여 시 피부의 부피가 늘어 나는 경우에 대하여 지속적으로 감지할 수 있는 센서를 조사하 여 휨센서(flex sensor), 압력센서(pressure sensor) 등 여러 가지 센서에 대하여 적합성 여부를 테스트하였다. 테스트는 센 서를 NI cDAQ-9178(National Instrument, USA) 보드에 연결하여 PC로 변화 량을 관측하는 실험을 진행하였다. 테스 트에서 가장 적합한 센서로 휨센서를 선정하여 실시간 감지를 할 수 있는 시스템을 구성하였다. 또한 테스트를 위하여 별도 의 그림 1과 같은 풍선을 이용한 테스트 세트구성 제작하여 테 스트를 실시 하였다.
시스템의 기본 구성은 그림 2와 같이 피부의 변화를 감지할 수 있는 센서와 센서에 의한 데이터 값을 객관적으로 실시간 감지를 하기 위한 마이크로프로세서를 사용한 임베디드 프로 그래밍 기술을 통해 이상 여부를 객관적이고 정량적 데이터를
표 1. 부작용 발생 건수(2009~2013.7)
연도 2009 2010 2011 2012 2013.7
보고 건수(건) 1,688 7,243 9,988 11,829 7,459
*자료출처: 식품의약품안전처[7]
표 2. 유형별 발생건수(2009~2013.7)
분류 발진∙두드러기∙가려움증 오심∙구토 두통∙어지러움 기타 건수(건) 22,333 4,820 929 10,125 비중(%) 58.4 12.6 2.4 26.5
*자료출처: 식품의약품안전처[7]
표 3. 사망사고 유형 및 조영제 종류(2012~2013.7)
일자 의약품 나이 사망유형
1 2012.03 울트라비스트300주사(이오프로마이드) 67 호흡곤란, 어지러움, 혼수
2 2012.05 가스트로그라핀 ∙ 사망
3 2012.08 가도비스트주사바이알(가도부트롤) 76 아나필락시스성쇼크
4 2012.08 가도비스트주사바이알(가도부트롤) ∙ 순환기능상실
5 2012.09 리피오돌울트라액(아이오다이즈드오일) 59 심근경색증
6 2013.02 비지파크주320밀리그람(요오딕사놀) 80 심장정지, 오심, 구토
*자료출처: 식품의약품안전처[7]
측정 및 실시간 감지를 가능하게 하였다.
마 이 크 로 프 로 세 서 는 AVR(Automatic Voltage Regulator)기반 아두이노(arduino)를 사용하여 보다 쉽고 간 편하게 센서를 감지를 할 수 있다. 초당 9600 변조 횟수의 속 도로 실시간 감지하여 빠르고 정확한 판단을 할 수 있으며 일 정 간격의 평균으로 계산하여 오차 발생을 줄이고 있다.
또한 블루투스 통신을 통하여 CT 촬영실 밖에서도 실시간 감시를 가능하게 하여 사용자의 편의성과 안전성을 높였다.
또한 휘어지는 휨센서로 팔에 부착하기 쉬우며 소형의 아두 이노 미니(arduino mini, Italy)를 적용하여 휴대 간편한 시 스템으로 구성하였다.
결 과
NI cDAQ-9178 보드에 NI 9219 모듈을 장착하여 센서 테 스트를 실시하였다. NI 9219 모듈은 센서 값을 24 bit로 처리 할 수 있는 모듈로 센서 값의 변화를 정교하게 구분 지을 수 있 다. 이에 따라 센서의 민감도를 더욱 정확하게 체크 할 수 있으 며 시스템에서 요구하는 센서를 구분 짓는데 객관적인 데이터 를 제공해 주었다. 센서의 휘어짐 정도에 따른 저항 값 변화를 -5 V에서 5 V사이의 전압 차이 값으로 변환하여 표시하여 주 며 모듈에서 -5 V에서 5 V사이 값의 차이를 224개의 단계로
구분 지어 작은 차이도 구분 지을 수 있도록 민감도를 높였다.
그림 3은 센서 테스트를 통해 선정한 휨센서를 50 ml의 주사기 로 풍선에 주사하였을 때 주사된 풍선의 표면에 휨 센서를 부착 하여 풍선이 팽창함에 따라 반응한 값을 측정한 그래프 이다.
주사액을 빠르게 또는 천천히 주사하였을 때에 따라 그래프 의 곡선이 급격하거나 완만한 곡선을 그렸다. 하지만 휨센서 하나의 값으로 경보 단계를 구분하기에는 객관성이 떨어진다 고 판단되었다. 개개인의 특성에 따라 휨센서 값의 변화 량이 작아도 위험한 사람이 있는 반면 휨센서 값의 변화 량이 큰 경 우에도 위험성이 비교적 작은 사람이 있을 것이다. 이에 따라 서로 다른 센서의 값을 비교하여 값의 변화가 다른 부분에서 경보 단계를 높이도록 시스템을 구성하려고 하였다. 이에 따라 다른 특성의 센서를 압력센서로 선정하여 테스트를 진행하였 다. 이에 따라 풍선을 이용한 테스트 세트구성에 압력센서와 휨센서를 동시에 장착하여 주사량에 따른 변화를 측정하였다.
그림 4는 100 ml 공기를 주입 시 풍선을 이용한 테스트 세트
그림 1. 풍선을 이용한 테스트 세트구성
그림 3. 풍선을 이용한 테스트 세트구성에 50 ml 공기의 주입량에 따른 휨센서의 특성 곡선.
그림 2. 조영제 부작용 감지 시스템 및 풍선을 이용한 테스트 세트 구성
그림 4. 휨센서와 압력센서의 주사량에 따른 변화 곡선 그래프
구성에 부착된 압력센서와 휨센서의 측정 값 변화를 나타낸 특 성 그래프 이다.
그래프를 비교해 보면 50 ml를 기준으로 기울기의 차이가 나타나는 것을 볼 수 있다. 이는 풍선을 이용한 테스트 세트구 성의 부피 변화에 따른 측정 값의 구분이 이루어 진다.
그림 5는 조영제의 혈관 외 유출 시 발생하는 인체 모델 도 식화 모형이다.
그림 6의 도식화 모형처럼 3 단계로 구분 지을 수 있다. 풍 선을 이용한 테스트 세트구성에 주사되기 전 단계에서는 각 센 서의 초기값을 유지하며 변화가 없으며 두 번째 단계에서는 50 ml가 주사 될 때까지 부피변화에 따른 높이 변화가 h1만큼의 변화가 발생하는 동안 주사량과 높이가 비례하여 증가하여 휨 센서의 값의 변화가 일정한 기울기를 유지하며 변화되는 것을 확인할 수 있다. 또한 압력센서도 마찬가지로 접촉면적 A2가 될 때까지 압력센서의 면적 A보다 크므로 압력센서가 받는 압 력에 대한 변화 값은 일정한 기울기를 유지하며 변화하는 것을 확인할 수 있다. 마지막 3단계에서는 휨센서는 두 번째 단계와 마찬가지로 h2가 될 때까지 일정한 h만큼의 변화를 보이기 때 문에 기울기가 일정하게 변화하였지만 이에 반해 압력센서의 변화 값은 접촉면적 A3가 A보다 작으므로 압력센서에 전달 되 는 압력의 값의 변화 기울기가 줄어드는 것을 확인 할 수 있다.
A1> A = A2> A3(압력센서 접촉면적) (1) 2h = 2h1= h2(휨센서 높이 차이) (2) 주사량의 차이에 따른 압력센서의 접촉면적은 식 1에서와 같이 면적의 차이를 표기 할 수 있으며 휨센서의 높이 차이는 식 2와 같이 높이의 차이가 표기 될 수 있다.
센서의 값의 변화 차이에 따라 각각의 경보 단계를 구분 지 을 수 있다. 기울기 값을 계산하여 기울기 값의 차이에 따라 경 보단계를 구분 지으면 개인차에 상관없이 객관적인 위험 단계 를 나타낼 수 있을 것이다.
조영제 주입 시 CT 실 밖에서도 관찰 결과를 확인하고 위 험도를 확인 하여 빠른 조치를 취할 수 있도록 블루투스 통신 을 통하여 데이터를 전송할 수 있도록 시스템을 구성 하였다.
그림 7과 같이 PC에 의하여 간단하게 결과 값을 받아 볼 수 있 도록 구성 되어 있다.
토의 및 결론
본 실험은 조영제 주입 시 발생할 수 있는 위험을 실시간 감 지하여 조기에 발견하여 신속한 대처로 중증 및 사망에 이르는 사고를 방지하기 위한 시스템을 마련하는 것에 중점을 두고 연 구를 진행하였다. 이에 따라 조영제 주입 시 발생할 수 있는 위
그림 5. 조영제의 혈관 외 유출 시 발생하는 인체 모델 도식화 모형.
그림 6. 도식화한 주사량에 따른 휨센서와 압력센서의 높이변화와 접 촉면의 차이
그림 7. 블루투스 통신에 의한 데이터 전송 및 PC에 의한 결과 값 확 인 장치도.
험을 조기에 감지하는 시스템을 개발하였다. 실제 팔에 부착할 수 있어야 하며 작은 변화에도 민감하게 감지 할 수 있는 센서 를 선정하기 위하여 풍선을 이용한 테스트 세트구성을 구성하 고 신호검출 보드에 의한 테스트를 실시 하였다. 테스트 결과 에 의하여 휨센서를 선정하여 시스템을 구성하였다. 하지만 위 험 단계를 객관적으로 나타내기 위하여 추가로 압력센서를 선 정하여 하이브리드 시스템을 구성하였다. 두 센서의 기울기 값 비교에 의하여 위험 단계를 구분 지었으며 이에 따른 단계별 위기 대처도 가능할 것으로 예상 된다. 두 센서의 값이 증가하 기 시작한 시점에서 경보 관심 등급으로 분류하며 두 센서의 증가 값이 일정시간 일정하게 증가하게 되면 경보 위험 등급으 로 표시하며 두 센서의 증가 기울기가 다르게 나타난다면 경보 최상 등급으로 나누었으며 이로 인해 객관적 위기단계 지표를 구축할 수 있었다. 이는 센서 두 개를 결합하여 시스템을 구성 한 큰 장점으로 작용할 것으로 판단된다. 또한 소형화된 감지 시스템 구성으로 공간 제약이 없을 것으로 판단 되며 블루투스 통신에 의하여 검사실 밖에서도 실시간 감지를 할 수 있는 구 성은 장점으로 작용될 수 있을 것으로 생각된다. 앞으로 그림 8과 같은 인체 적용을 위하여 인체 모델에 대한 다양한 케이스 를 적용하기 위하여 다양한 추가 실험이 진행 되어야 할 것이 다.
블루투스 통신 주파수와 의료영상전송시스템(Picture Archiving and Communication System: PACS) 주파수간 상호 간섭이 일어나는지 검증하는 테스트가 진행 되어야 할 것 이며 풍선을 이용한 테스트 세트구성이 인체 모델과 비교하여 어느 정도의 일치 성을 보이는지 검증을 통하여 테스트의 신뢰 도 체크도 동반 되어야 할 것이다. 이와 같은 검증 과정을 거친 다면 조영제 부작용 조기 감지라는 목표를 달성 할 수 있을 것 이라 생각 된다.
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=초 록=
본 연구는 CT촬영시 투여하는 조영제의 부작용을 조기 감지 하기 위한 시스템을 개발하기 위한 연구를 진행하 였다. 조기감지 시스템을 위하여 먼저 부작용을 감지하기 위한 센서를 선정하기 위한 테스트를 진행하였다. 센서 테스트 진행하여 적합한 센서로 휨센서를 선정하였다. 그리고 선정한 센서를 이용한 실시간 감지시스템을 구성 하였다. 또한 구성한 시스템의 유효성 평가를 하기 위한 테스트 환경을 구축하였다. 조영제의 혈관 외 유출 시 발 생하는 팔의 부어 오르는 현상을 나타낼 수 있는 테스트 모형에 센서를 부착하여 실험을 실시 하였다. 실험 결과 에 따라 여러 단계의 경보단계를 구축할 수 있었다. 본 연구에서 개발한 시스템이 조영제의 혈관 외 유출 시 발생 할 수 있는 부작용을 조기에 탐지 할 수 있을 것으로 예상하였다.
