심각한 외상(Trauma)이나 부상 또는 전염병을 앓는 환자들은 만약 혈액이 필요한 조직에 충분한 산소(oxygen)나 영양분(nutrients)을 공급하지 못하는 경우 생명의 위협 상황(life-threatening condition)에 놓여 있어 항상 혈액 순환 쇼크의 위험을 감수(run the risk of circulatory shock)해야 한다. 그러나 만약 이러한 위급 상황을 제 시간에 알아 낼 수 있다면 환자들은 필요한 산소, 정맥 혈액 주사(intravenous fluids), 그리고 기타 약(medications)을 투약해 소생시킬(resuscitated) 수 있다. 그러나 문제는 이러한 쇼크를 초기에 진단하는 것이 간단한 문제가 아니라는 점(no simple matter)이다. 이에 도전하는 사례를 보자.
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[목차]

1. 혈액 순환 쇼크(circulatory shock)
2. University of Massachusetts Medical School의 비파괴 적외선 휴대용 센서 모니터(Noninvasive infrared portable sensor monitor)
3. 어떻게 작동하며 차별화는
4. 활용과 기대
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1. 혈액 순환 쇼크(circulatory shock)

심각한 외상(Trauma)이나 부상 또는 전염병을 앓는 환자들은 만약 혈액이 필요한 조직에 충분한 산소(oxygen)나 영양분(nutrients)을 공급하지 못하는 경우 생명의 위협 상황(life-threatening condition)에 놓여 있어 항상 혈액 순환 쇼크의 위험을 감수(run the risk of circulatory shock)해야 한다. 그러나 만약 이러한 위급 상황을 제 시간에 알아 낼 수 있다면 환자들은 필요한 산소, 정맥 혈액 주사(intravenous fluids), 그리고 기타 약(medications)을 투약해 소생시킬(resuscitated) 수 있다. 그러나 문제는 이러한 쇼크를 초기에 진단하는 것이 간단한 문제가 아니라는 점(no simple matter)이다.

기존의 방식은 혈압(blood pressure), 심장 박동율(heart rate), 그리고 산소 포화 박동(pulse oxygen saturation)의 변화를 지속적으로 모니터링 해야 한다. 그러나 우리 몸의 메커니즘은 환자의 상태가 악화되더라도 혈액의 손실이나 시스템 전염을 만회하기 위해 작동되므로, 설사 환자의 상태가 임박한 경우라 하더라도 이들의 패러미터들이 변하지 않고 지속적인 것으로 측정되어 사실 언제가 정말 위험한 순간인지 알 도리가 없다. 그저 패러미터들이 모니터 상에 작동하지 않고 일직선으로 멈추어야 나타나야만, 그 때서야 부랴 부랴 간호사를 부르고 의사를 부른다.

2. University of Massachusetts Medical School의 비파괴 적외선 휴대용 센서 모니터(Noninvasive infrared portable sensor monitor)

이에 도전하는 과학자들이 있다. 바로 University of Massachusetts Medical School의 연구원들이 비파괴 적외선 휴대용 센서 모니터(Noninvasive infrared portable sensor monitor)를 개발해 비파괴 방식의 기존 다른 테스트보다 훨씬 초기에 임박한 쇼크(impending shock)를 감지하는데 도전하고 있다.

"혈압이 떨어지기 시작하면 그 것은 이미 너무 늦은 것입니다"라고 UMass Medical School과 현재 새로운 디바이스를 개발하고 있는 분광기사(spectroscopist)인 Babs Soller는 말한다. 이 적외선 분광기를 이용하는 디바이스는 그 대신 환자의 근육 조직(muscle tissue) 내에 있는 산소의 수준, pH의 수준, 그리고 혈액 내의 적혈구(red blood cells)의 수준인 헤마토크리트(hematocrit)를 측정한다.

"지금까지 우리는 혈압에 민감하지 않은 비파괴 방식이나 아니면 민감하지만 파괴방식 또는 번거로운 방식의 도구 밖에 없었습니다"라고 Massachusetts General Hospital의 외상과장인 George Velmahos는 말한다. "따라서 비파괴 방식이면서 좀더 자연스러운 방법이 주요 관건입니다"라고 말한다.

[그림 : 경고 등(Warning light). Mass Medical School의 연구원들이 개발한 비파괴 적외선 휴대용 센서 모니터(Noninvasive infrared portable sensor monitor)는 환자들의 근육에 적외선을 쏘아 산소, pH, 그리고 적혈구 수준의 정보를 수집한다. 이 정보들은 휴대용 스크린에 지속적으로 디스플레이 되어 의사들로 하여금 긴박한 혈액 순환의 문제를 사전에 알게 해준다. Credit: Gwenn Ellerby, University of Massachusetts Medical School]

3. 어떻게 작동하며 차별화는

이들이 개발하고 있는 디바이스는 적외선을 환자의 팔이나 다리에 쏘면, 적외선은 지방질(fat)을 지나 근육 조직에 다달아 근육조직의 에너지와 파동 값을 반사시켜 모니터로 전송한다. 그 다음 반사된 빛의 스펙트럼(spectrum of the reflected light)을 컴퓨터 알고리즘(computer algorithms)으로 분석하면 그 산소의 수준, pH의 수준, 그리고 헤마토크리트의 적혈구의 수준을 알아 낼 수 있다. 그러나 다른 비슷한 적외선 바이오측정 디바이스와는 달리, 이 새로운 모니터는 환자들의 지방 두깨와 근육 색깔의 차이를 자동적으로 조정하여 그 결과를 최적화시킨다.

예를 들어 이 때의 최적화란 어떤 조직이 우선적으로 산소가 필요한지를 알려주는 것이다. 그러면 골격 근육(skeletal muscles)이나 내부 장기(internal organs)로 가는 혈액을 차단시키고 그 대신 바로 심장이나 두뇌로 보내진다.

기존의 산소 박동기(pulse oximeter)는 조직으로 산소를 보내기 전에 산소를 분석한다. 그러나 어디에 얼마의 산소를 공급해야 하는지는 알 수 없다. 그러나 이 새로운 디바이스는 근육 내의 다양한 하부 조직에 있는 산소의 수준을 정확하게 측정하므로, 어느 조직에 어느 정도의 산소를 공급해야 하는지 알 수 있다. 근육의 산소가 급격하게 떨어지지만 산소 박동기에는 정상으로 보인다는 것은 환자 내부의 여러 조직의 산소가 부족한 곳으로 자율적으로 보내지기 때문인 것으로, 이는 조만간 내부 장기 조직들의 혈액 순환이 정지된다는 것을 의미한다. 그 만큼 기존의 산소 박동기는 치명적인 단점이 있다.

기존에 사용하고 있는 혈액 테스트(Testing blood) 방법에도 치명적인 단점이 있다. 예를 들어 혈액 테스트기를 환자의 심장에 이식해야 하고, 다시 꺼내야 하고, 그러면 환자는 고통스러워 하고, 이 작업에 많은 시간과 과정이 투입되어야 하며, 여기에서 추출한 혈액 샘플을 실험실로 옮겨야 하고, 그러면 혈액 샘플들의 속성이 변하게 되고, 또한 시간이 많이 걸려 이미 환자에게는 치명적일 수 있다. 그러나 Soller가 개발하고 있는 센서 모니터는 비파괴 방식이고 지속적이며 실시간으로 모니터링 할 수 있다.

또한 기존 Hutchinson Technology사의 InSpectra StO2 Tissue Oxygenation Monitor도 비파괴 방식이지만 오로지 산소의 수준만 측정할 수 있다. 반면 Soller의 디바이스는 이외에 pH의 수준과 적혈구 수준인 헤마토크리트까지 측정할 수 있다. 근육의 pH 수준은 아주 중요하다. 세포들에 산소 공급이 중지되면 세포들은 기능이 중지되고 이는 산의 축적(acid buildup)으로 이어져 pH의 수준이 떨어지면서 다른 치명적인 해를 가할 수 있다. 따라서 환자들이 소생할 때, 조직의 산소 수준은 조직의 pH가 회복되기 전에 먼저 회복되므로 조직의 pH 측정을 정확하게 하지 않으면 의사들은 환자의 정확한 소생여부를 판단할 방법이 없다.

적혈구의 수준인 헤마토크리트 수준을 측정하는 것은 또 다른 영역을 추가해준다. 적혈구들은 외상을 입은 환자들의 급격히 떨어지는 혈압으로부터 생명을 구해준다. 또한 외상을 입은 환자들은 혈액을 희석시켜, 혈액 내의 적혈구의 수를 급격히 줄여, 그 결과 산소를 운반하는 헤모글로빈의 손상을 유발한다. 따라서 헤마토크리트의 수준은 의사들로 하여금 이에 대한 문제를 해결하는 솔루션을 제공하는 것이다.

4. 활용과 기대

Soller와 동료들은 이 휴대용 모니터 개발에 거의 10년을 보냈다. 그 결과 2008년 10월에 있은 미국 보스톤에서 개최된 2008 Center for Integration of Medicine and Innovative Technology Congress에서 그간 연구한 디바이스 버전을 공개했는데, 이는 그전의 디바이스 무게를 1/8로 줄인 1파운드에 불과한 것이었다.

이 프로젝트는 미국 군대가 지원하고 있어, 조만간 전쟁터에 있는 병사들에 적용할 것이다. 그 다음 일반에게 상용화되어 응급실, 앰뷸런스, 긴급 환자 등에 사용될 것으로 기대되고 있다. 따라서 미국 Food and Drug Administration의 허가를 득하기 위해 Reflectance Medical 이라는 회사를 창업했다. 한편 Hutchinson사의 InSpectra monitor는 2007년에 허가를 득하고 편재 상용화되어 임상시험에 사용되고 있다.

[소스]

[Technology Review-Noninvasive Trauma Monitors(17/Nov/2008)]