체적변동기록기

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1. 개요
2. 측정 기관
3. 전임상 연구에서의 활용
4. 한국에서의 활용 및 연구 동향
참조

1. 개요

체적변동기록기는 신체의 부피 변화를 측정하는 데 사용되는 의료 기기이다. 주로 폐 기능 검사, 사지 순환 능력 평가, 생식기 혈류 변화 측정 등 다양한 목적으로 활용된다. 폐 체적변동기록법은 폐활량과 기능적 잔기 용량을 측정하며, 보일의 법칙을 기반으로 폐 내부의 부피를 계산한다. 사지 체적변동기록법은 팔, 다리 등의 순환 능력을 측정하며, 음경 체적변동기록기는 성적 흥분과 관련된 음경 혈류 변화를 측정하는 데 사용되지만, 법정에서는 신뢰성을 인정받지 못하는 경우가 많다. 전임상 연구에서는 호흡 매개변수, 기도 저항 등을 측정하기 위한 다양한 체적변동기록법이 활용된다.

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체적변동기록기
개요
이름	체적변동기록기
영어 이름	Plethysmograph
그리스어 어원	πληθυσμός (plēthysmos, "증가") + γράφειν (graphein, "쓰다")
목적	체적 변화 측정
종류
폐활량 측정	폐 용량 측정
동맥 경화도 측정	혈관 탄성 측정
말초 혈관 측정	혈류량 변화 측정

2. 측정 기관

2. 1. 폐

폐 체적변동기록기는 일반적으로 기능적 잔기 용량(FRC)을 측정하는 데 사용된다. FRC는 호흡 근육이 이완되었을 때 폐의 부피이며, 폐활량도 측정한다.^[2]

전통적인 체적변동기록기(또는 "바디 박스")에서는 검사 대상자가 작은 전화 부스 크기의 밀폐된 챔버 안에 들어가며, 단일 마우스피스가 있다. 정상적인 날숨의 끝에서 마우스피스가 닫힌다. 그런 다음 환자에게 흡입 노력을 하도록 요청한다. 환자가 들이쉬려고 할 때 (헐떡이는 것처럼 보이고 느껴지는 동작), 폐가 팽창하여 폐 내부의 압력이 감소하고 폐의 부피가 증가한다. 이는 닫힌 시스템이고 상자 구획의 부피가 피험자의 새로운 부피를 수용하기 위해 감소했으므로 상자 내부의 압력을 증가시킨다.

캐빈리스 체적변동기록법을 사용하면 환자는 데스크탑 검사 장치 옆에 앉아 마우스피스를 입에 넣는다. 환자는 약 1분 동안 일련의 정상적인 호흡을 한다. 이 때 일련의 빠른 중단이 발생하여 셔터가 열리고 닫히면서 압력과 부피를 측정한다.^[3] 캐빈리스 체적변동기록법으로 측정한 폐 부피 측정값은 바디 체적변동기록법과 동일한 것으로 간주된다.^[4]

2. 1. 1. 측정 방법

보일의 법칙은 폐 내부의 알려지지 않은 부피를 계산하는 데 사용된다. 먼저, 흉곽의 부피 변화를 계산한다. 상자의 초기 압력과 부피의 곱은 팽창 후 알려진 압력과 알려지지 않은 새로운 부피의 곱과 같다고 간주한다. 새로운 부피가 구해지면, 원래 부피에서 새로운 부피를 뺀 값이 상자의 부피 변화량이며, 흉곽의 부피 변화량과 같다. 이 정보를 사용하여 보일의 법칙을 다시 적용하여 흉곽 내 가스의 원래 부피를 결정한다. 초기 부피(알 수 없음)에 초기 압력을 곱한 값은 최종 부피에 최종 압력을 곱한 값과 같다. 이 원리에서 시작하여, 기능적 잔기 용량이 다음과 같이 부피와 압력의 변화의 함수임을 알 수 있다.^[5]

FRC = K_V (ΔV_box / ΔP_mouth), K_V ≈ P_Barometric

폐가 가득 찼을 때와 비었을 때의 차이는 질병 및 기도 폐쇄를 평가하는 데 사용될 수 있다. 폐쇄성 질환은 일부 기도가 정상적으로 비워지지 않기 때문에 기능적 잔기 용량(FRC)이 증가하는 경향을 보이며, 제한성 질환은 FRC가 감소하는 경향을 보인다. 체적변동기록기는 기관지 나무와 통하지 않는 공기 공간을 가진 환자에게 특히 적합하다. 이러한 환자에게는 헬륨 희석이 부정확하게 낮은 판독값을 제공할 것이다.

체적변동기록기를 사용하여 계산할 수 있는 또 다른 중요한 매개변수는 기도 저항이다. 흡입하는 동안 흉곽이 팽창하여 상자 내부의 압력이 증가한다. 소위 저항 루프(상자 압력 및 흐름)를 관찰하면 질병을 쉽게 인식할 수 있다. 저항 루프가 평면이 되면 폐의 유순도가 좋지 않음을 나타낸다. 예를 들어, 만성 폐쇄성 폐 질환(COPD)은 해당 저항 루프의 독특한 모양 때문에 쉽게 발견될 수 있다.^[5]

2. 1. 2. 기도 저항

보일의 법칙은 폐 내부의 알려지지 않은 부피를 계산하는 데 사용된다. 먼저, 흉곽의 부피 변화를 계산한다. 상자의 초기 압력과 부피의 곱은 팽창 후 알려진 압력과 알려지지 않은 새로운 부피의 곱과 같다고 간주한다. 새로운 부피가 구해지면, 원래 부피에서 새로운 부피를 뺀 값이 상자의 부피 변화량이며, 흉곽의 부피 변화량과 같다. 이 정보를 사용하여 보일의 법칙을 다시 적용하여 흉곽 내 가스의 원래 부피를 결정한다. 초기 부피(알 수 없음)에 초기 압력을 곱한 값은 최종 부피에 최종 압력을 곱한 값과 같다. 이 원리에서 시작하여, 기능적 잔기 용량이 부피와 압력의 변화의 함수임을 알 수 있다.^[5]

폐가 가득 찼을 때와 비었을 때의 차이는 질병 및 기도 폐쇄를 평가하는 데 사용될 수 있다. 폐쇄성 질환은 일부 기도가 정상적으로 비워지지 않기 때문에 기능적 잔기 용량(FRC)이 증가하는 경향을 보이며, 제한성 질환은 FRC가 감소하는 경향을 보인다. 체적변동기록기는 기관지 나무와 통하지 않는 공기 공간을 가진 환자에게 특히 적합하다. 이러한 환자에게는 헬륨 희석이 부정확하게 낮은 판독값을 제공할 것이다.

체적변동기록기를 사용하여 계산할 수 있는 또 다른 중요한 매개변수는 기도 저항이다. 흡입하는 동안 흉곽이 팽창하여 상자 내부의 압력이 증가한다. 소위 저항 루프(상자 압력 및 흐름)를 관찰하면 질병을 쉽게 인식할 수 있다. 저항 루프가 평면이 되면 폐의 유순도가 좋지 않음을 나타낸다. 예를 들어, 만성 폐쇄성 폐 질환은 해당 저항 루프의 독특한 모양 때문에 쉽게 발견될 수 있다.^[5]

2. 2. 사지

체적변동기록기 장치는 팔, 다리 또는 기타 사지에 부착되어 순환 능력을 측정하는 데 사용된다.

수체적변동기록법에서는 팔과 같은 사지를 부피 변화를 감지할 수 있는 물이 채워진 챔버에 넣는다. 공기체적변동기록법은 유사한 원리를 사용하지만, 공기가 채워진 긴 커프를 기반으로 하며, 이는 더 편리하지만 정확성은 떨어진다.

또 다른 실용적인 장치는 수은이 채워진 스트레인 게이지로, 예를 들어 종아리 중간 부위의 사지 둘레를 지속적으로 측정하는 데 사용된다.

임피던스 체적변동기록법은 신체의 이 부위에서 정맥 혈전증을 감지하는 데 사용되는 비침습적 방법이다.

2. 2. 1. 종류

체적변동기록기 장치는 팔, 다리 또는 기타 사지에 부착되어 순환 능력을 측정하는 데 사용된다.

수체적변동기록법에서는 팔과 같은 사지를 부피 변화를 감지할 수 있는 물이 채워진 챔버에 넣는다. 공기체적변동기록법은 유사한 원리를 사용하지만, 공기가 채워진 긴 커프를 기반으로 하며, 이는 더 편리하지만 정확성은 떨어진다.

또 다른 실용적인 장치는 수은이 채워진 스트레인 게이지로, 예를 들어 종아리 중간 부위의 사지 둘레를 지속적으로 측정하는 데 사용된다.

임피던스 체적변동기록법은 신체의 이 부위에서 정맥 혈전증을 감지하는 데 사용되는 비침습적 방법이다.

2. 3. 생식기

음경 체적변동기록기는 체적변동기록기의 또 다른 흔한 유형이다. 이 장치는 음경의 혈류 변화를 측정하는 데 사용된다. 일부 연구자들은 이 장치를 사용하여 성적 흥분과 성적 지향을 평가하지만, 음경 체적변동기록기를 고려한 법원은 일반적으로 이 기술이 법정에서 사용하기에 충분히 신뢰할 수 없다고 판결한다.^[6] 음경 체적변동기록기에 해당하는 여성의 유사 장치는 질 내 혈류를 광학적으로 측정하는 질 광혈류측정기이다.^[7]

2. 3. 1. 남성 생식기

음경 체적변동기록기는 체적변동기록기의 또 다른 흔한 유형이다. 이 장치는 음경의 혈류 변화를 측정하는 데 사용된다. 일부 연구자들은 이 장치를 사용하여 성적 흥분과 성적 지향을 평가하지만, 음경 체적변동기록기를 고려한 법원은 일반적으로 이 기술이 법정에서 사용하기에 충분히 신뢰할 수 없다고 판결한다.^[6] 음경 체적변동기록기에 해당하는 여성의 유사 장치는 질 내 혈류를 광학적으로 측정하는 질 광혈류측정기이다.^[7]

2. 3. 2. 여성 생식기

질 광혈류측정기는 여성의 질 내 혈류를 광학적으로 측정하는 장치이다. 이는 남성의 음경 혈류 변화를 측정하는 음경 체적변동기록기에 대응하는 여성용 유사 장치이다.^[7] 음경 체적변동기록기는 성적 흥분과 성적 지향을 평가하는 데 사용되기도 하지만, 법원에서는 일반적으로 이 기술의 신뢰성을 인정하지 않는다.^[6]

3. 전임상 연구에서의 활용

체적변동기록법은 호흡 연구를 위해 기초 및 전임상 연구에서 널리 사용되는 방법이다. 여러 기술이 사용된다.

==== 전신 체적변동기록법 ====

전신 체적변동기록법은 의식이 있는 억제되지 않은 피험자의 호흡 매개변수를 측정하는 데 사용되며, 여기에는 기관지 수축의 정량화가 포함된다.

표준 체적변동기록기 크기는 쥐, 쥐, 기니피그 연구용이다. 요청 시, 토끼, 개, 돼지 또는 영장류와 같은 다른 동물용으로 더 큰 체적변동기록기도 제조할 수 있다.

체적변동기록기에는 두 개의 챔버가 있으며, 각 챔버에는 폐활량 측정기가 장착되어 있다. 피험자는 그 중 하나(피험자 챔버)에 배치되고 다른 하나는 비어 있다(참조 챔버).

압력 변화는 한 포트가 피험자 챔버에 노출되고 다른 포트가 참조 챔버에 노출된 차압 변환기에 의해 측정된다.

==== 이중 챔버 체적변동기록법 ====

이중 챔버 체적변동기록기(double-chamber plethysmograph, dcp)는 의식이 있는 제한된 피험자의 기도 저항 및 전도도를 포함한 호흡 매개변수를 측정한다. 쥐, 래트 또는 기니피그를 연구하기 위해 다양한 크기의 체적변동기록기가 존재한다.

머리 제거 구성은 머리 챔버가 없다는 점을 제외하고 위에서 설명한 표준 구성과 동일하다. 칼라 밀봉은 신체 챔버가 기밀 상태를 유지하도록 적용된다. 흉부 신호만으로 특정 기도 저항(SRaw) 및 특정 기도 전도도(Sgaw)를 제외한 모든 매개변수를 얻을 수 있다.

==== 마취된 동물에서의 저항/탄성 측정 ====

마취된 체적변동기록법에서 폐 저항 및 동적 컴플라이언스는 피험자가 마취되어 있기 때문에 직접 측정된다. 진정 수준에 따라 피험자는 자발적으로 호흡하거나(SB 구성) 기계 환기(MV 구성)를 받을 수 있다. 컴플라이언스와 저항을 계산하려면 유량 신호와 압력 신호가 필요하다.

==== 뇌 혈류 연구 ====

최근에는 만성 뇌척수 정맥 부전과 다발성 경화증 사이의 연관성을 규명하기 위해 뇌 정맥 혈류에 대한 연구가 진행되고 있다. 이 연구는 규모가 작아 결론을 내리기에는 부족하지만, 어느 정도 연관성이 나타났다.^[9]

3. 1. 전신 체적변동기록법

전신 체적변동기록법은 의식이 있는 억제되지 않은 피험자의 호흡 매개변수를 측정하는 데 사용되며, 여기에는 기관지 수축의 정량화가 포함된다.

표준 체적변동기록기 크기는 쥐, 쥐, 기니피그 연구용이다. 요청 시, 토끼, 개, 돼지 또는 영장류와 같은 다른 동물용으로 더 큰 체적변동기록기도 제조할 수 있다.

체적변동기록기에는 두 개의 챔버가 있으며, 각 챔버에는 폐활량 측정기가 장착되어 있다. 피험자는 그 중 하나(피험자 챔버)에 배치되고 다른 하나는 비어 있다(참조 챔버).

압력 변화는 한 포트가 피험자 챔버에 노출되고 다른 포트가 참조 챔버에 노출된 차압 변환기에 의해 측정된다.

3. 2. 이중 챔버 체적변동기록법

이중 챔버 체적변동기록기(double-chamber plethysmograph, dcp)는 의식이 있는 제한된 피험자의 기도 저항 및 전도도를 포함한 호흡 매개변수를 측정한다. 쥐, 래트 또는 기니피그를 연구하기 위해 다양한 크기의 체적변동기록기가 존재한다.

머리 제거 구성은 머리 챔버가 없다는 점을 제외하고 위에서 설명한 표준 구성과 동일하다. 칼라 밀봉은 신체 챔버가 기밀 상태를 유지하도록 적용된다. 흉부 신호만으로 특정 기도 저항(SRaw) 및 특정 기도 전도도(Sgaw)를 제외한 모든 매개변수를 얻을 수 있다.

3. 3. 마취된 동물에서의 저항/탄성 측정

마취된 체적변동기록법에서 폐 저항 및 동적 컴플라이언스는 피험자가 마취되어 있기 때문에 직접 측정된다. 진정 수준에 따라 피험자는 자발적으로 호흡하거나(SB 구성) 기계 환기(MV 구성)를 받을 수 있다. 컴플라이언스와 저항을 계산하려면 유량 신호와 압력 신호가 필요하다.

3. 4. 뇌 혈류 연구

최근에는 만성 뇌척수 정맥 부전과 다발성 경화증 사이의 연관성을 규명하기 위해 뇌 정맥 혈류에 대한 연구가 진행되고 있다. 이 연구는 규모가 작아 결론을 내리기에는 부족하지만, 어느 정도 연관성이 나타났다.^[9]

4. 한국에서의 활용 및 연구 동향

참조

_[1] LSJ πληθυσμός https://lsj.gr/plhqu[...]
_[2] 서적 Berne & Levy physiology 2017-01-18
_[3] 간행물 Determination Of Total Lung Capacity (TLC) Without Body Plethysmography https://www.atsjourn[...] American Thoracic Society 2020-06-04
_[4] 학술지 Validation of a Novel Compact System for the Measurement of Lung Volumes 2021
_[5] 학술지 Body plethysmography – Its principles and clinical use http://www.resmedjou[...] 2015-10-24
_[6] 서적 Myers on Evidence in Child, Domestic, and Elder Abuse Cases. Aspen Publishers Online 2005
_[7] 뉴스 What Do Women Want? https://www.nytimes.[...] 2009-01-22
_[8] 간행물 Fatal Neurological Respiratory Insufficiency Is Common Among Viral Encephalitides https://archive.toda[...] 2013
_[9] 학술지 Assessment of cerebral venous return by a novel plethysmography method 2012-09
_[10] 웹사이트 대한의협 의학용어 사전 https://www.kmle.co.[...]

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