DPA 기술 자료
DPA(Digital Arterial Pulsewave Analyzer)란?
심장 박동에 따라 인체의 전신으로 전파되는 동맥파 (Arterial Pulse wave)를 말초 세동맥에서 PPG센서를 통한 분석하는 System으로 주로 동맥 경화, 고혈압, 심부전 등의 심혈관계 질환과 혈관 노화 정도, 말초순환 상태를 종합적으로 평가하는데 것이다.
1) 맥파 : 심장 박동에 의해 대동맥 내압이 변화하여 압력파가 동맥벽을 따라서 파상으로 말초에 전파하는 것을 검출한 생체 신호.
2) 용적 맥파 : 혈액이 심장 수축에 의해 대동맥으로부터 분출될 때 발생하는 압력의 변화에 따른 혈관 용적 변화를 지첨의 말초동맥에서 파형으로 나타낸 것.
3) 가속도 맥파 : 용적 맥파의 2차 미분파로 변곡점 인식에 용이하고 혈관 노화도(혈관 나이) 추정에 활용.
맥파의 분류
1) 부위별 분류: 경동 맥파, 요골 동맥파, 고동 맥파
2) 검출 방법별 분류: 압맥파, 용적 맥파
3) 신호 가공에 따른 분류: 맥파, 속도 맥파, 가속도 맥파
혈관의 종류와 역할
1) 대동맥: 탄성 혈관=혈류 평활
2) 소동맥(지첨): 저항 혈관 = 혈류량 조절
3) 모세혈관: 교환 혈관 = 대사작용
4) 정맥: 용량 혈관 = 혈액 저장 및 복귀
심장의 혈류 추동 원리
1) 좌심실에서 대동맥판이 열리면서 급속한 혈류로 대동맥이 팽창하면서 심장에서 분출된 혈액을 대부분 말초 동맥에 전달하면서도 그 자체의 탄성에 의해서 상당량의 혈류를 저장한다 (급격한 SP Slope과 충격파 P 형성)
2) 좌심실이 이완기로 전환하여 수축력이 감소하고 그 동안 팽창되었던 대동맥이 수축을 시작함 (조랑파 T 형성)
3) 좌심실의 이완 지속으로 내압은 더욱 감소하고 대동맥이 수축을 계속하면서 동맥혈은 심실로 역류하려 하나 대동맥판이 닫히면서 역류를 막는다
(절흔 C 형성 )
4) 대동맥에 연이어서 세동맥이 수축하면서 다시금 혈류를 말초동맥으로 계속 밀어 넣는다(이완파 D 형성)
5) 새동맥의 수축도 마무리 되면서 말초 동맥의 혈류는 계속하여 줄어 든다 (D 이후 최소점 S’로 하강)
PTG (Plethysmogram)의 변곡점
1) S: Starting point ( 기시점)
좌심실 수축 – 심실력 급증 – 좌심실압 증가- 대동맥판 개방 (심실압 >대동맥압) – 혈액이 급속으로 방출되기 시작하는 시점
2) 수축기상승각 (S-P)
심수축압이 동맥압과 혈관 저항을 극복하고 심실 혈액을 동맥으로 전달, 동맥압 급상승
3) P (Percussion wave, 충격파) systolic peak
– 심근 수축에 의한 혈액 방출량의 최고점
– 심수축에 의한 급속한 혈액 방출, 1차 파봉(P) 형성 후 서서히 감소.
– 정상파의 경우 P점과 대동맥의 최고 압력 도달 싯점이 같지만, 나이 등으로 노년화할수록 파형이 완만해지면서 P점의 위치가 맥파의 최고
파봉보다 앞쪽에 위치한다.
4) T (Tidal wave, 조랑파) reflective peak
– 충격파에 중첩, 2차 파봉(T) 형성.
– 수축 후기 좌심실 혈액이 대동맥 벽에 충돌 시 발생.
– 충격파가 대동맥 -> 동맥으로 분기되는 말단부에서 반사되어 생기는 파형( P파로 인해 순간적으로 늘어난 혈관이 혈관벽의 탄성에 의해 반사)
– 건강한 사람에게 나타나지만 노년층의 경우 충격파와 합성되어 나타나지 않는다.
5) C (Incisura, 절흔점)
– 좌심실압 저하 대동맥 판막 폐쇄 시점(동맥압 > 좌심실압)
– 심장 수축이 끝나고 대동맥판막이 닫히면서 잠시 압력이 저하
– 수축기로부터 이완기로 전환하는 싯점.
– 수축기 세동맥 혈관 저항이 커지면 C 상승 (세동맥 수축)
– 수축기 세동맥 혈관 저항이 작아지면 C 하강 (세동맥 확장)
6) D (Dicrotic wave, 중복파)
– 이완기 초기 동맥의 분기점이나 말초 부위에서 반사되어 돌아온 반사파가 중복되어 나타나는 파형.
– 대동맥판 폐쇄 시 역류 동맥혈이 대동맥판에 반사하여 형성. (C, D 간격이 줄어들거나 동일 위치 – 대동맥판 개폐 이상)
– 중복파가 부풀어 있는 것은 대동맥에 높은 압력이 지속되는 것을 의미
– 중복파가 작은 경우는 심장 이완기 초기에 혈압이 하강하는 의미.
7) S’ (Re-starting point)
– 이완기 하강각(D-S’)
– 동맥압이 세동맥 저항과 정맥압을 극복하면서 동맥혈을 지속적으로 말초로 추동.
혈압과 혈류
심장은 인체 혈액순환의 원동력으로 그 펌프작용은 생명 그 자체이다. 혈압과 혈류는 혈액순환의 두 변수다. 만약 심부전이 있어서 심근수축이 저하하면 혈압은 내려가고 혈류량은 감소한다. 동맥혈관은 나뭇가지처럼 여러 방향으로 갈라진 가늘고 긴 관이며 그 한쪽 끝에서 심장이 수축할 때마다 혈액을 밀어 넣으므로 수축기간에는 우선 대동맥의 뿌리부분의 압력이 올라가고 파도처럼 점점 말초에 전달된다. 이를 압맥파(혈압)라 칭한다.
맥파와 혈류는 전달과정이 다르다. 흘러가는 물에 돌을 던졌을 때 생기는 물결파의 전달과 물의 흐름이 다른 것처럼 맥파는 파동으로 전달되지만 혈류는 맥관을 따라 흐르면서 전달된다. 대동맥의 맥파 전달 속도는 혈류속도의 10배나 빠르다. 그렇지만 혈류량의 측정은 연속적인 계측이 불가능하다. 그래서 어느 때라도 간단하게 측정 가능한 혈압이 일반적으로 심력 측정의 가장 중요한 기법이 되었다.
임상적으로도 혈압의 급격한 저하는 생명의 위험이 있고 또한 고혈압, 특히 최저혈압이 높게 나타나는 고혈압은 뇌혈관이나 심근에 상해를 일으킬 확률이 높다. 우심방에서부터 흥분이 전달되면 심근은 수축하기 시작한다. 그러면 거의 0이었던 좌심실 압력이 급상승하고 이 압력은 바로 심방 압력을 상회하기 때문에 방실판(승모판)이 닫힌다. 심실압력은 더욱 상승을 계속하여 최저 혈압을 넘어서면 대동맥판이 열린다. 이 대동맥판이 열릴 때까지의 상승압 기간 중에는 심실내의 혈액이 그대로 머물러 있어 심실 내 용적변화는 없고 단지 압력이 올라갈 뿐인 수축 기간이다. 이 기간을 등용성 수축기간 isovolumetric contraction time, ICT, ti라 한다.
대동맥판이 열리면 좌심실내의 혈액이 대동맥으로 밀려나온다. 즉, 혈액의 분출이 시작된다. 심근은 더욱 수축을 계속하여 혈액 분출 이후에도 좌심실압력은 계속 상승하고 이에 동반하여 대동맥 압력도 상승, 건강한 사람인 경우는 대동맥압력이 최고혈압에까지 높아졌을 때 압맥파(맥압력)의 피크가 나타나고 심박출량도 최대치가 된다.
다음으로 심근 수축력은 급속히 떨어지고 좌심실 압력도 급강하를 시작한다. 이에 따라 대동맥 압력도 내려가지만 좌심실 압력 정도로 급강하 하지는 않는다. 이유는 대동맥이 탄성 섬유로 풍부한 탄성동맥 elastic artery이기 때문으로 잘 부풀고 잘 줄어들어 반전 압력을 일으키기 때문이다.
즉, 심수축기에 좌심실보다 대동맥에 방출된 혈액은 말초혈관의 저항을 이겨내고 말초로 흘러 들어가나 그 일부는 대동맥을 확장시킨다. 이후 대동맥 압력이 최고압력까지 높아진 후에는 좌심실부터 혈액의 방출이 줄기 시작하여 대동맥 압력파도 피크를 지날 무렵부터 확장된 대동맥도 원래의 직경으로 되돌아가려는 힘으로 혈관내의 혈류를 말초로 밀어준다.
심근 수축이 끝나면 좌심실 내의 압력은 급격하게 감소하게 되고 확장된 상태에서 원래 상태로 돌아가려는 대동맥의 탄성력은 말초혈관의 저항으로 대동맥 압력은 급격하게 떨어지지 않는다. 이는 좌심실압력과 대동맥 압력 사이에 압력차를 만들어 대동맥판이 역류를 방지하기 위해 닫힌다. 닫힌 뒤에도 확장된 대동맥의 탄성력은 혈관 내 혈액을 말초로 계속 흘려 보낸다.
압(맥)파와 용적 맥파
혈관 내 압력의 변화에 의해서 일어나는 말초 세동맥의 용적변화, 즉, 용적맥파 volume pulse wave, plethysmogram, PTG의 기록은 정말 간단하며 임상가치도 월등히 높다. 저항 혈관이라 일컬어지는 중소 이하의 세동맥에서는 전달되는 압력변화의 1/250 정도의 극히 미세한 용적변화만이 일어나기 때문에 손으로 느낄 수가 없을 정도로 작아 보통은 500~1,000배로 증폭시켜 기록한다.
압(맥)파와 용적 맥파는 동일한 동맥에서 측정된 두 파형은 상당히 비슷하며 정상일 경우 내압 상승 => 용적 증가, 내압 하강 => 용적 감소로 나타난다. 그렇지만 교감신경 자극 등으로 동맥이 수축, 긴장하고 있을 때에는 상당한 내압 변화가 일어나도 용적 변화는 일어나지 않고 용적 맥파의 높이는 낮아진다. 이러한 파장 높이(波高)의 저하는 특히 젊은이들에게는 추위, 담배, 정신 긴장 등으로도 쉽게 일어나지만 가장 중요한 것은 심박출량의 감소에 의해 생기는 혈관 수축을 잘 반영하기 때문에 심장 기능 평가의 지표가 된다.
1) 압(맥)파
심장이 수축하면 우선 대동맥 기시부의 압력이 상승하고 이것이 파동 전파처럼 점점 말초로 전달된다. 이것을 맥파 pulse wave이라 칭한다. 맥파는 요골동맥과 같은 체표에 가까운 동맥에서는 손으로 만져볼 수가 있고 연속적으로 측정할 수가 있다. 맥파 전달 속도는 대동맥에서 약 5m/sec이지만 동맥계는 가지가 갈라짐에 따라 딱딱해지기 때문에 전달 속도는 한층 더 빨라져 말초에서는 10~15/sec가 된다. 같은 이유로 고혈압, 동맥경화의 경우에도 맥파 전달속도는 더 빨라진다. 또한 맥파 속도는 혈류 속도보다 훨씬 더 빠르고 대동맥의 맥파 전달 속도는 혈류 속도의 약 10배가 된다. 동맥계에 전달되는 압력 맥파가 말초에 전달되는 시간과 심장에서 구출된 혈액이 말초에 도달하는 시간과는 상당한 차이가 있다.
2) 용적 맥파
요골동맥 등에서 내압이 올라가거나 내려가면 극히 미미하기는 하나 내부 직경이 부풀거나 줄어드는 등의 변화가 생긴다. 이러한 미량의 용적 변화를 500배에서 1,000배로 증폭, 기록한 것이 용적 맥파 volume pulse wave, plethsmography이다. 용적 맥파의 측정법은 여러 가지가 있지만 현재 가장 널리 이용되고 정확한 파형을 얻을 수 있는 지첨 용적 맥파가 많이 연구되어 지고 있다.
혈관의 기능
일반인들은 심장의 기능에 대해서는 의외로 잘 알고 있음에도 혈관에 대해서는 잘 모르는 경우가 많다. 그러나 혈관도 심장과 함께 순환계를 만들어 혈액을 흐르도록 하기 때문에 중요성은 심장 못지 않다. 대동맥과 굵은 동맥은 Windkessel로서 혈류 평활화의 역할을 하고 탄성혈관이라 불린다.
소동맥은 그 구경(口徑)을 변화시켜 혈류의 유입을 가감하므로 저항 혈관이라 불린다. 모세혈관은 혈액과 조직 사이의 물질 교환을 맡고 있어 교환혈관이라 불린다. 동맥과 정맥이 직접 맞닿은 혈관은 단락혈관이라 불린다. 소정맥과 정맥은 용적이 크고 그 속에 혈액을 저장하면서 혈액량을 가감하기 때문에 용량혈관이라 불린다. 대동맥 및 동맥에서는 혈압의 감소는 아주 적다. 혈압감소가 가장 많은 곳은 소동맥으로 혈압보다는 구경의 변화에 의해 혈류 흐름을 제어하므로 저항 혈관이라 부르는 이유이다. 그리고 소동맥을 넘어 모세혈관 및 정맥에서는 압력감소가 다시 완만해진다.
가속도 맥파란?
APG (Accelerated Photo plethysmograph: 가속도 맥파) 는 지첨 용적 맥파의 파형을 두 번 미분하여 나타낸 파형으로 말초 순환 상태와 혈관의 탄력성 그리고 혈관의 노화 정도를 알 수 있는 맥파 검사법이다. 심장 주기에 따라 혈관 벽압 및 혈관 구경이 변동됨에 따라 말초 쪽으로 전파 되고 이는 심장의 기계적인 운동과 혈행 동태 관찰에 임상적인 유의성이 있으며, 맥파는 심장의 박동 현상을 전달하는 것으로서 심혈관계의 평가에 있어서 많은 정보를 제공해준다. 지첨 용적 맥파의 파형에서는 변곡점이 나타나지 않은 경우가 종종 있어서 이를 객관적으로 쉽게 평가하는 가속도 맥파를 통해 임상을 보다 쉽게 응용 할 수 있게 되었다.
가속도 맥파는 수축초기의 양성파(a파), 수축초기의 음성파(b파), 수축중기의 재상승파(c파), 수축후기의 재하강파(d파), 및 확장조기의 양성파(e파)로 이루어져 있다. 각 파장높이의 측정은 높이 0인 기준선에서 수직으로 각 파고를 측정하고. a파 파고와 b, c, d, e파의 파고와의 비율을 구한다.
b/a가 혈관벽의 신전도를, d/a가 동맥반사파 상태를 반영함이 확인되었고 전자가 기질적 동맥경화, 후자가 기능적 혈관 수축 확장 기능의 지표로서 이용된다. 나이가 들어감에 따라 b/a가 상승하고 c/a, d/a, e/a는 저하하는 경향이 있음이 많은 사례에서 발견되고 있다.
1) 혈관노화 7단계
– 1, 2단계: 혈액 순환 및 혈관 상태 양호, 혈액 순환 및 혈관 상태 양호
– 3, 4단계: 혈관 노화가 시작
– 5, 6, 7단계: 혈액 순환이 잘 안되고 혈관 노화가 진행되거나 우려가 되는 단계
2) 가속도 맥파의 기본 파형
– A : 파형관측때 비교를 용이하게 하기 위한 베이스 값
– B : 수축 초기 음성파, 동맥혈관 탄성도
– C : 수축 중기 재상승파, 동맥의 탄성부분
– D : 수축 후기 재하강파, 말초혈관 탄성도