KR20230045167A - 정형외과 수술 중 의사의 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
정형외과 수술 중 의사의 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 방법 및 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 정형외과 수술 중 의사의 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 의사의 휴식 중 EEG 및 HRV 데이터와 정형외과 수술 중 실시간으로 측정된 EEG 및 HRV 데이터의 상대 비율에 기반하여 정형외과 수술 중 의사의 실시간 스트레스를 정신적 스트레스 및 육체적 스트레스로 분석 및 출력하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 의사가 정형외과 수술 중 착용하는 웨어러블 2채널 뇌파(electroencephalography, EEG) 정보 및 심박수 변동성(heart rate variability, HRV) 정보 감지 장치를 이용하여 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 방법 및 장치를 제공할 수 있다. 본 발명은 의사의 정형외과 수술 중 실시간으로 측정된 EEG 정보 및 HRV 정보의 의사의 휴식 중 측정된 EEG 정보 및 HRV 정보에 대한 비율에 기반하여 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스 정보를 실시간 정신적 스트레스 정보와 실시간 육체적 스트레스 정보로 분석하여 출력하기 위한 방법 및 장치를 제공할 수 있다. 본 발명은 의사의 정형외과 수술 경력에 대한 의사 정보, 정형외과 수술의 경과 시간, 정형외과 수술 중 지혈대가 사용되는지 여부 및 정형외과 수술 중 출혈량에 대한 수술 정보에 기반하여 특히 관리가 필요한 세부 스트레스 정보를 강조하여 출력하기 위한 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 정형외과 수술 중 의사의 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 의사의 휴식 중 EEG 및 HRV 데이터와 정형외과 수술 중 실시간으로 측정된 EEG 및 HRV 데이터의 상대 비율에 기반하여 정형외과 수술 중 의사의 실시간 스트레스를 정신적 스트레스 및 육체적 스트레스로 분석 및 출력하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
의료계 종사자들의 스트레스는 환자의 건강과 직결되는 점을 고려할 때 의료품질경영의 필수 관리 요소이며, 의료계 종사자들의 스트레스가 존재하는 것은 부인할 수 없는 사실이다. 외과 수술은 환자의 삶과 건강 기능에 영향을 미칠 수 있으며 지속적으로 긴 노동시간, 고도로 집약적인 절차, 특정 수준 이상에 도달하기 위하여 요구되는 긴 학습 곡선을 감안할 때 특별히 스트레스가 많은 전문 직업이다. 수술 중 외과 의사가 느끼는 어느 정도의 스트레스는 수술 과정에 도움이 될 수 있다. 그러나, 수술 중 외과 의사의 만성 스트레스 상태가 지속되거나 특정 수준 이상의 스트레스가 있는 경우 기술적인 문제, 절차의 복잡성, 장비 고장 및 환자 합병증과 같은 치명적인 결과가 발생할 수 있다. 수술 중 외과 의사의 스트레스는 아마도 평화롭게 명상을 하고 있는 휴식 상태의 스트레스보다 더 커질 것이다. 그러나, 수술 중 스트레스의 증가 정도와 증가 패턴에 대한 정보를 실시간으로 알 수는 없을 것이다. 설문지, 심박수, 교감신경 균형, 심박수 변동성(heart rate variability, HRV), 열 활동, 타액의 스트레스 바이오 마커, 스마트 패치 등 외과 의사의 스트레스를 평가하는 데 다양한 방법이 사용되었지만, 이러한 방법은 스트레스의 정도와 유형을 실시간으로 정확하게 반영하지 못하고 일반 대중에게 입증하기 어려운 한계가 있다.
따라서, 우리는 궁극적으로 수술 중 의사의 스트레스가 실시간으로 어느 정도인지, 이 스트레스가 임상 결과와 어떻게 관련될 수 있는지 궁극적으로 알아야 한다. 그 일환으로 선행 연구를 통해 척추 수술의 단계(절개(incision), 기구(instrumentation), 감압(decomposition), 봉합(close))와 역할 구분(수술자(operator) 및 보조자(assistant))에 따른 정형외과 의사의 척추 수술 중 스트레스 분석을 측정하여 보고한 바 있다. 그러나, 정형외과 수술은 여러 해부학적 부위에 따라 세부 분류로 나누어져 있기 때문에, 모든 정형외과의 수술을 일반화하여 정의할 수 없다는 한계가 있다. 척추 분야에 대한 선행 연구의 범위를 넘어, 정형외과의 여러 세부 분과(고관절(hip), 무릎(knee), 팔꿈치(elbow), 손(hand), 발목(ankle))로의 확장을 통해 정형외과 의사의 스트레스 분석에 대한 일반화의 필요성이 높아졌다. 여러 해부학적 세부 분류에 속하는 케이스들을 두 가지 유형(지혈대를 적용한 케이스, 지혈대를 적용하지 않은 케이스)으로 나눈 후, 수술 시간에 따른 수술 중 의사의 스트레스와 지혈대 사용 여부에 따른 수술 중 출혈량을 조사할 수 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결 과제를 목적으로 한다.
본 발명은 의사가 정형외과 수술 중 착용하는 웨어러블 2채널 뇌파(electroencephalography, EEG) 정보 및 휴식 중 심박수 변동성(heart rate variability, HRV) 정보 감지 장치를 이용하여 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 의사의 정형외과 수술 중 실시간으로 측정된 EEG 정보 및 HRV 정보의 의사의 휴식 중 측정된 EEG 정보 및 HRV 정보에 대한 비율에 기반하여 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스 정보를 실시간 정신적 스트레스 정보와 실시간 육체적 스트레스 정보로 분석하여 출력하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 의사의 정형외과 수술 경력에 대한 의사 정보, 정형외과 수술의 경과 시간, 정형외과 수술 중 지혈대가 사용되는지 여부 및 정형외과 수술 중 출혈량에 대한 수술 정보에 기반하여 특히 관리가 필요한 세부 스트레스 정보를 강조하여 출력하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 다양한 실시 예들은 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 전자 장치의 동작 방법을 제공한다. 상기 전자 장치는 입력 장치, 출력 장치, 송수신기, 메모리 및 프로세서로 구성된다. 상기 전자 장치의 동작 방법은 의사에 대한 의사 정보 및 정형외과 수술에 대한 수술 정보를 입력 장치에 의하여 입력 받는 과정과, 의사 정보는 의사의 정형외과 수술 경력이 5년 미만인지, 5년 이상 15년 미만인지, 15년 이상인지 여부를 포함하고, 수술 정보는 정형외과 수술의 시작 시간, 정형외과 수술 중 출혈량, 정형외과 수술 중 지혈대가 사용되는지 여부를 포함하고, 의사의 신체에 부착된 뇌파 센서 및 심박수 센서로부터 의사의 휴식 중 뇌파(electroencephalography, EEG) 정보 및 휴식 중 심박수 변동성(heart rate variability, HRV) 정보를 송수신기에 의하여 수신하는 과정과, 의사의 정형외과 수술 중 의사의 신체에 부착된 뇌파 센서 및 심박수 센서로부터 의사의 정형외과 수술 중 실시간 EEG 정보 및 의사의 정형외과 수술 중 실시간 HRV 정보를 송수신기에 의하여 수신하는 과정과, 의사 정보, 수술 정보, 실시간 EEG 정보의 휴식 중 EEG 정보에 대한 비율, 실시간 HRV 정보의 휴식 중 HRV 정보에 대한 비율에 기반하여 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스 정보를 생성하는 과정과, 실시간 스트레스 정보는 실시간 정신적 스트레스 정보와 실시간 육체적 스트레스 정보로 구성되고, 실시간 스트레스 정보를 출력 장치에 의하여 출력하는 과정을 포함한다.
본 발명의 다양한 실시 예들은 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 전자 장치를 제공한다. 상기 전자 장치는 입력 장치, 출력 장치, 송수신기, 메모리 및 프로세서를 포함하고, 프로세서는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치의 동작 방법을 수행하도록 구성된다.
본 발명의 다양한 실시 예들은 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 컴퓨터 프로그램을 제공한다. 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치의 동작 방법을 수행하도록 구성되며, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 기록된다.
본 발명은 의사가 정형외과 수술 중 착용하는 웨어러블 2채널 뇌파(electroencephalography, EEG) 정보 및 심박수 변동성(heart rate variability, HRV) 정보 감지 장치를 이용하여 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 의사의 정형외과 수술 중 실시간으로 측정된 EEG 정보 및 HRV 정보의 의사의 휴식 중 측정된 EEG 정보 및 HRV 정보에 대한 비율에 기반하여 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스 정보를 실시간 정신적 스트레스 정보와 실시간 육체적 스트레스 정보로 분석하여 출력하기 위한 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 의사의 정형외과 수술 경력에 대한 의사 정보, 정형외과 수술의 경과 시간, 정형외과 수술 중 지혈대가 사용되는지 여부 및 정형외과 수술 중 출혈량에 대한 수술 정보에 기반하여 특히 관리가 필요한 세부 스트레스 정보를 강조하여 출력하기 위한 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 시스템의 일 예를 도시한다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 신체에 부착된 EEG 및 HRV 감지 장치의 구성에 대한 블록도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 전자 장치의 구성에 대한 블록도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 전자 장치의 동작 과정에 대한 순서도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 신체에 부착된 EEG 및 HRV 센서 장치의 사시도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 신체에 부착된 EEG 및 HRV 센서 장치의 착용된 모습을 도시한다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 신체에 부착된 EEG 및 HRV 센서 장치에 의하여 측정된 EEG 및 PPG의 미가공 신호(raw signal) 데이터의 일 예를 도시한다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 연구에서 등록된 정형외과 의사들의 인구 통계학적 특성을 도시한다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 연구에서 등록된 정형외과 의사들에 대하여 정형외과 수술 경험에 따라 분류한 그룹들의 특성을 도시한다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 연구에서 등록된 정형외과 의사들에 대하여 정형외과 수술 경험에 따라 분류된 그룹 별 정형외과 수술의 시간 경과에 따른 EEG 및 HRV 매개변수의 패턴의 일 예를 도시한다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 연구에서 등록된 정형외과 수술들 중 지혈대를 사용하지 않은 정형외과 수술에서 의사의 스트레스 관련 매개변수 간의 상관 관계의 일 예를 도시한다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 연구에서 등록된 정형외과 수술들 중 지혈대를 사용한 정형외과 수술에서 의사의 스트레스 관련 매개변수 간의 상관 관계의 일 예를 도시한다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 신체에 부착된 EEG 및 HRV 감지 장치의 구성에 대한 블록도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 전자 장치의 구성에 대한 블록도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 전자 장치의 동작 과정에 대한 순서도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 신체에 부착된 EEG 및 HRV 센서 장치의 사시도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 신체에 부착된 EEG 및 HRV 센서 장치의 착용된 모습을 도시한다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 신체에 부착된 EEG 및 HRV 센서 장치에 의하여 측정된 EEG 및 PPG의 미가공 신호(raw signal) 데이터의 일 예를 도시한다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 연구에서 등록된 정형외과 의사들의 인구 통계학적 특성을 도시한다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 연구에서 등록된 정형외과 의사들에 대하여 정형외과 수술 경험에 따라 분류한 그룹들의 특성을 도시한다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 연구에서 등록된 정형외과 의사들에 대하여 정형외과 수술 경험에 따라 분류된 그룹 별 정형외과 수술의 시간 경과에 따른 EEG 및 HRV 매개변수의 패턴의 일 예를 도시한다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 연구에서 등록된 정형외과 수술들 중 지혈대를 사용하지 않은 정형외과 수술에서 의사의 스트레스 관련 매개변수 간의 상관 관계의 일 예를 도시한다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 연구에서 등록된 정형외과 수술들 중 지혈대를 사용한 정형외과 수술에서 의사의 스트레스 관련 매개변수 간의 상관 관계의 일 예를 도시한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 시스템의 일 예를 도시한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사가 정형외과 수술 중 착용하는 웨어러블 2채널 뇌파(electroencephalography, EEG) 정보 및 심박수 변동성(heart rate variability, HRV) 정보 감지 장치(100) 및 EEG, HRV 데이터에 기반하여 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 전자 장치(200)를 포함한다.
EEG 및 HRV 감지 장치(100)는 2 채널로 뇌파(electroencephalography, EEG) 정보 및 심박수 변동성(heart rate variability, HRV) 정보를 감지할 수 있는 웨어러블 전자 장치이다. EEG 및 HRV 감지 장치(100)는 뇌의 전두엽 피질 활동을 반영하는 Fp1 및 Fp2에 해당하는 부착 부위를 가지고 있다. 21개의 고전적 뇌파 부착 노드들 중 Fp1 및 Fp2 노드를 통해 전두엽 피질 활동을 감지할 수 있다. 또한, 본 웨어러블 장치는 착용이 편리하고 비용이 적게 든다는 장점이 있다. Fp1과 Fp2를 향하는 두 개의 건식 전극은 하나의 헤드밴드에 묶인 상태에서 착용이 가능하며, 양쪽의 유양 돌기 바닥에 있다. 전두엽의 EEG 측정은 착용자의 안구 움직임으로 인해 아티팩트(artifact)를 유발할 수 있다. 이에 대한 해결책으로 뇌파 전문 신경과 전문의가 육안 검사를 통해 아티팩트 제거를 시행했다. 아티팩트에 대한 수정된 EEG 정보는 MATLAB 2012 소프트웨어(MathWorks, Inc., Natick, MA, USA)를 사용하여 재분석되었다. 따라서, 고속 푸리에 변환 시스템을 사용하여 1~50Hz 범위의 EEG 데이터에 대한 진폭을 계산하고 정렬했다. 주파수 전력은 다음과 같이 진폭의 제곱으로 계산되었다: 델타 파(0.5~3.5Hz), 세타 파(4~7Hz), 알파 파(8~12Hz), 낮은 베타 파(베타 1, 12~15Hz), 중간 베타 파(베타 2, 15-20Hz), 높은 베타 파(베타 3, 20-30Hz) 및 감마 파(30-50Hz). EEG 파동에 대해 계산된 값은 전체 주파수에 대한 해당 주파수 전력의 비율로 가정할 수 있다. HRV 측정에 관하여, 접지 및 기준 센서에 해당하는 작은 건식 전극이 있기 때문에, 심장 박동 변동성을 동시에 감지할 수 있다. 상기 건식 전극 내부에는 PPG(Photoplethysmography) 센서가 있다. PPG 발광 다이오드가 켜지면 HRV 측정이 시작된다. 샘플링 속도는 256Hz이며 온라인 노치 필터링도 60Hz에서 적용된다. HRV는 수술 진행에 따라 HRV를 얻기 위해 무빙 윈도우 방식으로 선형 수집되었다. 또한 FFT(Fast Fourier Transform)를 사용하여 주파수 영역에서 특징을 추출하기 위한 전력 스펙트럼을 계산했다. EEG 및 HRV 감지 장치(100)는 정보의 송수신을 수행할 수 있는 송수신기, 정보를 저장할 수 있는 메모리, 정보의 연산을 수행할 수 있는 적어도 하나의 프로세서, EEG 정보를 측정할 수 있는 뇌파 센서, HRV 정보를 측정할 수 있는 심박수 센서를 포함하는 전자 장치일 수 있다.
전자 장치(200)는 EEG 및 HRV 감지 장치(100)로부터 수신한 EEG 정보 및 HRV 정보에 기반하여 정형외과 수술 중 의사의 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 단말 장치이다. 전자 장치(200)는 컴퓨터, 셀룰러 폰, 스마트 폰, 태블릿 컴퓨터 등과 같이, 정보를 입력할 수 있는 입력 장치, 정보를 출력할 수 있는 출력 장치, 정보를 저장할 수 있는 메모리, 정보의 송수신을 수행할 수 있는 송수신기, 정보의 연산을 수행할 수 있는 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 전자 장치일 수 있다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 신체에 부착된 EEG 및 HRV 센서 장치의 구성에 대한 블록도를 도시한다.
도 2를 참고하면, EEG 및 HRV 감지 장치(100)는 송수신기(101), 메모리(102), 프로세서(103), 뇌파 센서(104), 심박수 센서(105)를 포함한다.
송수신기(101)는 프로세서(203)와 연결되고 신호를 전송 및/또는 수신한다. 송수신기(201)의 전부 또는 일부는 송신기(transmitter), 수신기(receiver), 또는 트랜시버(transceiver)로 지칭될 수 있다. 송수신기(201)는 유선 접속 시스템 및 무선 접속 시스템들인 IEEE(institute of electrical and electronics engineers) 802.xx 시스템, IEEE Wi-Fi 시스템, 3GPP(3rd generation partnership project) 시스템, 3GPP LTE(long term evolution) 시스템, 3GPP 5G NR(new radio) 시스템, 3GPP2 시스템, 블루투스(bluetooth) 등 다양한 무선 통신 규격 중 적어도 하나를 지원할 수 있다.
메모리(102)는 송수신기(201), 메모리(202), 프로세서(203), 입력 장치(204), 출력 장치(205)와 연결되고, 입력 장치(204)를 통해 입력된 정보, 송수신기(201)의 통신을 통해 서버(200)로부터 수신한 정보 등을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(202)는, 프로세서(203)와 연결되고 프로세서(203)의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보, 프로세서(203)의 연산에 의하여 생성된 정보 등의 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(202)는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 메모리(202)는 프로세서(203)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공할 수 있다.
프로세서(103)는 본 발명에서 제안한 절차 및/또는 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(203)는 사용자 단말(200)의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 프로세서(203)는 송수신기(201)를 통해 정보 등을 전송 또는 수신한다. 또한, 프로세서(203)는 메모리(202)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 또한, 프로세서(203)는 입력 장치(204)를 통해 정보를 입력 받는다. 또한, 프로세서(203)는 출력 장치(205)를 통해 정보를 출력한다. 또한, 프로세서(203)는 카메라(160)를 통해 이미지를 촬영한다. 프로세서(203)는 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다.
뇌파 센서(104)는 프로세서(203)와 연결되고 EEG 및 HRV 감지 장치(100)를 부착한 사람의 뇌파(electroencephalography, EEG) 정보를 감지한다. EEG 정보는 EEG 및 HRV 감지 장치(100)를 부착한 사람으로부터 측정된 주파수 구간 별 전력의 전체 주파수 전력의 비율로 구성되고, 상기 주파수 구간은 델타 파(0.5~3.5Hz), 세타 파(4~7Hz), 알파 파(8~12Hz), 베타 1파(12~15Hz), 베타 2파(15-20Hz), 베타 3파(20-30Hz) 및 감마 파(30-50Hz)로 구성된다.
심박수 센서(105)는 프로세서(203)와 연결되고 EEG 및 HRV 감지 장치(100)를 부착한 사람의 심박수 변동성(heart rate variability, HRV) 정보를 감지한다. HRV 정보는 EEG 및 HRV 감지 장치(100)를 부착한 사람으로부터 측정된 연속된 정상 심장 박동수들 간의 차이의 평균 제곱근(root mean square of successive differences between normal heartbeats, RMSSD), 심장 박동 중 고주파(high frequency, HF) 성분(0.15-0.40Hz)의 스펙트럼 밀도에 대한 저주파(low frequency, LF) 성분(0.04-0.15Hz)의 스펙트럼 밀도의 비율(LF/HF)로 구성된다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 전자 장치의 구성에 대한 블록도를 도시한다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 EEG, HRV 데이터에 기반하여 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 전자 장치(200)는 송수신기(201), 메모리(202), 프로세서(203), 입력 장치(204), 출력 장치(205)를 포함한다.
송수신기(201)는, 프로세서(203)와 연결되고 신호를 전송 및/또는 수신한다. 송수신기(201)의 전부 또는 일부는 송신기(transmitter), 수신기(receiver), 또는 트랜시버(transceiver)로 지칭될 수 있다. 송수신기(201)는 유선 접속 시스템 및 무선 접속 시스템들인 IEEE(institute of electrical and electronics engineers) 802.xx 시스템, IEEE Wi-Fi 시스템, 3GPP(3rd generation partnership project) 시스템, 3GPP LTE(long term evolution) 시스템, 3GPP 5G NR(new radio) 시스템, 3GPP2 시스템, 블루투스(bluetooth) 등 다양한 무선 통신 규격 중 적어도 하나를 지원할 수 있다.
메모리(202)는, 송수신기(201), 메모리(202), 프로세서(203), 입력 장치(204), 출력 장치(205)와 연결되고, 입력 장치(204)를 통해 입력된 정보, 송수신기(201)의 통신을 통해 서버(200)로부터 수신한 정보 등을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(202)는, 프로세서(203)와 연결되고 프로세서(203)의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보, 프로세서(203)의 연산에 의하여 생성된 정보 등의 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(202)는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 메모리(202)는 프로세서(203)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공할 수 있다.
프로세서(203)는, 본 발명에서 제안한 절차 및/또는 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(203)는 사용자 단말(200)의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 프로세서(203)는 송수신기(201)를 통해 정보 등을 전송 또는 수신한다. 또한, 프로세서(203)는 메모리(202)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 또한, 프로세서(203)는 입력 장치(204)를 통해 정보를 입력 받는다. 또한, 프로세서(203)는 출력 장치(205)를 통해 정보를 출력한다. 또한, 프로세서(203)는 카메라(160)를 통해 이미지를 촬영한다. 프로세서(203)는 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다.
입력 장치(204)는, 프로세서(203)와 연결되고 정보 등을 입력할 수 있다. 일 실시 예에 따라서, 입력 장치(204)는 송수신기(201)를 통해 유/무선 통신 네트워크(700)로 연결된 다른 장치로부터 수신한 정보 등을 입력할 수 있다. 입력 장치(204)는 터치 디스플레이, 키 패드, 키보드 등을 포함할 수 있다.
출력 장치(205)는, 프로세서(203)와 연결되고 정보 등을 영상/음성 등의 형태로 출력할 수 있다. 일 실시 예에 따라서, 출력 장치(205)는 송수신기(201)를 통해 통신 네트워크로 연결된 다른 장치로부터 수신한 정보 등을 출력할 수 있다. 출력 장치(205)는 디스플레이, 스피커 등을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 전자 장치의 동작 과정에 대한 순서도를 도시한다. 도 4의 실시 예에서, 전자 장치는 입력 장치, 출력 장치, 송수신기, 메모리 및 프로세서를 포함한다.
도 4를 참고하면, S401 단계에서 전자 장치는 의사에 대한 의사 정보 및 정형외과 수술에 대한 수술 정보를 상기 입력 장치에 의하여 입력 받는다. 의사 정보는 상기 의사의 정형외과 수술 경력이 5년 미만인지, 5년 이상 15년 미만인지, 15년 이상인지 여부를 포함하고, 상기 수술 정보는 상기 정형외과 수술의 시작 시간, 상기 정형외과 수술 중 출혈량, 상기 정형외과 수술 중 지혈대가 사용되는지 여부를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 정형외과 수술 중 지혈대가 사용되는지 여부는 상기 정형외과 수술이 고관절 치환술(hip arthroplasty), 어깨 인공관절 치환술(shoulder arthroplasty), 척추 수술(spine surgery) 중 하나에 해당하는지 여부에 기반할 수 있다. 예를 들어, 여부는 상기 정형외과 수술이 고관절 치환술(hip arthroplasty), 어깨 인공관절 치환술(shoulder arthroplasty), 척추 수술(spine surgery) 중 하나에 해당하는 경우, 정형외과 수술 중 지혈대가 사용되며, 상기 정형외과 수술이 그 외의 수술에 해당하는 경우, 정형외과 수술 중 지혈대가 사용되지 않을 수 있다.
S402 단계에서 전자 장치는 의사의 신체에 부착된 뇌파 센서 및 심박수 센서로부터 상기 의사의 휴식 중 뇌파(electroencephalography, EEG) 정보 및 휴식 중 심박수 변동성(heart rate variability, HRV) 정보를 상기 송수신기에 의하여 수신한다.
S403 단계에서 전자 장치는 의사의 상기 정형외과 수술 중 상기 의사의 신체에 부착된 상기 뇌파 센서 및 상기 심박수 센서로부터 상기 의사의 상기 정형외과 수술 중 실시간 EEG 정보 및 상기 의사의 상기 정형외과 수술 중 실시간 HRV 정보를 상기 송수신기에 의하여 수신한다.
S404 단계에서 전자 장치는 의사 정보, 상기 수술 정보, 상기 실시간 EEG 정보의 상기 휴식 중 EEG 정보에 대한 비율, 상기 실시간 HRV 정보의 상기 휴식 중 HRV 정보에 대한 비율에 기반하여 상기 의사의 상기 정형외과 수술 중 실시간 스트레스 정보를 상기 프로세서에 의하여 생성한다. 실시간 스트레스 정보는 실시간 정신적 스트레스 정보와 실시간 육체적 스트레스 정보로 구성된다.
S405 단계에서 전자 장치는 실시간 스트레스 정보를 상기 출력 장치에 의하여 출력한다. 일 실시 예에 따라서, 전자 장치는 정신적 스트레스 정보 및 육체적 스트레스 정보를 병기하여 출력할 수 있다.
일 실시 예에 따라서, 전자 장치는 정신적 스트레스 정보 및 육체적 스트레스 정보 중 어느 하나의 정보를 상대적으로 강조하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 강조하여 출력하는 정보를 더 큰 영상 또는 소리로 출력할 수 있으며, 강조하여 출력하는 정보의 수치가 설정된 단위 시간 동안 일정 비율 이상 변화할 경우 해당 변화를 알리는 표시를 함께 출력할 수 있으며, 강조하여 출력하는 정보가 설정된 임계 값들을 초과할 때마다 임계 값의 초과를 알리는 표시를 함께 출력할 수 있다. 정신적 스트레스 정보가 강조하여 출력될 경우, 수술 중 해당 정보를 접한 의사는 수술 중 정신적 스트레스를 낮추도록 노력할 수 있다. 또는, 육체적 스트레스 정보가 강조하여 출력될 경우, 수술 중 해당 정보를 접한 의사는 수술 중 육체적 스트레스를 낮추도록 노력할 수 있다. 의사가 수술 중 본인의 실시간 스트레스 정보를 구체적인 정보와 함께 알게 될 경우, 해당 스트레스를 낮추려고 의식적으로 노력할 수 있기 때문에, 과도한 스트레스로 인한 의료 사고를 미연에 방지할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 휴식 중 EEG 정보 및 상기 실시간 EEG 정보는 상기 의사로부터 측정된 주파수 구간 별 전력의 전체 주파수 전력의 비율로 구성되고, 상기 주파수 구간은 델타 파(0.5~3.5Hz), 세타 파(4~7Hz), 알파 파(8~12Hz), 베타 1파(12~15Hz), 베타 2파(15-20Hz), 베타 3파(20-30Hz) 및 감마 파(30-50Hz)로 구성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 휴식 중 HRV 정보 및 상기 실시간 HRV 정보는 상기 의사의 연속된 정상 심장 박동수들 간의 차이의 평균 제곱근(root mean square of successive differences between normal heartbeats, RMSSD), 상기 의사의 심장 박동 중 고주파(high frequency, HF) 성분(0.15-0.40Hz)의 스펙트럼 밀도에 대한 저주파(low frequency, LF) 성분(0.04-0.15Hz)의 스펙트럼 밀도의 비율(LF/HF)로 구성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 실시간 정신적 스트레스 정보는 상기 의사의 상기 정형외과 수술 중 실시간으로 측정된 상기 베타 3파의 상기 의사의 상기 휴식 중 상기 베타 3파에 대한 비율에 기반하고, 상기 실시간 육체적 스트레스 정보는 상기 의사의 상기 정형외과 수술 중 실시간으로 측정된 상기 LF/HF 값의 상기 의사의 상기 휴식 중 상기 LF/HF 값에 대한 비율에 기반할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 도 4의 실시 예는, 상기 실시간 정신적 스트레스 정보 또는 상기 실시간 육체적 스트레스 정보가 1.5를 초과하는 경우, 1.5를 초과한 스트레스의 종류 정보와 함께 1차적 스트레스 경고를 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정과, 상기 실시간 정신적 스트레스 정보 또는 상기 실시간 육체적 스트레스 정보가 2.0을 초과하는 경우, 2.0을 초과한 스트레스의 종류 정보와 함께 2차적 스트레스 경고를 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정과, 상기 실시간 정신적 스트레스 정보 또는 상기 실시간 육체적 스트레스 정보가 2.5를 초과하는 경우, 2.5를 초과한 스트레스의 종류 정보와 함께 3차적 스트레스 경고를 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 도 4의 실시 예는, 상기 의사의 정형외과 수술 경력이 5년 미만인 경우, 상기 실시간 정신적 스트레스 정보를 강조하여 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정과, 상기 의사의 정형외과 수술 경력이 15년 이상인 경우, 상기 실시간 육체적 스트레스 정보를 강조하여 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 도 4의 실시 예는, 상기 정형외과 수술 중 상기 지혈대가 사용되는 경우, 상기 정형외과 수술의 상기 시작 시간 이후 경과 시간에 따른 상기 실시간 육체적 스트레스 정보를 강조하여 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정과, 상기 정형외과 수술 중 상기 지혈대가 사용되지 않는 경우, 상기 정형외과 수술 중 상기 출혈량에 따른 상기 정신적 스트레스 정보를 강조하여 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 수술 정보는 상기 정형외과 수술 중 해당하는 단계에 대한 단계 정보를 더 포함하고, 상기 정형외과 수술은 1 단계, 2 단계 및 3 단계로 구성되고, 상기 1 단계는 무균술(aseptic method)에 따라서 손과 팔꿈치를 닦고, 수술 가운을 입고, 수술 창을 드레이핑(draping)하는 단계이고, 상기 2 단계는 상기 정형외과 수술 중 절개(incision), 기구(instrumentation), 감압(decomposition), 봉합(close)을 수행하는 단계이고, 상기 3 단계는 상기 봉합(close) 이후의 과정을 수행하는 단계이다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 도 4의 실시 예는, 상기 의사 정보 및 상기 단계 정보에 기반하여, 각 단계 별로 실시간 스트레스 정보를 구성하는 상기 실시간 정신적 스트레스 정보 및 상기 실시간 육체적 스트레스 정보 중 강조하여 출력할 스트레스 정보를 상기 프로세서에 의하여 결정하는 과정과, 상기 결정된 스트레스 정보를 강조하여 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 도 4의 실시 예는, 상기 의사의 정형외과 수술 경력이 5년 미만인 경우, 상기 정형외과 수술이 상기 1 단계에 해당할 때 상기 실시간 정신적 스트레스 정보를 강조하여 상기 출력 장치에 의하여 출력하고, 상기 정형외과 수술이 상기 2 단계 및 상기 3 단계에 해당할 때 상기 육체적 스트레스 정보를 강조하여 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 도 4의 실시 예는, 상기 의사의 정형외과 수술 경력이 15년 이상인 경우, 상기 정형외과 수술의 모든 단계에서 상기 정신적 스트레스 정보를 강조하여 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들은 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 전자 장치를 제공한다. 상기 전자 장치는, 입력 장치, 출력 장치, 송수신기, 메모리 및 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 도 4의 실시 예에 따른 전자 장치의 동작 방법을 수행하도록 구성된다.
본 발명의 다양한 실시 예들은 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 컴퓨터 프로그램을 제공한다. 상기 컴퓨터 프로그램은 도 4의 실시 예에 따른 전자 장치의 동작 방법을 수행하도록 구성되고, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 기록된다.
뇌파 신호와 심박수 변동성을 이용하여 분석할 때, 정형외과 수술 중 의사의 스트레스에 영향을 미치는 요인은 무엇인가?
요약
정형외과 의사의 수술 중 실시간 스트레스를 인식할 수 있는가? 정형외과 의사의 뇌파(electroencephalography, EEG)와 심박수 변동성(heart rate variability, HRV)에 기반하여 스트레스를 판단한다면, 정형외과 의사의 스트레스에 영향을 미치는 요인은 무엇인가? 본 출원인은 2018년 6월부터 2018년 11월까지 정형외과 의사의 수술 중 스트레스 측정 기록 265건을 비교하였다. 스트레스 관련 매개변수를 위해 수술 중 분당 박동수(beats per minute BPM), 저주파(low frequency, LF)/고주파(high frequency, HF) 비율을 포함하는 심박수 변동성(heart rate variability, HRV) 및 뇌파(electroencephalography, EEG)를 측정했다. 외과 의사의 경험에 따른 스트레스 변수의 차이, 수술 중 출혈, 지혈대 유무에 따른 수술 시간의 차이를 조사하였다. 3가지 베타 파를 포함한 스트레스 관련 EEG 신호들은 수술 절차가 진행됨에 따라 초보 외과 의사의 휴식시 EEG에 비해 유의하게 높았다. 시니어 외과 의사의 경우, 육체적 스트레스를 반영하는 LF/HF 비율은 모든 단계에서 초보 외과의사보다 높았다. 지혈대를 포함한 수술에서 수술 시간은 베타 1 파, 베타 2 파, 베타 3 파 및 BPM을 포함한 스트레스 매개변수와 양의 상관관계가 있었다. 지혈대가 사용되지 않은 정형외과 수술에서 수술 중 출혈 발생은 베타 1 파, 베타 2 파, 베타 3 파와 양의 상관관계가 있었다. 정형외과 의사 중 수술 경험이 적은 사람들은 수술 중 스트레스 수준이 상대적으로 높게 나타났다. 장기간의 수술 시간이나 과도한 수술 중 출혈은 스트레스를 증가시키는 요인으로 나타났다.
1. 소개
의료계 종사자들의 스트레스는 환자의 건강과 직결되는 점을 고려할 때 의료품질경영의 필수 관리 요소이며, 의료계 종사자들의 스트레스가 존재하는 것은 부인할 수 없는 사실이다. 외과 수술은 환자의 삶과 건강 기능에 영향을 미칠 수 있으며 지속적으로 긴 노동시간, 고도로 집약적인 절차, 특정 수준 이상에 도달하기 위하여 요구되는 긴 학습 곡선을 감안할 때 특별히 스트레스가 많은 전문 직업이다. 수술 중 외과 의사가 느끼는 어느 정도의 스트레스는 수술 과정에 도움이 될 수 있다. 그러나, 수술 중 외과 의사의 만성 스트레스 상태가 지속되거나 특정 수준 이상의 스트레스가 있는 경우 기술적인 문제, 절차의 복잡성, 장비 고장 및 환자 합병증과 같은 치명적인 결과가 발생할 수 있다. 수술 중 외과 의사의 스트레스는 아마도 평화롭게 명상을 하고 있는 휴식 상태의 스트레스보다 더 커질 것이다. 그러나, 수술 중 스트레스의 증가 정도와 증가 패턴에 대한 정보를 실시간으로 알 수는 없을 것이다. 설문지, 심박수, 교감신경 균형, 심박수 변동성(heart rate variability, HRV), 열 활동, 타액의 스트레스 바이오 마커, 스마트 패치 등 외과 의사의 스트레스를 평가하는 데 다양한 방법이 사용되었지만, 이러한 방법은 스트레스의 정도와 유형을 실시간으로 정확하게 반영하지 못하고 일반 대중에게 입증하기 어려운 한계가 있다.
따라서, 우리는 궁극적으로 수술 중 의사의 스트레스가 실시간으로 어느 정도인지, 이 스트레스가 임상 결과와 어떻게 관련될 수 있는지 궁극적으로 알아야 한다. 그 일환으로 선행 연구를 통해 척추 수술의 단계(절개(incision), 기구(instrumentation), 감압(decomposition), 봉합(close))와 역할 구분(수술자(operator) 및 보조자(assistant))에 따른 정형외과 척추외과 의사의 수술 중 스트레스 분석을 측정하여 보고한 바 있다. 그러나, 정형외과 수술 여러 해부학적 부위에 따라 세부 분류로 나누어져 있기 때문에, 모든 정형외과의 수술을 일반화하여 정의할 수 없다는 한계가 있다. 척추 분야에 대한 선행 연구의 범위를 넘어, 정형외과의 여러 세부 분야(고관절(hip), 무릎(knee), 팔꿈치(elbow), 손(hand), 발목(ankle))로의 확장을 통해 정형외과 의사의 스트레스 분석에 대한 일반화의 필요성이 높아졌다. 여러 해부학적 세부 분류에 속하는 케이스들을 두 가지 유형(지혈대를 적용한 케이스, 지혈대를 적용하지 않은 케이스)으로 나눈 후, 수술 시간에 따른 수술 중 의사의 스트레스와 지혈대 사용 여부에 따른 수술 중 출혈량을 조사할 수 있었다.
본 발명의 연구는 정형외과 의사가 수술 중 착용하는 웨어러블 2채널 EEG 및 HRV 감지 장치를 이용하여 정형외과 의사의 실시간 수술 중 스트레스 분석을 평가하는 것을 목적으로 한다. 그러므로 우리는 물었다.
(1) 정형외과 의사의 수술 중 실시간 스트레스를 인식할 수 있는가?
(2) EEG와 HRV를 이용하여 수술 중 정형외과 의사의 스트레스를 판단할 때, 수술 중 정형외과 의사의 스트레스에 영향을 미치는 요인은?
2. 연구 소재 및 연구 방법
주제
본 발명의 연구는 본 출원인의 소속 병원의 연세대학교 기관심사위원회 및 윤리위원회내 기관심사위원회(the institutional review board, IRB)로부터 연구 참여와 식별 정보/이미지의 공개 및 온라인 오픈 액세스 출판에 대한 사전 동의 하에 승인되었다. 모든 실험은 세계 의료 협회 윤리 강령(헬싱키 선언)에 따라 수행되었다. 2018년 6월부터 2018년 11월까지 의과대학에 부설된 3개 상급 병원에서 8명의 정형외과 의사를 대상으로 수술 중 EEG 파동들 및 HRV 매개변수를 포함한 265개의 외과적 스트레스 기록을 전향적으로 측정하고 분석했다. 8명의 외과의사는 모두 비흡연자였으며 고혈압, 부정맥, 허혈성 심장질환, 당뇨병, 정신질환 등의 병력이 없었다. 등록된 외과의사 중 누구도 HRV 매개변수에 영향을 줄 수 있는 베타-차단제나 항-부정맥제를 복용하지 않았다. 그리고 본 발명의 연구와 선행 연구에서 정형외과 수술의 연속 기록이 전혀 중복되지 않는다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 신체에 부착된 EEG 및 HRV 센서 장치의 사시도를 도시한다.
도 5를 참고하면, EEG 및 HRV 감지 장치(100)는 송수신기(101), 메모리(102), 프로세서(103)가 포함된 메인 보드(Main board), 뇌파 센서(104)에 해당하는 EEG(electroencephalography) 센서, 심박수 센서(105)에 해당하는 Heart rate sensor, Ground and reference sensor를 포함한다. 또한, EEG 및 HRV 감지 장치(100)는 작동 여부를 표시하기 위한 상태 LED(status LED)를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 신체에 부착된 EEG 및 HRV 센서 장치의 착용된 모습을 도시한다.
도 6을 참고하면, EEG 및 HRV 감지 장치(100)는 의사가 헤어밴드에 묶인 EEG 센서를 통해 전두엽에 뇌파 센서(104)가 접촉하고, 귓불에 심박수 센서(105)가 접촉하며, 뇌파 센서(104) 및 심박수 센서(105)의 측정 데이터가 메인 보드(Main board)로 전송된다. 심박수 센서(105)는 PPG(Photoplethysmography) 센서를 포함하며, PPG 발광 다이오드가 켜지면 HRV 측정이 시작된다. 샘플링 속도는 256Hz이며 온라인 노치 필터링도 60Hz에서 적용된다. 메인 보드(Main board)는 뇌파 센서(104) 및 심박수 센서(105)로부터 수신한 실시간 측정 데이터에 대하여 유선 또는 무선 통신으로 연결된 전자 장치(200)에게 전송할 수 있다.
연구 소재
2채널 EEG 및 HRV 감지 웨어러블 장치(모델: Amp GS5001; SOSO H&C, 경북대학교, 대구, 한국)는 이전에 정형외과 척추 수술 및 정신과 연구에 사용되었다. 이 웨어러블 장치는 뇌의 전두엽 피질 활동을 반영하는 Fp1 및 Fp2에 해당하는 부착 부위를 가지고 있다. 21개의 고전적 뇌파 부착 노드들 중 Fp1 및 Fp2 노드를 통해 전두엽 피질 활동을 감지할 수 있다. 또한, 본 웨어러블 장치는 착용이 편리하고 비용이 적게 든다는 장점이 있다. Fp1과 Fp2를 향하는 두 개의 건식 전극은 하나의 헤드밴드에 묶인 상태에서 착용이 가능하며, 양쪽의 유양 돌기 바닥에 있다. 전두엽의 EEG 측정은 착용자의 안구 움직임으로 인해 아티팩트(artifact)를 유발할 수 있다. 이에 대한 해결책으로 뇌파 전문 신경과 전문의가 육안 검사를 통해 아티팩트 제거를 시행했다. 아티팩트에 대한 수정된 EEG 정보는 MATLAB 2012 소프트웨어(MathWorks, Inc., Natick, MA, USA)를 사용하여 재분석되었다. 따라서, 고속 푸리에 변환 시스템을 사용하여 1~50Hz 범위의 EEG 데이터에 대한 진폭을 계산하고 정렬했다. 주파수 전력은 다음과 같이 진폭의 제곱으로 계산되었다: 델타 파(0.5~3.5Hz), 세타 파(4~7Hz), 알파 파(8~12Hz), 낮은 베타 파(베타 1, 12~15Hz), 중간 베타 파(베타 2, 15-20Hz), 높은 베타 파(베타 3, 20-30Hz) 및 감마 파(30-50Hz). EEG 파동에 대해 계산된 값은 전체 주파수에 대한 해당 주파수 전력의 비율로 가정할 수 있다.
HRV 측정에 관하여, 접지 및 기준 센서에 해당하는 작은 건식 전극이 있기 때문에, 심장 박동 변동성을 동시에 감지할 수 있다. 상기 건식 전극 내부에는 PPG(Photoplethysmography) 센서가 있다. PPG 발광 다이오드가 켜지면 HRV 측정이 시작된다. 샘플링 속도는 256Hz이며 온라인 노치 필터링도 60Hz에서 적용된다. HRV는 수술 진행에 따라 HRV를 얻기 위해 무빙 윈도우 방식으로 선형 수집되었다. 또한 FFT(Fast Fourier Transform)를 사용하여 주파수 영역에서 특징을 추출하기 위한 전력 스펙트럼을 계산했다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 의사의 신체에 부착된 EEG 및 HRV 센서 장치에 의하여 측정된 EEG 및 PPG의 미가공 신호(raw signal) 데이터의 일 예를 도시한다.
도 7을 참고하면, EEG 및 HRV 감지 장치(100)의 뇌파 센서(104)는 Fp1 및 Fp2 노드를 통해 전두엽 피질 활동을 감지할 수 있다.
또한, EEG 및 HRV 감지 장치(100)의 심박수 센서(105)는 PPG(Photoplethysmography) 센서를 포함하며, PPG 발광 다이오드가 켜지면 HRV 측정이 시작된다. 샘플링 속도는 256Hz이며 온라인 노치 필터링도 60Hz에서 적용된다.
방법
델타 파(0.5~3.5Hz)는 일부 지속적인 주의 작업 중에 발견되는 것으로 보고된다. 세타 파(4~7Hz)는 졸음과 명상, 실행 기능의 증가를 반영한다. 알파 파(8-12Hz)는 불안 감소, 인지 능력 향상, 스트레스 감소를 위한 이완 훈련을 반영한다. 낮은 베타 파(베타 1, 12-15Hz)는 활동적이거나 바쁘거나 불안한 사고, 및 적극적인 집중과 관련이 있다. 중간 베타 파(베타 2, 15-20Hz)는 에너지, 불안 및 퍼포먼스의 증가와 관련이 있다. 높은 베타 파(베타 3, 20-30Hz)는 상당한 스트레스, 불안, 편집증, 높은 에너지 및 높은 각성과 관련이 있다. 그리고, 감마 파(30~50Hz)는 특정 인지 또는 운동 기능을 수행하는 것을 반영한다.
심박수 변동에 영향을 미치는 요인은 크게 건강 상태, 유전, 육체적 상태 및 스트레스로 나뉜다. 따라서, 자율 신경계에서 긍정적인 교감 신경 지배의 활성화 수준이 증가하면 스트레스에 대한 우리 몸의 일반적인 대응 반응으로 간주된다. PPG(Photoplethysmography) 센서가 장착된 귀 탐침을 이용하여 연속된 5분 간격으로 분당 박동수(beats per minute, BPM)를 자동으로 계산하였다. 시간 영역의 경우, 평균 R-R 간격의 제곱근(square root of the mean R-R intervals), 즉, 연속된 정상 심장 박동수들 간의 차이의 평균 제곱근(root mean square of successive differences between normal heartbeats, RMSSD)을 HRV에 대한 매개변수로 사용했다. 낮은 RMSSD는 스트레스를 나타낸다. 저주파(low frequency, LF) 성분(0.04-0.15Hz)과 고주파(high frequency, HF) 성분(0.15-0.40Hz)의 두 가지 주요 스펙트럼 밀도가 구별되었다. RMSSD, LF 및 HF는 교감 및 부교감 상태와 같은 자율 신경계의 왜곡을 나타낸다. 스트레스는 LF 증가, HF 감소, LF/HF 비율 증가를 동반한다.
웨어러블 장치는 수술 전에 착용했고, 웨어러블 장치를 통한 EEG 및 HRV 기록은 수술을 위해 손을 씻기 전부터 시작되었으며, 수술이 끝난 후 종료되었다. 수술 중 정확한 시간 흐름을 확인하기 위해 1 단계, 2 단계, 3 단계를 포함한 각 단계의 외과 의사의 진행 노트에 데이터를 기록했다. 1 단계는 무균술(aseptic method)에 따라서 손과 팔꿈치를 닦고, 수술 가운을 입고, 수술 창을 드레이핑(draping)하는 단계이다. 2 단계는 일반적으로 클라이맥스로 정의되며, 정형외과 수술 절차의 주요 과정, 예를 들어, 절개(incision), 기구(instrumentation), 감압(decomposition), 봉합(close)을 수행하는 단계이다. 마지막으로 3 단계는 수술적 치료를 완료하는 단계, 예를 들어, 봉합(close) 이후의 과정을 수행하는 단계이다. 외과의사의 휴식 상태에서 3 분간 눈을 감고 EEG와 HRV를 측정하였으며, 데이터 비교를 위한 기준선(baseline)으로 사용하였다.
정형외과에서는 출혈을 줄이고 수술 창 노출을 용이하게 하기 위해 작업시간 동안 수술 부위 근위부의 혈관 순환을 차단하는 지혈대를 적용할 수 있다. 그러나, 척추 또는 고관절 수술의 경우 해부학적 부위로 인해 지혈대를 적용할 수 없다. 그러한 절차는 더 많은 혈액 손실을 초래하는 경향이 있다. 따라서, 수술 절차는 지혈대 사용에 따라 두 그룹으로 나뉠 수 있다. 수술 후 각 그룹의 출혈량과 수술 시간에 따라 외과 의사의 EEG와 HRV를 평가하였다. 그런 다음, 수술 중 데이터를 휴식 상태의 데이터와 비교했다. 또한, 8명의 정형외과 의사를 정형외과 수술 경력에 따라 5년 미만, 5년 이상-15년 미만, 15년 이상의 세 그룹으로 나누었다. EEG 및 HRV 값은 임상 경험에 따라 평가되었으며, 수술 중 EEG 및 HRV의 비율은 휴식 상태와 비교되었다.
통계 분석
일원 분산 분석(ANOVA, One-way analysis of variance)은 외과 의사의 경험에 따른 측정의 유의한 차이를 평가하기 위해 사용되었다. 수술 경험에 따라 외과 의사들을 세부 그룹으로 나눈 후, 양성 결과의 반복을 줄이기 위해 각 수술 사례는 스트레스 관련 EEG 및 HRV 매개변수와 각 수술 사례 전에 측정된 기준선 EEG 및 HRV 매개변수의 비율로 척도화되었다. 세부 그룹에 따라서 시간대 별로 분류된 각 수술 단계에 해당하는 매개변수를 일원 분산 분석(one-way ANOVA)으로 비교 분석하였다. 본페로니 사후 검정(Bonferroni post-hoc)을 사용하여 그룹 간 유의한 차이를 확인했다. 이변량 피어슨 상관 분석(Bivariate Pearson correlation analysis)은 수술 중 출혈 및 수술 시간과 같이 영향을 줄 수 있는 매개변수와 수술 중 스트레스의 상관 관계를 설명하는 데 사용되었다. 모든 통계 분석은 SPSS 22.0 통계 패키지(SPSS, In-international Business Machines Corp., NY, USA)를 사용하여 수행되었다. P 값<0.05(p-values <0.05)는 통계적으로 유의한 것으로 간주되었다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 연구에서 등록된 정형외과 의사들의 인구 통계학적 특성을 도시한다.
구체적으로, 도 8은 본 발명의 연구에 등록된 외과 의사의 인구 통계학적 특성을 도시한다. EEG의 기준선은 전체 주파수 EEG당 비율로 표시된다.
베타 1파: 낮은 베타 파, 12-15Hz;
베타 2파: 중간 범위 베타 파, 15-20Hz;
베타 3파: 높은 베타 파, 20-30Hz;
감마파: 30-50Hz;
BPM: 분당 비트 수,
RMSSD: 평균 R-R 간격의 제곱근;
LF: 저주파,
HF: 고주파.
EEG의 기준선(baseline of EEG)은 전체 EEG 주파수당 비율로 표시되었다. 각 값은 평균 ± 표준 편차로 표시되었다.
3. 결과
3.1. 인구통계
265개의 케이스들에 대하여 EEG 및 HRV 감지할 수 있는 웨어러블 장치를 이용하여 정형외과 수술 중 의사의 스트레스를 측정하였으며, 8명의 정형외과 의사가 등록되었다.
도 8을 참고하면, 인구통계학적 데이터는 각 외과의사의 나이(age), 수술 경험을 나타내는 정형외과 전문의 경력(experience in orthopedic subspeciality), 정형외과 세부 전문 분야(orthopedic subspecialty), 등록된 수술 케이스 수, 지혈대 사용 여부, 기준선 값으로서 휴식 상태 EEG(베타 1파, 베타 2파, 베타 3파), 기준선 값으로서 휴식 상태 HRV(BPM, RMSSD, LF/HF)를 포함한다. 지혈대를 사용하지 않은 척추 및 고관절 정형외과 수술은 총 102 케이스였으며, 평균 수술시간은 175.1±75.5분, 평균 수술 중 출혈량은 436.7±542.6cc이었다. 발과 발목, 손과 손목, 팔꿈치, 무릎을 포함하여 지혈대를 이용한 세부 전문의 수술은 총 163 케이스이었다. 평균 수술 시간은 121.6 ± 65.8분, 평균 수술 중 출혈량은 55.2±46.3cc이었다. 265 케이스를 외과의사의 수술 경험에 따라 A그룹: 5년 미만, B그룹: 5년 이상 15년 미만, C그룹: 15년 이상의 세 그룹으로 나누었다. 그룹 A에는 3명의 초보 외과의가 수행한 100건의 수술이 포함되었다. 포함된 세부 전문 분야는 척추, 손과 손목, 발과 발목이었다. 그룹 B에는 3명의 부교수 외과의사가 수행한 100건의 수술이 포함되었다. 세부 전문 분야에는 척추, 엉덩이 및 무릎이 포함되었다. 그룹 C에는 2명의 시니어 외과의사가 수행한 65건의 수술이 포함되었다. 세부 전문 분야에는 무릎과 팔꿈치가 포함되었다. A 그룹, B 그룹, C 그룹의 수술 시간 및 수술 중 출혈량은 각각 A 그룹: 166.1±90.3분, 289.1±526.4cc, B 그룹: 143.3±64.6분, 209.7±308.7cc, C 그룹: 103.7±35.7분, 54.09cc이었다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 연구에서 등록된 정형외과 의사들에 대하여 정형외과 수술 경험에 따라 분류한 그룹들의 특성을 도시한다.
구체적으로, 도 9는 정형외과 수술 경험으로 분류된 그룹의 특성을 도시한다.
A 그룹: 5년 미만 수술 경험을 가진 정형외과 의사,
B 그룹: 5년 이상 15년 미만 수술 경험을 가진 정형외과 의사,
C 그룹: 15년 이상 수술 경험을 가진 정형외과 의사
도 10은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 연구에서 등록된 정형외과 의사들에 대하여 정형외과 수술 경험에 따라 분류된 그룹 별 정형외과 수술의 시간 경과에 따른 EEG 및 HRV 매개변수의 패턴의 일 예를 도시한다.
구체적으로, 도 10은 외과 의사의 경험에 따른 스트레스 관련 뇌파 및 HRV 매개변수의 패턴 및 수술 절차 중 시간 경과에 따른 3단계 분류를 도시한다.
정형외과 수술 경험으로 분류된 그룹의 특성:
A 그룹: 5년 미만, B 그룹: 5년 이상 15년 미만, C 그룹: 15년 이상;
베타 1파: 낮은 베타 파, 12-15Hz;
베타 2파: 중간 범위 베타 파, 15-20Hz;
베타 3파: 높은 베타 파, 20-30Hz;
감마 파: 30-50Hz.
BPM: 분당 비트 수,
RMSSD: 평균 R-R 간격의 제곱근;
LF: 저주파,
HF: 고주파
3.2. 외과의사의 경험에 따른 스트레스 분석
A 그룹 외과 의사의 경우 베타 1파, 베타 2파 및 BPM을 제외한 모든 매개변수가 수술 단계 별로 유의미하게 변화하였다. (p<0.001, ANOVA). A 그룹 외과 의사는 B 그룹과 C 그룹에 비해 모든 수술 단계에서 베타 3파 수치와 감마 파가 높게 유지되었다. Bonferroni 분석 결과, 베타 3파와 감마 파는 수술 2 단계에서 가장 높았으나 수술이 진행될수록 감소하는 것으로 나타났다(각각 p=0.014, p=0.042). 또한, A 그룹 외과 의사는 LF/HF 비율이 수술 1 단계에서 높은 수준을 유지하였다. 수술 절차가 진행됨에 따라 A 그룹 외과 의사의 LF/HF는 1에 가까운 비율로 감소했다.
B 그룹 외과 의사는 RMSSD를 제외한 모든 매개변수가 수술 중 유의미하게 변화하였다 (p<0.001, ANOVA). B 그룹 외과 의사의 EEG는 베타 2파를 제외하고 수술 중 유의미하게 변화하였다 (p<0.001, ANOVA). Bonferroni 분석 결과, B 그룹 외과 의사의 베타 1파는 1 단계에서 가장 높은 것으로 나타났다. 감마 파는 2 단계에서 1보다 큰 비율로 피크 값에 이르렀다. 베타 3파는 감마 파와 유사한 패턴을 나타냈지만 휴식 상태보다 유의미하게 높지는 않았다. 1 단계와 2 단계에서 LF/HF 비율은 2보다 큰 값을 유지하였다. 3단계에서 LF/HF 비율 값은 1.5 이하로 감소했다.
A 그룹 및 B 그룹과 달리 C 그룹의 EEG는 수술 단계가 진행됨에 따라 큰 변화가 없는 다소 평평한 패턴을 보였다. LF/HF 비율은 1 단계에서 3 단계로 수술이 진행됨에 따라 증가했으며, LF/HF 비율은 3 단계에서 가장 높은 값을 가졌다 (p=0.002).
도 11은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 연구에서 등록된 정형외과 수술들 중 지혈대를 사용하지 않은 정형외과 수술에서 의사의 스트레스 관련 매개변수 간의 상관 관계의 일 예를 도시한다.
구체적으로, 도 11은 지혈대를 사용하지 않은 정형외과 수술에서 외과 의사의 스트레스 관련 매개 변수 간의 상관 관계 분석을 도시한다.
*: p < 0.05,
**: p < 0.01,
베타 1파: 낮은 베타 파, 12-15Hz;
베타 2파: 중간 범위 베타 파: 15-20Hz;
베타 3파: 높은 베타 파, 20-30Hz;
감마 파: 30-50Hz;
BPM: 분당 비트 수,
RMSSD: 평균 R-R 간격의 제곱근;
LF: 저주파,
HF: 고주파
도 12는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 연구에서 등록된 정형외과 수술들 중 지혈대를 사용한 정형외과 수술에서 의사의 스트레스 관련 매개변수 간의 상관 관계의 일 예를 도시한다.
구체적으로, 도 12는 지혈대를 사용한 정형외과 수술에서 외과 의사의 스트레스 관련 매개변수 간의 상관관계 분석을 도시한다.
*: p < 0.05,
**: p < 0.01,
베타 1파: 낮은 베타 파, 12-15Hz;
베타 2파: 중간 범위 베타 파: 15-20Hz;
베타 3파: 높은 베타 파, 20-30Hz;
감마 파: 30-50Hz;
BPM: 분당 비트 수,
RMSSD: 평균 R-R 간격의 제곱근;
LF: 저주파,
HF: 고주파
3.3. 지혈대 사용 여부에 따른 세부 그룹 분석
지혈대를 사용하지 않은 정형외과 수술 중, 수술 시간은 1 단계, 2 단계, 3 단계의 해당 EEG 및 HRV 파라미터와 유의미한 상관 관계가 없었다. 수술 중 누적 출혈량은 베타 1 파, 베타 2 파 및 베타 3파와 양의 상관관계가 있었다. 또한, 수술 중 출혈량은 1 단계, 2 단계, 3 단계에서 감마 파와 음의 상관관계를 보였다. RMSSD를 포함한 HRV 매개변수는 1 단계 및 3 단계에서 수술 중 누적 출혈량과 음의 상관 관계가 있었다 (p <0.05).
지혈대를 사용한 정형외과 수술에서 수술 시간은 베타 1 파, 베타 2 파 및 베타 3파와 양의 상관관계를 보였다. 지혈대를 사용하지 않은 정형외과 수술과 달리 수술 중 출혈량과 유의미한 상관 관계는 없었다. BPM 및 LF/HF를 포함한 HRV 매개변수는 1 단계, 2 단계 및 3 단계에서 수술 중 누적 출혈량 및 수술 시간과 양의 상관관계가 있었다 (p <0.05).
4. 토론
본 발명의 연구 결과, 첫 번째 주요 발견은 베타 파가 경험이 많은 외과 의사보다 초보 외과 의사에서 더 높았으며, 이는 외과 수술에 대한 경험이 많을수록 심리적 스트레스가 감소함을 나타낸다. 또한, 1 단계 및 2 단계에서 상대적으로 높은 베타 3파 값을 유지하고 있음을 고려할 때, 수술 치료의 경과를 예측하고 과정을 계획할 때 초보 외과 의사의 초기 스트레스가 클 수 있음을 예측할 수 있다. 시니어 외과 의사의 베타 파는 수술의 주요 과정이 집중된 2 단계에서 증가하는 경향을 보였다. 그러나, 이 때 베타 파는 휴식 상태보다 현저히 낮았는데, 이는 다소 반복적이고 익숙한 수술 과정이 시니어 외과 의사에게 정신적 스트레스가 아님을 나타낼 수 있다. 3 단계가 진행될수록 HRV 파라미터의 값은 시니어 외과 의사에게서 높게 나타났으며, 이는 나이가 많을수록 육체적 스트레스를 느끼는 것으로 예측할 수 있다. 항 콜린성 자율신경계(anti-cholinergic autonomic nervous system)를 나타내는 HRV는 시니어 외과 의사에게 더 중요한 스트레스 지표가 될 수 있다. 시니어 외과 의사는 나이가 많은 경향이 있다. 노화는 HRV의 기준선 변화와 관련이 있다. 따라서, 기준선 및 수술 중 반응에 영향을 줄 수 있는 요소로서 외과 의사의 연령 관련 변화가 있을 수 있다.
지혈대를 사용한 수술 그룹에서는 수술 중 출혈량과 관계없이 수술 시간이 길수록 뇌파에서 베타 파가 높게 나타나 시간이 지남에 따라 수술 시간이 평균 이상으로 연장될수록 집중과 관련된 스트레스가 증가함을 나타낸다. 예상보다 오래 지속되는 수술은 외과 의사의 불안에 영향을 미치고 육체적 스트레스를 증가시킬 수 있으며, 이는 HRV 매개변수에 영향을 미친다. 지혈대를 사용하지 않는 수술에서 수술 중 출혈량이 클수록 외과 의사의 총 EEG 주파수 중에서 베타 파의 비율이 커진다. 정형외과에서는 고관절 치환술(hip arthroplasty), 어깨 인공관절 치환술(shoulder arthroplasty), 척추 수술(spine surgery)이 일반적으로 지혈대를 사용하지 않는 그룹에 포함된다. 이것은 수술 중 출혈량의 증가가 수술의 어려움을 나타내는 대리 지표가 될 수 있음을 의미하며, 이는 외과 의사가 수술의 어려움이 증가할 때 스트레스가 증가할 수 있음을 의미한다. 이러한 변화는 일반적으로 3 단계에서 발생하며, 수술 중 출혈량의 정도는 주로 3 단계에서 추정할 수 있기 때문에 이러한 변화를 예상할 수 있다. HRV 매개변수도 주로 3 단계에 집중되어 있으며, 기준선에 비해 증가하는 경향이 있다.
일반적으로 외과 의사의 경험이 부족하거나 수술 시간 및 수술 중 출혈량이 증가할수록 외과 의사의 스트레스가 증가한다고 유추하기 쉽다. 그러나, 검증된 실제 수치와 매개변수로 이러한 예측을 지정하는 것은 또 다른 중요한 의미가 있다. 수술 결과와 관련된 몇 가지 요인에 대해 많은 선행 연구가 수행되었다. 이것들은 수술 전 환자의 인구통계학적 데이터, 수술을 받는 환자의 방사선학적 변수, 수술 시간 및 수술 중 출혈량과 같이 수술과 관련된 요인이다. 이러한 요인들과 수술 후 환자의 임상적 또는 방사선학적 결과 사이의 관계는 모든 학문 분야에서 연구되어 온 문제이자 관심사였다. 그러나 이러한 요인 중 외과의사의 수술 중 스트레스와의 관계에 대한 연구는 부족한 실정이다. 실제로 환자의 건강을 책임지는 의료진의 스트레스에 대한 연구는 많이 이루어지지 않고 있다. 외과 의사의 스트레스에 대한 대규모 데이터가 축적되고, 수술 후 결과와 수술 중 외과의사의 스트레스 사이의 상관관계를 규명할 수 있다면, 본 발명의 연구는 임상적으로 의미 있는 동기가 될 수 있을 것이다.
본 발명의 연구는 한계가 있다. 본 출원인은 질문지를 사용하여 외과 의사의 부주의 및 번-아웃 상태의 심각성과 같이 더 광범위한 증상, 및 주로 사용하는 손(handedness)을 평가하지 않았다. 또한, 휴식 상태 EEG는 수면 중 평가되지 않았다. 또한, 본 출원인은 시간에 따라서 외과 의사의 스트레스를 나타내는 몇 가지 매개 변수를 측정했다. 외과 의사의 스트레스를 증가시키는 이벤트가 특정 시간 구간에 집중되는 경우, 시간 구간으로 나눈 단계 별 측정에 편향이 있을 수 있다. 본 발명의 연구에서는 모든 외과 의사가 남성이었기 때문에 본 발명의 연구 결과의 여성 외과 의사에 대한 일반화는 주의가 필요하다. 또한, 본 연구는 다수의 외과 의사를 모집하여 수행된 것이 아니다. 양성 값의 반복을 줄이기 위해 각 수술 케이스에서 측정된 EEG 및 HRV 파라미터는 수술 전 측정된 기준 값과 별도로 측정하여 비율 형태로 분석하였다. 따라서, 결과를 과도하게 해석하지 않도록 주의할 필요가 있다. 마지막으로, 예비 연구임에도 불구하고 외과 의사의 스트레스 관련 매개변수를 수술 중 출혈량 및 수술 시간 이외의 많은 변수와 비교할 수 없었다. 따라서, 미래의 연구자는 이러한 제한 사항을 인식하고 더 큰 표본 크기를 고려하고 성별, 연령 범위, 불안 증상 및 경험 기간에 맞는 대조군을 모집해야 한다.
5. 결론
정형외과 의사 중 수술 경험이 적은 사람들이 휴식 상태에 비해 수술 중 스트레스 관련 뇌파의 수치가 상대적으로 높은 것으로 나타났다. 시니어 정형외과 의사의 외과적 수술 시간이 증가함에 따라 육체적으로 힘든 스트레스를 나타내는 HRV 매개변수가 높게 유지되었다. 긴 수술 시간이나 과도한 수술 중 출혈은 지혈대 사용 여부에 따라 외과 의사의 스트레스 관련 매개변수를 증가시키는 기여 요인으로 추정될 수 있다.
하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시 예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 본 발명의 프로세서에 구비될 수 있다.
한편, 상술한 방법은, 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터 판독 가능 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 본 발명의 다양한 방법들을 수행하기 위한 실행 가능한 컴퓨터 코드를 포함하는 저장 디바이스를 설명하기 위해 사용될 수 있는 프로그램 저장 디바이스들은, 반송파(carrier waves)나 신호들과 같이 일시적인 대상들은 포함하는 것으로 이해되지는 않아야 한다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, DVD 등)와 같은 저장 매체를 포함한다.
이상에서 설명된 실시 예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시 예를 구성하는 것도 가능하다. 발명의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시 예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시 예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 발명이 본 발명의 기술적 사상 및 본질적인 특징을 벗어나지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있음은 본 발명이 속한 분야 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 상기 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 모든 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 권리범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석 및 본 발명의 균등한 범위 내 가능한 모든 변화에 의하여 결정되어야 한다.
100: EEG 및 HRV 감지 장치 101: 송수신기
102: 메모리 103: 프로세서
104: 뇌파 센서 105: 심박수 센서
200: 전자 장치 201: 송수신기
202: 메모리 203: 프로세서
204: 입력 장치 205: 출력 장치
102: 메모리 103: 프로세서
104: 뇌파 센서 105: 심박수 센서
200: 전자 장치 201: 송수신기
202: 메모리 203: 프로세서
204: 입력 장치 205: 출력 장치
Claims (10)
- 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 전자 장치의 동작 방법에 있어서, 상기 전자 장치는 입력 장치, 출력 장치, 송수신기, 메모리 및 프로세서를 포함하고,
의사에 대한 의사 정보 및 정형외과 수술에 대한 수술 정보를 상기 입력 장치에 의하여 입력 받는 과정과, 상기 의사 정보는 상기 의사의 정형외과 수술 경력이 5년 미만인지, 5년 이상 15년 미만인지, 15년 이상인지 여부를 포함하고, 상기 수술 정보는 상기 정형외과 수술의 시작 시간, 상기 정형외과 수술 중 출혈량, 상기 정형외과 수술 중 지혈대가 사용되는지 여부를 포함하고,
상기 의사의 신체에 부착된 뇌파 센서 및 심박수 센서로부터 상기 의사의 휴식 중 뇌파(electroencephalography, EEG) 정보 및 휴식 중 심박수 변동성(heart rate variability, HRV) 정보를 상기 송수신기에 의하여 수신하는 과정과,
상기 의사의 상기 정형외과 수술 중 상기 의사의 신체에 부착된 상기 뇌파 센서 및 상기 심박수 센서로부터 상기 의사의 상기 정형외과 수술 중 실시간 EEG 정보 및 상기 의사의 상기 정형외과 수술 중 실시간 HRV 정보를 상기 송수신기에 의하여 수신하는 과정과,
상기 의사 정보, 상기 수술 정보, 상기 실시간 EEG 정보의 상기 휴식 중 EEG 정보에 대한 비율, 상기 실시간 HRV 정보의 상기 휴식 중 HRV 정보에 대한 비율에 기반하여 상기 의사의 상기 정형외과 수술 중 실시간 스트레스 정보를 상기 프로세서에 의하여 생성하는 과정과, 상기 실시간 스트레스 정보는 실시간 정신적 스트레스 정보와 실시간 육체적 스트레스 정보로 구성되고,
상기 실시간 스트레스 정보를 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정을 포함하는,
방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 휴식 중 EEG 정보 및 상기 실시간 EEG 정보는 상기 의사로부터 측정된 주파수 구간 별 전력의 전체 주파수 전력의 비율로 구성되고, 상기 주파수 구간은 델타 파(0.5~3.5Hz), 세타 파(4~7Hz), 알파 파(8~12Hz), 베타 1파(12~15Hz), 베타 2파(15-20Hz), 베타 3파(20-30Hz) 및 감마 파(30-50Hz)로 구성되고,
상기 휴식 중 HRV 정보 및 상기 실시간 HRV 정보는 상기 의사의 연속된 정상 심장 박동수들 간의 차이의 평균 제곱근(root mean square of successive differences between normal heartbeats, RMSSD), 상기 의사의 심장 박동 중 고주파(high frequency, HF) 성분(0.15-0.40Hz)의 스펙트럼 밀도에 대한 저주파(low frequency, LF) 성분(0.04-0.15Hz)의 스펙트럼 밀도의 비율(LF/HF)로 구성되는,
방법.
- 제2 항에 있어서,
상기 실시간 정신적 스트레스 정보는 상기 의사의 상기 정형외과 수술 중 실시간으로 측정된 상기 베타 3파의 상기 의사의 상기 휴식 중 상기 베타 3파에 대한 비율에 기반하고,
상기 실시간 육체적 스트레스 정보는 상기 의사의 상기 정형외과 수술 중 실시간으로 측정된 상기 LF/HF 값의 상기 의사의 상기 휴식 중 상기 LF/HF 값에 대한 비율에 기반하는,
방법.
- 제3 항에 있어서,
상기 실시간 정신적 스트레스 정보 또는 상기 실시간 육체적 스트레스 정보가 1.5를 초과하는 경우, 1.5를 초과한 스트레스의 종류 정보와 함께 1차적 스트레스 경고를 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정과,
상기 실시간 정신적 스트레스 정보 또는 상기 실시간 육체적 스트레스 정보가 2.0을 초과하는 경우, 2.0을 초과한 스트레스의 종류 정보와 함께 2차적 스트레스 경고를 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정과,
상기 실시간 정신적 스트레스 정보 또는 상기 실시간 육체적 스트레스 정보가 2.5를 초과하는 경우, 2.5를 초과한 스트레스의 종류 정보와 함께 3차적 스트레스 경고를 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정을 더 포함하는,
방법.
- 제3 항에 있어서,
상기 의사의 정형외과 수술 경력이 5년 미만인 경우, 상기 실시간 정신적 스트레스 정보를 강조하여 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정과,
상기 의사의 정형외과 수술 경력이 15년 이상인 경우, 상기 실시간 육체적 스트레스 정보를 강조하여 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정을 더 포함하는,
방법.
- 제3 항에 있어서,
상기 정형외과 수술 중 지혈대가 사용되는지 여부는 상기 정형외과 수술이 고관절 치환술(hip arthroplasty), 어깨 인공관절 치환술(shoulder arthroplasty), 척추 수술(spine surgery) 중 하나에 해당하는지 여부에 기반하고,
상기 정형외과 수술 중 상기 지혈대가 사용되는 경우, 상기 정형외과 수술의 상기 시작 시간 이후 경과 시간에 따른 상기 실시간 육체적 스트레스 정보를 강조하여 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정과,
상기 정형외과 수술 중 상기 지혈대가 사용되지 않는 경우, 상기 정형외과 수술 중 상기 출혈량에 따른 상기 정신적 스트레스 정보를 강조하여 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정을 더 포함하는,
방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 수술 정보는 상기 정형외과 수술 중 해당하는 단계에 대한 단계 정보를 더 포함하고, 상기 정형외과 수술은 1 단계, 2 단계 및 3 단계로 구성되고, 상기 1 단계는 무균술(aseptic method)에 따라서 손과 팔꿈치를 닦고, 수술 가운을 입고, 수술 창을 드레이핑(draping)하는 단계이고, 상기 2 단계는 상기 정형외과 수술 중 절개(incision), 기구(instrumentation), 감압(decomposition), 봉합(close)을 수행하는 단계이고, 상기 3 단계는 상기 봉합(close) 이후의 과정을 수행하는 단계이며,
상기 의사 정보 및 상기 단계 정보에 기반하여, 각 단계 별로 실시간 스트레스 정보를 구성하는 상기 실시간 정신적 스트레스 정보 및 상기 실시간 육체적 스트레스 정보 중 강조하여 출력할 스트레스 정보를 상기 프로세서에 의하여 결정하는 과정과,
상기 결정된 스트레스 정보를 강조하여 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정을 더 포함하는,
방법.
- 제7 항에 있어서,
상기 의사의 정형외과 수술 경력이 5년 미만인 경우,
상기 정형외과 수술이 상기 1 단계에 해당할 때 상기 실시간 정신적 스트레스 정보를 강조하여 상기 출력 장치에 의하여 출력하고,
상기 정형외과 수술이 상기 2 단계 및 상기 3 단계에 해당할 때 상기 육체적 스트레스 정보를 강조하여 상기 출력 장치에 의하여 출력하는 과정을 더 포함하는,
방법.
- 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 전자 장치에 있어서,
입력 장치;
출력 장치;
송수신기;
메모리; 및
프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성된,
서버.
- 의사의 정형외과 수술 중 실시간 스트레스를 분석 및 출력하기 위한 컴퓨터 프로그램에 있어서,
제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되며, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 기록된 컴퓨터 프로그램.
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| Kwon J-W, etc., Intraoperative real-time stress in degenerative lumbar spine surgery: The Spine Journal. 20, pp.1203~1210 (2020)* * |
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