PDF
Citation
Print
서 론
폐쇄성 수면무호흡증은 수면 중 호흡 시에 부분적 또는 완전한 상기도 기류 폐쇄가 발생하여 저호흡이나 무호흡이 나타나는 질환으로 보통 성인의 5~10%에서 발병하며 나이, 성별, 비만도 등과 밀접한 관련이 있고 특히 뇌졸중, 허혈성 심장 질환, 부정맥, 본태성 또는 약물 저항성 고혈압 등의 환자에서는 그 유병률이 상대적으로 더 높다[1-3]. 이의 진단을 위해 이학적검사, 간이형수면검사, 약물유발수면내시경 등 다양한 방법이 제시되지만[4,5], 아직까지는 수면다원검사를 통한 수면무호흡 지수의 확인이 필요하다.
폐쇄성 수면무호흡증 진단을 위해 필요한 수면다원검사는 2018년 7월 1일부터 고시 제 2018-135로 급여화되었다. 급여화 이후 수면다원검사 검사건수가 급격히 증가하였으며, 이와 더불어 수면검사실 및 검사자 및 판독을 위한 인력 부족을 야기하였다. 이런 현실에서 수면다원검사 자료의 자동화 판독은 검사의 지연 및 판독자 부족 문제를 해결할 수 있는 하나의 대안이 될 수 있다. 하지만 이는 자동화 판독의 신뢰성이 높다는 가정하에서만 가능하며, 최근 기술의 발전과 함께 자동화 판독 기술 역시 많은 진보를 이루었다.
하지만 이런 새로운 기술에 대한 검증된 연구는 많지 않다. 이에 본 연구에서는 최근에 나온 레벨 I 수면검사장비 중, 수면검사의 자동판독이 가능하며, 이와 함께 검사실 외에서도 레벨 II로 검사가 가능한 장비를 선택하였다. 이 장비를 이용해 수면검사를 시행한 후, 검사결과를 자동화 판독과 검사자 판독을 통해 분석하고 이들 간의 차이를 비교해 해당장비의 자동화검사 신뢰성을 검증해 보고자 하였다.
대상 및 방법
대 상
2019년 4월 1일~7월 27일까지 심한 코골이나 수면호흡장애 증상을 호소하여 Nox A1Ⓡ PSG System(Nox Medical, Reykjavík, Iceland) 수면다원검사기기 및 프로그램을 통해 레벨 I 수면다원검사를 시행한 20명의 데이터를 분석하였다. 본 연구의 장비선택 기준은 레벨 I 수면검사 장비 중, 레벨 II 가정수면다원검사 기기로 사용이 가능하며, 장소 이동이 가능하고, 자동화 판독이 가능한 장비 중 해외 유수 논문에 인용횟수가 높고, 해외 유명 수면 검사실에서 사용하고 있는 장비를 선택하였다[6-8].
환자의 키, 몸무게, 체질량 지수(body mass index), 평균산소포화도, 최저산소포화도, 총수면시간(total sleep time, TST), 총분석시간(total recording time, TRT), 수면 잠복기, rapid eye movement(REM)수면잠복기, 입면 후 각성시간(wake after sleep onset, WASO), 수면효율성, 호흡장애 지수, 뇌파에 따른 수면단계정도, 무호흡-저호흡 지수(apneahypoapnea index, AHI), 호흡곤란 지수(respiratory disturbance index)를 자동화 판독과 검사자 판독에 따라 데이터를 분석했다. 본 연구는 전남대학교병원 기관생명윤리위원회의 연구 승인(IRB NO. CNUH-2020-045)을 받았다.
수면다원검사
미국수면학회 가이드라인에 따른 표준화된 수면다원검사 방법으로 독립된 수면검사실에서 검사를 진행하였다. 뇌파도(electroencephalogram), 안전위도(electroculogram), 심전도, 턱근전도(chin electromyogram), 기류를 포함하였고, 경피적 방법을 이용하여 산소포화도를 측정하였다. 호흡기류는 구강비강열전도센서와 비강압력센서, 이산화탄소 모니터를 이용하여 측정하였는데, 구강비강열전도센서를 이용하여 무호흡을 측정하였고, 비강압력센서를 이용하여 저호흡을 측정하였다. 체위와 다리 근전도를 포함하여 검사를 시행했다[9].
판독 역시 미국 수면학회에서 발간한 The AASM Manual for the Scoring of Sleep and Associated Events: Rules, Terminology and Technical Specifications, Version 2.4에 따라 시행하였다[10]. 무호흡은 수면 중 10초 이상의 시간 동안 평소 호흡기류의 90% 이상의 감소를 보이는 것으로 정의하고 한시간 동안 무호흡이 일어나는 횟수를 무호흡 지수라 정의하였다. 저호흡은 수면 중 10초 이상의 시간 동안 평소 호흡기류의 30% 이상의 감소를 보이며 혈중 산소포화도가 3% 이상 감소를 동반하거나 각성을 동반하는 경우로 정의하였다. 폐쇄성 무호흡은 전 무호흡시간 동안 호흡노력이 보이는 것을 의미하고, 중추성 무호흡은 전체 무호흡시간 동안 호흡 노력이 없는 것이며, 혼합성 무호흡은 처음에는 호흡노력이 없으나 후반부에 호흡노력이 나타나는 경우로 정의하였다.
결 과
Baseline characteristics
총 대상인원은 20명이었으며, 남성이 15명, 여성이 5명이었다. 중간연령은 49세였다. 키의 중위수는 170.0 cm, 몸무게의 중위수 66.0 kg였으며, 체질량지수의 중위수는 24.9 kg/cm2였다. 평균산소포화도의 중위수는 94.1%, 최소산소포화도의 중위수는 84.5%였다(Table 1).
Comparison of Polysomnographic parameters between groups
총 수면시간(TST)의 경우 자동화 판독은 340.8분, 검사자 판독은 299.3분(p=0.001)였다. 수면 잠복기의 경우 자동화 판독은 17.9분, 검사자 판독은 18.0분(p=0.619)이었으며, REM 수면잠복기의 경우 자동화 판독은 75.8분, 검사자 판독은 139.0분(p=0.001) 소견을 보였다. 입면 후 각성시간(WASO)의 경우 자동화 판독은 67.3분, 검사자 판독은 104.3분(p=0.001), 수면 효율성의 경우 자동화 판독은 79.4%, 검사자 판독은 68.4%(p=0.001)였다(Table 2).
Sleep stage
뇌파의 경우 자동화 판독의 경우 N1은 3.2%, N2는 54.8%, N3는 19.0%였으며 검사자 판독의 경우 N1은 21.0%, N2는 48.1%, N3는 12.0%였고 non-REM수면의 모든 단계는 통계적으로 유의미한 차이를 보였다. 한편 REM수면의 경우 자동화 판독의 경우 17.6% 검사자 판독의 경우 17.2%로 통계학적으로 유의미한 의미가 없었다(Table 2).
Respiratory event
무호흡-저호흡 지수(AHI)의 경우 자동화 판독은 17.9회/시간, 검사자 판독은 13.6(p＜0.001), 이중 무호흡 지수의 경우 자동화 판독은 3.3회/시간 검사자 판독은 3.4회/시간(p=0.164), 저호흡 지수의 경우 자동화 판독은 12.9회/시간 검사자 판독은 8.9회/시간(p=0.001) 소견을 보여 저호흡에서 차이가 있었다. 호흡곤란 지수(respiratory disturbance index, RDI)는 자동화 판독은 17.9회/시간, 검사자 판독에서는 14.0회/시간으로 차이가 있었다(p＜0.001).
Sleep stage in particular patient
두 명의 특정환자를 무작위로 선정해 각 판독단위(epoch)의 자동화 판독 결과와 검사자 판독 결과를 일대일로 비교하여, 자동화 판독과 검사자 판독이 어디에서 차이를 보이는지 비교해 보았다(Table 4). 검사자 판독을 기준으로 하여 자동화 판독의 일치율 정도를 비교할 때, 첫 번째 환자는 전체적으로 83.6%, 두 번째 환자는 전체적으로 82.8%의 일치율을 보였다. 수면단계별로 비교해 보면, 각성시는 74.3%와 78.3%의 일치율을 보였고, N1 수면단계에서 13.7%와 5.6%로 낮은 일치율을 보였으며, N2 수면단계와 N3 수면단계는 각각 97.3%, 83.8% 그리고 90.2%와 99.0%의 일치율을 보였다. REM수면단계는 95.2%와 81.4%의 일치율을 보였다.
고 찰
수면다원검사는 폐쇄성 수면무호흡증의 확진과 중증도 확인을 위해 필수적이며[11], 수면다원검사의 판독은 검사자에 의한 수기 판독이 표준화된 방법이다. 하지만 수기 판독은 시간이 많이 걸리고, 인력 비용이 발생하며, 해석에 주관이 개입될 수 있다는 문제점도 있다[12]. 이와 함께 최근 국내실정은 수면다원검사의 급여화와 함께 수면다원검사 시행건수가 급격하게 증가하고 있으며, 이에 따른 검사자 및 검사실 부족의 문제가 심각한 현실이다. 이에 본 연구에서는 레벨 1 수면다원검사 장비중 레벨 II로 전용이 가능하면서 자동화 판독이 가능한 Nox A1장비를 선택하여, 검사실과 검사실인력을 줄일 수 있는지 확인해 보았다. 기존에도 유사한 연구가 있긴 하나, 실제 개발회사가 참여하지 않은 Nox A1(Nox Medical)과 Noxturnal 5.1.3 소프트웨어로 시행한 자동화 판독 결과의 검증은 본 연구가 처음인 것으로 판단된다.
논란은 있지만, 문헌에 따르면 자동화 판독과 검사자 판독의 일치율은 약 60~90% 정도로 알려져 있다[13-15]. Oztürk 등[16]은 일치율이 58%라고 보고하며 자동화 판독의 신뢰성에 의문을 제기하였다. Barreiro 등[17]은 Somnostar α 4100를 이용하여 자동화 판독과 검사자 판독을 비교하였다. 그들 논문에서 Type II 수면검사장비를 통해 28명의 환자를 대상으로 자동화 판독과 검사자 판독을 비교한 결과, 호흡사건과 관련된 결과는 일치율이 높은 편이었고, 특히 무호흡과 무호흡-저호흡 지수가 높은 일치율을 보인다고 보고하였다. 본 저자들의 연구결과도 이와 유사하며, 무호흡-저호흡 지수는 비교적 일치하였고, 무호흡보다는 저호흡이 일치율이 높았다.
수면단계에 관련하여, 기존 논문에서는 non-REM수면 1, 2단계는 높은 일치율을 보이고, non-REM수면 3단계와 REM 수면은 비교적 일치하지 않는 것으로 보고하였으나 본 저자들의 연구결과는 non-REM수면 1, 2, 3단계 모두 수기판독과 통계적으로 유의미한 차이를 보였고, REM수면은 차이를 보이지 않는 것으로 확인되었다. 이는 두 판독 프로그램의 판독 알고리즘에 따른 차이인 것으로 사료된다. 또 다른 문헌에서는 자동화 판독은 점점 판독 정확도가 증가하고 있으나, 총 수면시간과 2단계 수면단계를 과소평가한다고 보고하며, 이는 자동화 판독이 sleep spindle과 k-complex를 잘 찾아 내지 못한 것에서 그 원인을 찾고 있다[18]. 이로 인해 1단계 수면단계는 과잉 평가되고, 3단계 수면단계와 REM수면은 큰 영향이 없다고 보고하였다. 그리고 또 다른 논문에서는 자동화 분석의 경우 일반적으로 무호흡-저호흡 지수를 과소 평가하는 경향이 있고, 호흡상태와 수면단계에서 임계값 설정을 어떻게 하느냐에 따라 검사자 판독과 비교해서 민감도와 특이도가 낮다고 보고하였다[19]. 본 연구에서는 자동화 판독이 TST, N1, N2, N3가 전반적으로 다 과잉평가하였는데, 이는 Noxturnal 소프트웨어가 수면중간에 발생한 각성을 못잡아내는 오류가 잦아 나타난 결과로 보인다.
본 연구에 사용한 NOX A1 수면다원검사기기와 Noxturnal 소프트웨어를 사용하여 진행된 기존 문헌을 찾을 수 없으나, 같은 회사에서 유사한 알고리즘을 사용할 것으로 판단되는 T3 장비를 이용한 결과가 2015년에 보고되었다. 2015년 Nox T3를 이용하여 120명의 중증 폐쇄성수면무호흡 환자들을 자동화 판독과 검사자 판독을 시행한 연구결과가 있었고, 전체 평균 일치율은 91.7%로 알려져있다. 무호흡-저호흡 지수의 경우 자동화 판독은 67.3±24.3, 검사자 판독은 62.7±25.1로 91.3%의 일치율을 보였고, 무호흡 지수의 경우 자동화 판독은 36.9±25.9, 검사자 판독은 39.0±24.5으로 95.4%의 일치율을 보였으며, 저호흡 지수의 경우 자동화 판독은 25.9±17.3, 검사자 판독은 19.4±12.8로 84%의 일치율을 보였는데 무호흡-저호흡 지수에 비해 상대적으로 낮은 일치율을 보였다[20]. 또한 Younes 등[21]의 연구결과는 숙련된 판독자 간의 수면다원검사 판독 일치율이 78.9%로 보고하였으며, 이런 사항들을 고려하면, Noxturnal 소프트웨어의 자동화 판독의 수준은 신뢰성이 있는 것으로 생각된다. 또한 본 연구에서 확인된 Noxturnal 소프트웨어의 문제인 수면 중 각성을 못잡아내는 문제와, 한 개의 호흡사건을 여러 개로 분절시키는 문제를 해결하면(Table 3, Fig. 1), 적은 노력으로 통계학적으로 차이가 없는 수준의 자동화 판독결과를 보이므로, 자동화 판독은 환자 진료와 검사자 부족문제 해결에 도움이 될 것으로 생각된다. 하지만, 수면단계에 따른 변화가 더욱 중요한 요인으로 작용하는 수면무호흡외 다른질환의 경우 자동화 판독시 주의를 기울이는 것이 필요해 보인다.
본 연구의 한계점은 연구에 등록된 인원이 20명으로 각군 20개씩의 판독을 바탕으로 연구를 진행하였다는 것이다. 따라서 향후 보다 대규모 스터디가 필요해 보인다. 그럼에도 불구하고, 본 연구에서는 Nox 자동화 판독의 주된 문제점인 수면 중 각성을 수면지속으로 판독하는 오류 및 단일 호흡사건을 여러 개의 사건으로 분절한다는 문제점을 파악하였으며, 적은 노력을 들여 이들 일부 문제의 보완을 시행함으로 판독의 신뢰성을 높일 수 있는 방법을 제시하였다는 데에 본 연구의 의의가 있겠다.
본 연구에서 수면다원검사 자동화 판독은 검사자가 시행한 판독과 수면단계 판독에서 80% 이상의 일치율을 보였고, 특히 일부 간단한 호흡이벤트의 수정을 통해 통계적으로 문제 없는 수준의 신뢰성을 확보할 수 있었다. 이를 통해 자동화 판독의 가능성을 확인할 수 있었다. 수면다원검사의 급여화로 검사시행 건수가 늘어남에 따라 재정적 부담, 수면검사실 및 인력의 부족이 나타나는 현재 상황에서 레벨 2로의 전용과 자동화 판독이 가능한 수면다원검사기기는 이들 문제를 해결할 수 있는 실마리가 될 수 있을 것이다.
XML Download