연구요약

심부전 환자에서 폐모세혈관 쐐기압(Pulmonary capillary wedge pressure, PCWP)은 좌심실 충만압을 간접적으로 나타내는 지표로 환자의 혈역학적 상태를 이해하고 치료 효과를 판정하며 예후를 예측하는데 중요한 지표이다. 하지만 이러한 PCWP의 측정은 침습적인 우심도자술(Right heart catheterization, RHC)을 통해서만 측정이 가능하며 병원 밖에서는 이를 측정할 수 없다는 단점이 있었다. 최근 폐동맥압을 측정할 수 있는 삽입형 센서를 이용한 원격 혈역학적 심부전 관리가 삶의 질을 향상시키고 심부전으로 인한 입원 위험을 줄이는 것으로 알려졌으나 센서 삽입 시술의 침습성 및 보험 적용 문제 등으로 인해 임상적 적용이 제한이 있다. 이러한 제한점을 극복하기 위해 Cardiosense(Chicago, IL)에서는 웨어러블 센서를 이용하여 측정된 지표들로 머신러닝(ML) 알고리즘을 적용하여 심부전 환자의 심장 내 충만압을 추정하기 위한 비침습적 기술을 개발중이다.

본 연구는 비침습적 기기(CardioTag; Cardiosense)로 수집된 신호를 이용해 폐모세혈관 쐐기압(PCWP)을 추정하는 ML 알고리즘을 개발하고, 이를 현재 임상 표준인 RHC 측정값과 비교하는 것을 목적으로 하였으며 전향적 다기관 관찰 연구로 진행되었다.

미국 전역 15개 기관에서 RHC를 정기적으로 받을 예정인 약 1,000명의 참가자가 등록되었다. 2022년 FDA 혁신 기기로 지정된 CardioTag 센서는 참가자들의 심전도(ECG), 진동심전도(seismocardiography, SCG), 광용적맥파(photoplethysmography, PPG) 데이터를 수집하였다. CardioTag 데이터와 RHC 압력 데이터는 동시에 수집되었으며, 블라인드 코어랩(Blinded core-lab)에서 평가한 RHC PCWP 데이터가 표준 지표(gold standard)로 사용되었다. 데이터는 모델의 성능을 평가하기 위해 학습용 데이터와 검증용 데이터로 무작위 분리되었다.

그림1. Overview of Data Collection and Algorithm Training for SEISMIC-HF I Study

최종적으로 2023년 7월부터 2024년 6월까지 미국 내 15개 센터에서 총 943명의 대상자가 등록되었으며 평균 연령은 63±14세였으며, 58%가 남성이었고, 55%는 백인, 27%는 아프리카계 미국인이었다. 대상자 중 88%는 심부전 진단을 받았으며(39%는 좌심실 박출률 ≤40%), 90%는 NYHA class II-IV로 분류되었다. RHC로 측정된 폐동맥압은 수축기 42.6 ± 18.0mmHg, 이완기 18.4 ± 9.4mmHg였으며 평균 PCWP는 15.8 ± 9.1mmHg로 나타났다. 검증용 데이터셋과 표준 지표 간의 모델 성능 비교 결과, 평균 오차는 1.04 ± 5.57mmHg였다.

임상적 의의

본 연구 결과 CardioTag을 통해 비침습적으로 PCWP 평가하는 새로운 기술이 기존의 침습적인 RHC로 측정한 PCWP와 유사한 정확도를 제공할 수 있는 것으로 분석되었다. 심부전 환자에서 PCWP가 증가하면 폐부종이 발생하고 이는 증상을 유발하며 심부전으로 인한 입원을 유발할 수 있다. 심부전환자에서 PCWP를 비침습적으로 병원밖에서 원격으로 모니터링 할 수 있다면 이뇨제를 증가하는 등 약제를 변경하거나 환자를 미리 내원하도록 하여 추가적으로 필요한 검사를 하고 치료에 변화를 줄 수 있고 이를 통해 심부전의 악화나 입원을 효과적으로 줄일 수 있을 것이다.

아직까지는 PCWP만 평가가 가능하고 폐동맥압과 같은 다른 혈역학적 매개변수는 분석이 불가능하며, 박출률 감소 심부전 환자(HFrEF)만을 대상으로 연구가 진행되어 박출률 보존 심부전(HFpEF) 환자에 대한 추가 평가가 필요하다는 제한점이 있지만 이 기술이 상용화 된다면 심부전 환자의 혈역학적 지침 기반 임상 관리를 위한 새로운 보조 도구가 될 수 있을 것으로 기대된다. 향후 이 기술이 심초음파 등 다른 비침습적 검사방법과 비교했을 때 임상적으로 부가적인 이득이 있는지, 실제로 심혈관 사건을 예방하고 치료방침을 설정하는데 유용한지 등에 대해서는 추가 연구가 필요할 것으로 생각된다.

참고문헌

1) Abraham WT, et al. Lancet. 2016;387:453-461.
2) Lindenfeld J, et al. Lancet. 2021;398:991-1001.
3) Schmier JK, et al. Clin Cardiol. 2017;40:430-436.