말초 혈관의 맥파만으로도 심박출량을 추정할 수 있을까?

기본 정보

제목: Machine Learning-Enabled CO Estimation from Peripheral Waveforms
저자: (Scientific Reports 게재 저자)
저널: Scientific Reports
출판연도: 2025
DOI: 10.1038/s41598-025-10492-2
PMID: -
근거 수준: 탐색적 분석 (가상 코호트 기반 시뮬레이션)

AI 기반 심박출량 추정에서 말초 혈압 측정 위치(요골동맥, 표면 측두동맥, 총경동맥)가 성능에 미치는 영향을 대규모 가상 코호트(n=3,818)에서 조사한 연구이다. 머신러닝 기반 CO 추정이 측정 위치에 독립적으로 작동하며, 비보정 파형에서도 유의미한 추정이 가능함을 입증하였다.

1. 이 연구는 왜 필요했을까

심박출량을 비침습적으로 추정하려면, 동맥 파형을 어디에서 측정하느냐가 중요한 문제이다. 중심 대동맥에 가까울수록 원래 파형에 가깝지만 접근이 어렵고, 손목이나 손가락 같은 말초 부위는 접근은 쉽지만 파형이 왜곡된다. 웨어러블 기기는 주로 손목에서 측정하므로, 말초 파형에서의 CO 추정 가능성을 확인하는 것이 중요하였다.

또한 실제 웨어러블 환경에서는 혈압 보정(calibration)이 어렵기 때문에, 비보정 파형(절대 혈압값 없이 파형 형태만)으로도 CO를 추정할 수 있는지가 실용성의 핵심이었다.

2. 어떻게 연구했을까

0차원 순환 모델로 가상 환자 3,818명의 동맥 압력 파형을 생성하였다. 각 가상 환자에 대해 요골동맥, 표면 측두동맥, 총경동맥의 세 가지 위치에서의 파형을 시뮬레이션하였다.

2층 합성곱 신경망(CNN)을 사용하여 각 측정 위치별, 보정/비보정 파형별로 CO를 추정하고 성능을 비교하였다. 이를 통해 위치 독립성과 보정 필요성을 체계적으로 평가하였다.

3. 무엇을 발견했을까

가장 중요한 발견은 머신러닝 기반 CO 추정이 측정 위치에 독립적으로 작동한다는 점이다. 요골동맥(손목), 측두동맥, 경동맥 어디에서 측정하든 유사한 추정 성능을 보였다. 이는 웨어러블에서 흔히 접근 가능한 손목 부위에서의 CO 추정이 충분히 가능함을 시사한다.

비보정 파형에서도 유의미한 CO 추정이 가능하여, 실제 웨어러블 환경에서 혈압 보정 없이도 심박출량을 추정할 수 있는 근거를 제공하였다.

이는 사전 커프 기반 보정이 필요 없는 완전 비침습적 웨어러블 CO 모니터링의 실현 가능성을 높이는 결과이다.

4. 우리 서비스에 어떻게 쓸까

제품 기능

손목 PPG만으로 심박출량을 추정할 수 있다는 근거가 될 수 있다. 보정 없이도 파형 형태만으로 추정이 가능하다면, 사용자에게 번거로운 초기 보정 과정을 요구하지 않아도 된다. 장기적으로 심박출량 트렌드를 통한 심기능 모니터링 기능의 기술적 기반이 된다.

콘텐츠 활용

"손목 맥박만으로 심장 기능을 알 수 있다면?"
"혈압 보정 없이 심박출량을 추정하는 AI 기술"
"가상 환자 3,818명이 알려주는 웨어러블 심장 모니터링의 가능성"

적용 시 주의사항

이 연구는 가상 코호트(시뮬레이션)에 기반하므로, 실제 환자 데이터에서의 검증이 반드시 필요하다. 시뮬레이션 결과와 실제 임상 결과 사이에는 상당한 간극이 있을 수 있으며, 이를 직접 인용하여 제품 기능을 주장하는 것은 부적절하다.

5. 한계점

가장 근본적인 한계는 모든 데이터가 수학적 시뮬레이션에서 생성되었다는 점이다. 0차원 순환 모델은 실제 인체의 복잡한 혈역학을 단순화한 것이며, 심장 판막 이상, 부정맥, 혈관 질환 등의 병적 상태를 충분히 반영하지 못할 수 있다.

또한 실제 PPG 신호에서 발생하는 모션 아티팩트, 피부 톤에 의한 신호 품질 저하, 센서 접촉 상태 변화 등의 현실적 문제가 시뮬레이션에 포함되지 않았다. 따라서 보고된 성능은 실제 환경에서 기대할 수 있는 상한선으로 해석해야 한다.

마무리

이 연구는 대규모 가상 코호트를 활용하여, 말초 비보정 파형에서도 위치와 무관하게 심박출량을 추정할 수 있음을 보여주었다. 손목 웨어러블에서의 CO 모니터링 실현 가능성을 높이는 중요한 기초 연구이지만, 실제 환자 데이터에서의 검증이 후속 과제이다.