성인과 아동의 마취 및 진정 중 EEG 신호 상관관계 (SPECTRALADUPED)

배경 및 근거:

뇌파(EEG)를 이용한 마취 깊이 모니터링은 특히 비스펙트럼 지수(BIS)와 같은 처리된 지수를 통해 표준 임상 관행이 되었습니다. 그러나 원시 뇌파 신호와 임상/약리학적 매개변수 간의 기저 신경생리학적 메커니즘과 관계는 아직 완전히 이해되지 않았습니다. 현재 모니터링 시스템은 처리된 지수를 제공하지만 원시 다중 채널 뇌파 신호 특성에 대한 통찰력은 제한적입니다. 마취에 대한 뇌 반응에 대한 이해를 발전시키고 모니터링 전략을 개선하기 위해 다양한 환자 집단, 연령 그룹 및 마취 상황에서 뇌파 데이터의 체계적인 분석이 필요합니다.

연구 설계:

이 연구는 Assistance Publique - Hôpitaux de Paris(AP-HP)의 두 기관(비샤-클로드 베르나르 병원과 루이 무리에 병원)에서 수행되는 전향적, 다기관, 비중재적, 관찰 코호트 연구입니다. 이 연구는 일상적인 마취 치료를 수정하지 않으며, 표준 임상 관행 중 뇌파 데이터의 수집 및 분석만 포함합니다.

연구 대상 집단:

이 연구는 세 가지 별개의 코호트에 걸쳐 330명의 참가자를 등록할 것입니다:

코호트 1 - 소아 인구 (n=110):

예정된 외과적 시술을 위해 전신 마취를 받는 1-17세 어린이. 이 코호트에는 특히 다음이 포함됩니다:

• DSM-5 기준에 따라 진단된 자폐 스펙트럼 장애(ASD)가 있는 어린이 55명
• ASD가 없는 어린이(대조군) 55명 이 독특한 집단은 ASD가 있는 어린이의 마취 반응 및 뇌파 패턴에서 잠재적인 신경발달적 차이를 조사할 수 있게 합니다.

코호트 2 - 고령 성인 인구 (n=110):

비샤-클로드 베르나르 병원에서 전신 마취 하 예정 수술을 받는 70세 이상 환자. 이 고령 인구는 마취 중 뇌파 패턴에 영향을 미치는 연령 관련 생리적 변화 및 마취제에 대한 잠재적 증가된 민감도를 연구하는 데 중요합니다.

코호트 3 - 시술 진정 인구 (n=110):

루이 무리에 병원에서 진단 또는 치료적 소화기 내시경 시술을 위해 시술 진정을 받는 성인(≥18세). 이 코호트는 일반 마취 대비 더 가벼운 진정 수준에 대한 비교 데이터를 제공합니다.

포함 기준:

성인 환자의 경우:

• 연령 ≥18세 (코호트 2: >70세; 코호트 3: ≥18세)
• 전신 마취(코호트 2) 또는 시술 진정(코호트 3) 예정
• 마취 전 상담 완료
• 연구에 대해 정보를 제공받고 비반대 동의 획득

소아 환자의 경우 (코호트 1):

• 연령 1-17세
• 외과적 시술을 위한 전신 마취 예정
• ASD 하위 그룹의 경우: 자폐 스펙트럼 장애의 확정된 DSM-5 진단
• 친권자에게 정보 제공 및 비반대 동의 획득
• 어린이에게 정보 제공(연령에 적합한 경우) 및 비반대 동의 획득

제외 기준:

성인 환자의 경우:

• 의무기록에 문서화된 인지 장애
• 참여 거부 환자
• 자유를 박탈당한 환자 또는 법적 보호 하에 있는 환자
• 임신 또는 수유 중인 여성

소아 환자의 경우:

• 친권자의 자녀 참여 거부
• 어린이 거부(이해할 수 있는 연령에 적합한 경우)

데이터 수집:

프로토콜별 중재 없이 일상적인 마취 치료 중 다음이 기록됩니다:

뇌파 모니터링:

• BIS(비스펙트럼 지수) 모니터를 사용한 연속 다중 채널 뇌파
• SedLine 모니터를 사용한 연속 다중 채널 뇌파
• 처리된 매개변수(BIS 지수, 스펙트럼 에지 주파수, 억제 비율 등)
• 표준 EDF 형식으로 기록된 원시 뇌파 신호

동기화된 임상 주석:

• 마취 약물 투여(약제, 용량, 경로, 시기)
• 임상 사건(삽관, 외과적 절개, 각성 등)
• 혈역학적 매개변수(심박수, 혈압)
• 의식 수준 평가(RASS, 임상 징후)
• 외과적 자극 강도
• 부작용

환자 특성:

• 인구통계학적 특성(연령, 성별, 체중, 신장, BMI)
• 병력 및 동반 질환
• 병용 약물
• ASA 신체 상태 분류
• 소아 코호트의 경우: ASD 진단 및 특성

모든 뇌파 기록 및 다중 신호 파일은 분석 전 고유 연구 식별자를 사용하여 가명화됩니다. 데이터는 GDPR 규정을 준수하는 보안 서버에 저장됩니다.

주요 목적:

다음과 유의미하게 상관관계를 보이는 뇌파(EEG) 신호의 특징을 식별하기 위해:

1. 약리학적 매개변수: 마취 약물 유형, 농도(추정 효과 부위 농도), 약물 조합, 약동학/약력학적 특성
2. 임상 매개변수: 환자 연령, 동반 질환, 외과적 자극 강도, 혈역학적 변화, 각성 특성

이러한 상관관계는 전신 마취의 유도, 유지, 각성 단계 및 시술 진정에 대해 별도로 분석됩니다.

부차적 목적:

1. 특정 뇌파 특징을 마취 깊이 및 의식 수준과 연결하기 위해 머신 러닝 알고리즘을 사용한 예측 모델 개발 및 검증
2. 동등한 마취 상태 동안 소아 및 성인 집단 간 뇌파 스펙트럼 및 시간적 특성 비교
3. 일반적으로 사용되는 마취제(프로포폴, 세보플루레인, 데스플루레인, 레미펜타닐)가 다중 채널 뇌파 패턴에 미치는 차별적 효과 분석
4. 일반적으로 발달하는 어린이와 비교하여 자폐 스펙트럼 장애가 있는 어린이의 특정 뇌파 서명 및 마취 반응 조사
5. 시술 진정 대 일반 마취 중 독특한 뇌파 패턴 특성화
6. 마취제에 대한 뇌파 반응의 개체 간 및 개체 내 변이성 평가
7. 전두엽 뇌파 패턴과 마취 깊이의 임상 징후 간 상관관계 평가

종점:

주요 종점:

다양한 마취 단계 동안 추출된 뇌파 특징(다른 주파수 대역의 스펙트럼 파워, 일관성, 엔트로피 측정, 버스트 억제 패턴)과 약리학적/임상 변수 간의 상관 계수(적절한 경우 피어슨 또는 스피어만).

부차적 종점:

• 마취 깊이에 대한 예측 모델의 성능 지표(민감도, 특이도, AUC)
• 연령 그룹 간 뇌파 파워 스펙트럼 밀도 차이
• 특정 마취제와 관련된 뇌파 패턴 변화
• ASD 유무에 따른 어린이 간 뇌파 특성 차이
• 진정과 일반 마취 간 뇌파 패턴 비교
• 개체 간 및 개체 내 뇌파 변이성의 분산 성분

통계 분석:

330명 참가자(코호트당 110명)의 표본 크기는 다음을 제공하기 위해 계산되었습니다:

• 상관 분석을 위해 중간 효과 크기(r≥0.3)를 탐지할 충분한 검정력(>80%)
• 머신 러닝 모델을 위한 충분한 훈련 및 검증 데이터셋
• 소아 코호트 내 하위 그룹 분석(ASD 대 비-ASD)

다음과 같은 고급 신호 처리 기술이 적용됩니다:

• 스펙트럼 분석을 위한 고속 푸리에 변환
• 시간-주파수 분석을 위한 웨이블릿 분해
• 엔트로피 측정(스펙트럼 엔트로피, 순열 엔트로피)
• 일관성 및 연결성 분석
• 머신 러닝 알고리즘(랜덤 포레스트, 서포트 벡터 머신, 신경망)

통계 분석은 데이터 분포에 따라 적절한 모수적 또는 비모수적 검정을 사용합니다. 적절한 경우 다중 비교 보정이 적용됩니다(본페로니, FDR). 혼합 효과 모델은 개체 내 반복 측정을 설명합니다.

연구 기간:

• 모집 기간: 12개월
• 개별 환자 참여: 약 1개월(마취 전 상담과 외과적 시술/내시경 사이 간격)
• 총 연구 기간: 데이터 분석 포함 13개월

윤리 및 규제 고려사항:

이 비중재적 연구는 표준 임상 치료를 수정하지 않으며, 참가자에게 추가 위험이나 실험적 중재가 없습니다. 이 연구는 윤리 승인을 위해 Comité de Protection des Personnes(CPP)에 제출되었으며 ANSM에 등록될 것입니다. 참가자(미성년자의 경우 부모)는 서면 정보를 받고 데이터 사용에 대한 비반대 동의를 제공합니다. 모든 데이터 관리는 GDPR 규정(MR-003 참조 방법론)을 준수합니다.

예상 결과 및 영향:

이 포괄적 연구는 다양한 마취 상황 및 환자 집단에서 뇌파 신호 특성에 대한 풍부한 데이터셋을 제공할 것입니다. 결과는 다음으로 이어질 수 있습니다:

• 실시간 마취 깊이 모니터링을 위한 개선된 알고리즘
• 마취 반응의 연령 관련 및 신경발달적 차이에 대한 더 나은 이해
• 마취제 선택 및 용량 전략 최적화
• 보다 정확한 의식 모니터링을 통한 향상된 안전성
• 마취의 신경생리학적 메커니즘에 대한 새로운 통찰
• 개인 맞춤형 마취 관리 접근법의 미래 개발을 위한 기초

순수 관찰적 설계는 신경 모니터링 분야를 발전시킬 임상적으로 관련성 있는 데이터를 생성하면서 최대 안전성을 보장합니다.