The Application and Efficacy of Non-Invasive Hemodynamic Monitoring Tools in Small Animal = 소동물에서 비침습적 혈역학 모니터링 도구의 적용 및 효능

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 소동물 임상에서 실용 가능한 비침습적 심박출량(cardiac output, CO) 측정 기법을 발굴하고 그 정확성과 임상 적용 가능성을 규명하기 위해 수행되었다. 현재 수의학 현장에서 사용 가능한 여러 비침습적 측정 기술이 존재하지만, 그 중 어느 방법이 다양한 병태생리학적 상황에서 신뢰도 높은 결과를 제공하는지는 충분히 규명되지 않은 상태이다. 이에 따라 본 논문에서는 ① 정확성, ② 반응성, ③ 임상 실용성을 핵심 평가 요소로 설정하고, 이를 충족할 수 있는 기법을 선별하여 다중 상황에서의 적용성을 검토하였다.
1장에서는 건강한 비글견(n = 6)을 대상으로, 침습적 열희석법(TD), 임피던스 심전도법(ICG), 광용적맥파법(PPG), 심장 CT 등 네 가지 측정법을 출혈-회복 모델에서 동시 비교하였다. 실험은 체중당 20 mL의 혈액을 단계적으로 방출한 후 자가수혈을 통해 혈류량을 회복시키는 형태로 진행되었으며, 이를 통해 각 기법의 변화 감지 능력과 시간적 민감도를 평가하였다. 그 결과, ICG는 CO 및 stroke volume(SV)의 평균 21.7%, 24.5% 감소를 실시간으로 감지하였고, 자가수혈 이후 회복 양상 또한 정밀하게 추적하였다. Bland–Altman 분석에서 평균 편차 −1.6%, 일치 한계 −31.4%~28.1%로 나타났으며, polar plot 분석에서도 94% 이상의 벡터가 ±30° 이내에 위치하여 우수한 추적 일치도와 변화 감지 능력을 입증하였다.
이러한 정량적 결과에 기반하여, ICG는 비침습 기법 중 임상적으로 수용 가능한 정확도와 재현성, 민감도를 갖춘 장비로 판단되었고, 후속 장의 임상 환자 적용 연구 대상 기기로 선정되었다.
2장에서는 심장사상충증(Heartworm disease)으로 진단된 환견(n = 6)을 대상으로, 외과적 심장사상충 제거술 중 ICG를 적용하여 시술 전후의 심혈역학 변화를 분석하였다. 시술 직후 CI는 2.79 ± 0.56에서 4.21 ± 0.63 L/min/m², SVI는 18.7 ± 4.1에서 28.6 ± 6.2 mL/m²/beat로 유의하게 증가하였으며(p < 0.01), 이는 ICG가 우심 순환부전 상황에서도 회복 과정을 정밀하게 감지할 수 있음을 보여준다. 기존 혈압 기반의 감시 방법과 달리, ICG는 압력 변화 없이도 순환량 개선을 직접적으로 추적할 수 있다는 장점을 확인할 수 있었다.
3장에서는 급성 위확장(Gastric dilatation, GD)으로 내원한 환견(n = 4)을 대상으로, 위 감압 전후의 혈역학 변화를 ICG를 통해 실시간 측정하였다. 감압 후 CI는 2.85 ± 0.41에서 4.12 ± 0.64 L/min/m²로, SVI는 19.4 ± 3.2에서 27.3 ± 5.4 mL/m²/beat로 유의하게 상승하였으며(p < 0.05), 이는 ICG가 급격한 preload 회복 상황에서도 안정적으로 반응할 수 있음을 시사하였다. 본 장은 ICG가 응급 상황에서의 preload 변화 감지, 치료 반응 평가 등 실질적인 진단 보조수단으로 기능할 수 있음을 구체적으로 제시하였다.
결론적으로, 본 연구는 ICG가 단순한 실험실 기반의 기기 검증을 넘어, 실제 임상 환자에서의 병태생리학적 변화 감지와 치료 반응 평가에 있어 신뢰할 수 있는 비침습적 심박출량 측정 도구로 기능할 수 있음을 실증적으로 입증하였다. 특히 기존 침습적 방법들이 가지는 기술적 제약과 위험성을 극복하면서도, 실시간, 반복 측정이 가능하다는 점에서, 응급의학, 외과 중재, 중환자 관리 등 다양한 수의학적 분야에서의 임상 적용 가능성을 넓힐 수 있는 기초 자료로서 중요한 의의를 가진다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aimed to compare and evaluate the accuracy and validity of various noninvasive cardiac output monitoring techniques currently available, and to identify a
clinically applicable method suitable for use in small animal veterinary medicine.
In Chapter 1, four cardiac output measurement modalities—thermodilution (TD),
impedance cardiography (ICG), photoplethysmographic (PPG), and cardiac
computed tomography (CT)—were simultaneously assessed in six healthy Beagle
dogs. A controlled hemorrhage-reinfusion model was employed, in which 20 mL/kg
of blood was withdrawn and then reinfused in a stepwise manner. ICG sensitively
detected a decrease in cardiac output (CO) and stroke volume (SV) of 21.7% and
24.5%, respectively, and successfully tracked the recovery phase in real time. Bland–
Altman analysis demonstrated a mean bias of −1.6% with limits of agreement
ranging from −31.4% to 28.1%, confirming the reliable responsiveness and accuracy
of ICG in acute volume change scenarios.
As a result, ICG was identified as a measurement method with clinically acceptable
accuracy and excellent trending capability, and was selected for further in-depth
analysis in the following chapters.
Accordingly, Chapters 2 and 3 evaluated the clinical applicability of ICG in realworld veterinary settings. In Chapter 2, ICG was applied during surgical heartworm
extraction in dogs with heartworm disease (n = 6). Postoperative measurements
showed a significant increase in cardiac index (CI) from 2.79 ± 0.56 to 4.21 ± 0.63
L/min/m², and stroke volume index (SVI) from 18.7 ± 4.1 to 28.6 ± 6.2 mL/m²/beat,
indicating that ICG effectively captured cardiac function recovery in real time.
In Chapter 3, ICG was used to measure hemodynamic changes before and after
gastric decompression in dogs diagnosed with gastric dilatation (GD, n = 4). CI
increased significantly from 2.85 ± 0.41 to 4.12 ± 0.64 L/min/m², and SVI from 19.4
± 3.2 to 27.3 ± 5.4 mL/m²/beat, suggesting that ICG is responsive and stable even
under conditions of acute circulatory change.
Collectively, these results demonstrate that ICG can serve as a reliable non-invasive
cardiac output monitoring tool not only in experimental models but also in clinical
scenarios involving severe hemodynamic compromise. Particularly in emergency
and critical care settings where invasive methods are impractical, the ability of ICG
to provide real-time and repeatable measurements highlights its potential value and
supports its future integration into small animal veterinary clinic.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• Table of Contents iv
• List of Abbreviations vii
• List of Figures viii
• List of Tables xii
• General Introduction １
• Chapter 1. Validation of Impedance Cardiography in Dogs: Comparative Evaluation with a Functional Volume-Based Reference Standard in a Controlled Hemorrhagic Model ４
• 1.1 Introduction ４
• 1.2 Materials and Methods ４
• 1.2.1 Animals ７
• 1.2.2 Anesthesia and instrumentation ８
• 1.2.3 Instrumentation for cardiac output monitoring ９
• 1.2.4 Experimental Design ６
• 1.2.5 Recovery from anesthesia ８
• 1.2.6 Statistical Analysis ８
• 1.3 Results １１
• 1.3.1 Animals １１
• 1.3.2 Changes in Hemodynamic Variables During Blood Withdrawal and Reinfusion １２
• 1.3.3 Agreement and Trending Concordance Between Impedance Cardiography and Reference Methods １４
• 1.4 Discussion １８
• Chapter 2. Real-Time Hemodynamic Monitoring Using Impedance Cardiography in Dogs with Heartworm Disease ２２
• 2.1 Introduction ２２
• 2.2 Materials and Methods ２５
• 2.2.1 Animals ２５
• 2.2.2 Medical Stabilization and Anesthesia ２６
• 2.2.3 Interventional Heartworm Extraction ２７
• 2.2.4 Hemodynamic Monitoring via Impedance Cardiography ２８
• 2.2. Postoperative Monitoring ３１
• 2.2.6 Statistical analysis ３３
• 2.3 Results ３４
• 2.3.1 Animals ３４
• 2.3.2 Changes in Hemodynamic Parameters During the Procedure ３５
• 2.4 Discussion ３９
• Chapter 3. Emergency Hemodynamic Assessment During Gastric Decompression: Clinical Utility of Impedance Cardiography in Dogs with Gastric Dilatation ４３
• 3.1. Introduction ４３
• 3.2.1 Animals ４６
• 3.2.2 Emergency Stabilization and Fluid Therapy ４７
• 3.2.3 Impedance Cardiography Monitoring ５１
• 3.2.4 Statistical Analysis ５２
• 3.3 Results ５４
• 3.3.1 Animals ５４
• 3.3.2 Hemodynamic Changes Following Emergency Gastric Decompression ５５
• 3.4 Discussion ５９
• General Conclusion ６３
• References ６６
• 국문초록 ８０