과학자들이 심장의 숨겨진 기하학을 밝혀내 ECG 해석에 혁명을 일으키다

런던 킹스 칼리지의 과학자들이 실시한 연구에 따르면, 가슴 속에서 심장의 물리적 방향이 심전도(ECG)에 기록되는 전기 신호에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 이 발견은 심장병을 더욱 개인화하고 정확하게 진단하는 길을 열어줄 수 있습니다.

영국 바이오뱅크 프로젝트에 참여한 39,000명 이상의 참가자 데이터를 활용한 이 연구는 심장의 해부학적 구조와 전기적 활동 간의 관계를 규명하는 현재까지 가장 큰 규모의 인구 기반 연구 중 하나입니다. 연구팀은 3D 심장 영상과 심전도(ECG) 데이터를 결합하여 각 참가자 심장의 단순화된 디지털 쌍둥이를 생성했습니다.

이러한 개인화된 모델을 통해 연구진은 심장의 해부학적 위치, 즉 해부학적 축이 전기 활동의 공간적 측정값, 즉 전기 축과 어떻게 연관되는지 연구할 수 있었습니다. 이 연구는 PLOS Computational Biology 저널에 게재되었습니다.

디지털 트윈은 심혈관 연구에서 강력한 도구로 자리 잡고 있으며, 과학자들은 이를 통해 심장의 구조와 기능을 전례 없는 수준으로 상세하게 모델링하고 연구할 수 있게 되었습니다. 이 연구에서 디지털 트윈은 체질량 지수(BMI), 성별, 고혈압 등의 요인에 의해 형성되는 심장 방향의 자연스러운 변화가 심전도(ECG) 측정값에 어떻게 큰 영향을 미칠 수 있는지 밝히는 데 중요한 역할을 했습니다.

영국 바이오뱅크와 같은 대규모 생물의학 자원은 인구의 해부학적, 전기생리학적 변화에 대한 자세한 분석을 허용함으로써 환자 중심의 질병 특성화를 위한 길을 열고 있습니다.

모하마드 카얄리는 "이 연구는 건강한 사람과 질병에 걸린 사람 간의 심장 축에 차이가 있음을 보여주었고, 디지털 트윈의 개인화 증가와 예후 및 질병 특성화 개선의 잠재력을 강조했으며, 궁극적으로 더 개인화된 임상 치료가 가능해졌습니다."라고 말했습니다.

연구진은 3D 공간에서의 정렬을 기반으로 해부학적 축과 전기적 축 모두에 대한 새롭고 표준화된 정의를 제안했습니다. 연구진은 체질량 지수(BMI)가 높거나 혈압이 높은 사람들은 심장이 가슴에 더 수평적으로 위치하는 경향이 있으며, 이러한 변화는 심전도 신호에 반영된다는 것을 발견했습니다.

이 연구는 남녀 간에도 명확한 차이를 발견했습니다. 남성의 심장은 여성보다 수평적인 방향을 더 많이 갖는 경향이 있으며, 이러한 구조적 차이는 표면 전기 활동에도 반영됩니다. 이러한 성별 차이는 심전도 해석에 있어 더욱 개별화된 접근 방식의 필요성을 강조합니다.

대규모 인구 집단에서 이러한 변동성을 파악하고 정량화함으로써, 이 연구는 정상적인 해부학적 특징과 질병의 초기 징후를 구분하는 것의 중요성을 강조합니다. 이는 임상의가 고혈압, 전도 이상, 또는 심장 근육의 초기 변화와 같은 질환을 더 빠르고 정확하게 진단하는 데 도움이 될 수 있으며, 특히 심장 방향이 표준적인 가정과 다른 환자의 경우 더욱 그렇습니다.

"심혈관계의 개인 맞춤형 모델(즉, 디지털 트윈)을 생성하는 능력은 심혈관 질환의 예방, 진단 및 위험에 대한 더 나은 정보를 제공할 수 있는 새로운 매개변수를 찾고자 하는 흥미로운 연구 분야입니다. 이 연구를 통해 우리는 이러한 미개척 분야를 탐구하고 전기 전도 장애와 같은 질환을 조기에 진단할 수 있는 새로운 방법을 제시하고자 합니다."라고 파블로 라마타 교수는 말했습니다.

이번 연구 결과는 심전도(ECG)가 더 이상 모든 환자에게 동일하게 적용되는 방식이 아니라 각 환자의 고유한 해부학적 구조에 맞춰 해석되는 미래를 시사합니다. 이러한 개인 맞춤형 접근 방식은 진단 오류를 줄이고 더 빠르고 정확한 중재를 지원할 수 있습니다.