무선으로 심혈관 환자 상태 실시간 진단

KAIST, 무선 심혈관 임플란트 개발

배터리 없이 무선으로 심혈관 기능을 진단할 수 있게 된다. 

KAIST(총장 이광형)는 전기및전자공학부 권경하 교수가 배터리 없이 실시간으로 심혈관 내 압력·유량·온도를 측정해 심혈관 기능을 진단하는 무선 심혈관 임플란트를 개발했다고 24일 밝혔다.

심혈관 압력과 유량, 온도 등에 대한 실시간 모니터링은 심혈관 환자의 수술 전후 관리에 도움을 준다. 현재는 침상 모니터에 연결된 유선 테더(tether)와 함께 센서를 동맥에 삽입해 동맥압과 혈류 속도를 측정한다. 유선 인터페이스가 심혈관 손상이나 감염, 측정 정확도 저하로 이어질 수 있으므로 병원에 입원해 움직이지 않는 환자를 위해 일시적으로만 쓸 수 있다. 

이에 따라 전문 의료 시설에 가지 않더라도 일상에서 언제 어디서나 환자의 수술 후 모니터링을 지원하기 위해, 배터리 없이 무선으로 작동하는 임플란트 시스템에 대한 수요가 커지고 있다.

임플란트 장치는 (1) 혈관 내부에 삽입되어 압력, 유속 및 온도를 측정하는 바이오 센서와 (2) 하부피막층에 삽입되어 무선 전력 수급 및 무선 데이터 전송을 지원하는 무선 시스템으로 구성된다. 외부 웨어러블 장치는 (1) 무선 시스템을 무선으로 제어하고 통신하는 사용자 인터페이스와 (2) 무선 시스템에 전력을 전송하는 외부 무선 전력 전송 모듈로 구성된다. 외부 웨어러블 장치는 셔츠나 조끼 주머니에 넣어 놓을 수 있어, 무선 전력 전송 코일의 정렬이 유지된다. 사용자 인터페이스는 무선 측정값의 저장 및 분석 그리고 혈액의 유속, 압력, 온도 데이터의 실시간 디스플레이를 제공하여, 환자들이 어디에서든 신속하게 혈액 역학 이상을 탐지하고 특성화할 수 있는 사용자 친화적인 방법을 제공한다. (자료=KAIST)

권경하 교수 연구팀과 미국 노스웨스턴대학교 김종욱 박사 공동 연구팀은 무선 통신 및 무선 전력 전송 기술을 이용해 심혈관 안에서 배터리 없이 실시간으로 압력과 유속, 온도를 측정할 수 있는 이식형 무선 측정 시스템을 개발했다. 연구팀은 이 임플란트 기기를 실제로 제작, 돼지의 폐동맥과 양의 대동맥과 좌심실에 적용했다. 이 기기는 기존 임상 기기와 유사한 성능을 보였다. 

이러한 기술은 혈역학 기능을 객관적이고 정확하게 측정해 심장 환자의 치료와 삶의 질을 개선할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 가정 또는 병원에서 환자의 행동 제약 없이 언제든지 모바일 모니터링이 가능해진다.

권경하 교수는 "앞으로 심장판막 대동맥 이식술(TAVI) 후 경사도 및 기타 유출 검사, 뇌동맥류용 흐름 전환기 내부의 압력 및 유량 측정, 흉부 내 대동맥 내시경적 수술(TEVAR) 및 복부 대동맥류 내시경적 수술(EVAR)-엔돌릭 감시 등 다양한 임상 분야에서 사용될 수 있을 것"이라고 기대했다. 

이번 연구는 한국연구재단 기본연구, 우수신진연구, 지역혁신 선도연구센터 과제의 지원을 받아 수행됐으며 학술지 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)'에 최근 실렸다.