권경하 KAIST 교수팀, 무선 심혈관 임플란트 개발
심혈관 내 압력·혈류·온도 실시간 측정 무선 시스템
심혈관 질환 환자 사전 위험 예측·관리 폭넓게 활용 기대
배터리 없이 실시간으로 심혈관 내 압력, 유량, 온도를 측정해 심혈관 기능을 진단하는 무선 심혈관 임플란트가 개발됐다.
실시간 혈역학(Hemodynamic) 모니터링은 심혈관 질환 환자의 수술 전후 관리에 도움을 준다. 일상 중 실시간으로 심혈관 내 압력, 유량 및 온도 측정이 가능한 무선 인체이식형 의료기술에 대한 수요가 증가하고 있는 이유다.
권경하 한국과학기술원(KAIST) 교수팀(전기및전자공학부)과 김종욱 미국 노스웨스턴대 박사가 공동연구를 통해 개발한 이 기술은 국제 학술지 <네이처 바이오메디컬 엔지니어링>(Nature Biomedical Engineering)에 4월 11일자에 발표됐다. 논문명은 'A battery-less wireless implant for the continuous monitoring of vascular pressure, flow rate and temperature'(https://www.nature.com/articles/s41551-023-01022-4).
현재는 침상 모니터에 연결된 유선 테더(tether)와 함께 센서를 동맥에 삽입해 동맥압과 혈류 속도 측정이 가능하다. 그러나 유선 인터페이스가 심혈관 손상 및 감염이나 측정 정확도 저하로 이어질 수 있다. 일반적으로 병원에서는 움직이지 않는 환자에게 일시적으로 사용하는 데 제한된다.
지금까지 전문 의료 시설에 접근하지 않고 언제 어디서나 환자의 수술 후 모니터링을 지원하기 위해, 배터리 없이 무선으로 작동하는 임플란트 시스템 개발이 핵심 과제였다.
연구팀은 무선 통신 및 무선 전력 전송 기술을 이용해 심혈관 내에서 배터리 없이 실시간으로 압력, 유속, 온도 등을 측정할 수 있는 이식형 무선 측정 시스템을 개발했다(그림 1).
배터리 없이 무선으로 동작하는 임플란트 기기를 실제로 제작해(그림 2), 돼지의 폐동맥 및 양의 대동맥과 좌심실에서 기존 임상 기기와 유사한 성능을 보이는 데 성공했다.
물리적인 유선 연결이 없기 때문에 병원 외부에서도 환자 상태 파악이 가능하고, 적시에 심장 부전, 뇌졸중 위험이 증가한 환자의 치료 전략의 기초로 사용할 수 있는 임상 등급 데이터를 제공한다.
또 측정된 데이터는 저전력 블루투스 통신을 통해 스마트폰 앱으로 전송해 사용자가 실시간으로 손쉽게 확인할 수 있다. 이를 통해 혈역학 기능을 특성화하고, 심혈관 질환의 심각성을 평가하며, 클리닉 또는 가정에서 지속적 또는 간헐적 평가를 위한 의료기기의 안전성과 효능을 평가하는데도 도움을 준다.
이와 함께 스텐트, 클립 및 보조 판막 등 다양한 의료기기와 통합해 혈역학 매개변수의 정확한 추정 또는 임플란트의 기능을 모니터링하는데 활용 가능할 것이라는 진단이다.
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 것으로 기대된다"고 설명했다.
이번 연구는 한국연구재단(NRF) 기본연구, 우수신진연구, 지역혁신 선도연구센터 과제의 지원을 받아 이뤄졌다.
