KAIST, 선·배터리 필요 없고 피부 계면 압력·온도 연속 측정 가능
고위험군 임상 유효성·안전성 검증…'네이처 커뮤니케이션스' 게재

욕창을 예방하는 무선, 배터리-프리, 소프트 압력 센서 시스템이 개발됐다. 

박인규·오용석 KAIST 연구팀과 미국 노스웨스턴 대학 존 로저스 교수팀은 국제 공동 연구를 통해 욕창 예방을 위한 피부 계면에서의 압력·온도의 연속적인 측정이 가능한 무선, 배터리-프리, 소프트 압력 센서 시스템을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다. 

공동연구팀은 이병주 부산의대 교수(부산대병원 재활의학과)와 김해한솔재활요양병원 이제상 과장·민원기 실장 등과 함께 임상시험을 통해 이 시스템 기술의 유효성·안전성을 검증했다.

욕창은 신체의 특정 부위에 가해지는 지속적인 압력에 의해 모세혈관의 순환장애로 인한 허혈성 조직괴사로 생기는 피부나 하부조직 손상을 의미하며, 피부 온도 증가에 민감하다. 인구의 고령화와 만성질환 증가로 높은 발병률·유병률을 보이며, 동작·감각·인지능력 등에 손상을 입은 환자들에게서 자주 발생한다. 

욕창은 입원 환자의 입원 기간과 의료비 지출을 늘리고, 환자와 보호자에게 상당한 고통을 주기 때문에 조기 진단과 예방이 매우 중요하다. 

욕창 예방을 위해 미국욕창자문기구(National Pressure Injury Advisory Panel:NPIAP)에서 제안한 프로토콜에 기반해 주기적으로 환자 체위 변경을 통해 압력을 분산시키고 있지만, 여전히 많은 욕창 환자들이 발생하고 있다. 

욕창 발생률을 획기적으로 낮추기 위해서는 피부의 압력과 온도를 연속적으로 측정할 수 있는 센서와 시스템 기술이 필요하다. 박인규·오용석 연구팀은 피부의 압력과 온도를 연속적으로 모니터링할 수 있는 무선 방식의 배터리-프리 압력 센서 시스템을 개발했다. 교수팀은 금속과 중합체 소재의 멤브레인(membrane) 필름의 처짐에 따른 저항 증가를 이용, 압력을 측정하는 기술을 구현했다. 

욕창 발생을 감지하기 위해 필요한 압력 범위(∼10 킬로파스칼)에서 적절한 민감도, 높은 선형성(linearity), 작은 이력현상(hysteresis)과 드리프트(drift), 우수한 출력의 안전성을 보였다.

공동연구팀은 피부에 부착한 압력센서의 정확성을 높이기 위해 굽힘·전단 등에 반응치 않도록 설계했다[그림 1]．

또 온도센서는 피부 온도 변화에 따른 저항방식의 압력 센서 출력을 보정, 피부 온도의 변화를 연속해서 측정할 수 있도록 했다.

사각형의 송신기 코일 안테나에 의해 형성된 자기장은 피부에 부착된 무선 플랫폼의 원형 수신기 코일 안테나를 통해 유도전류를 발생시켜 근거리 무선통신(NFC)이 가능하다. 무선 플랫폼의 압력·온도 센서는 원형 코일 외부에서 늘어나는 기능이 있는 서펜타인(serpentine) 구조로 연결해 다양한 기계적 변형(굽힘·늘어남·휘어짐)에 대해서도 안정적인 센서 출력을 보이는 동시에 환자의 움직임이나 체위 변경 하에서도 충분한 전력 공급과 데이터 통신이 가능하도록 설계했다[그림 2]． 

공동연구팀은 환자의 전신을 커버하기 위해 침대 매트리스 아래에 두 개의 송신기 코일 안테나를, 침구 옆에 리더기·멀티플랙서 등을 배치해 환자 피부에 부착된 무선 센서 플랫폼으로 안정적으로 전력 전송과 데이터 통신이 가능한 시스템을 개발하고, 송신기 코일 안테나로부터 발생하는 자기장 분포, 방향, 세기 등을 시뮬레이션을 통해 검증했다[그림 3]． 

뿐만 아니라, 반신마비·전신마비 환자 등 욕창 위험군 환자들에 대한 유효성과 안전성 평가를 통해 욕창 발생 주요 부위에서의 장시간 압력·온도의 연속적인 모니터링과 체위 변경에 대한 압력의 정량적 측정을 검증했다[그림 4]．

이번 연구의 교신저자 박인규 교수는 "침대에 누워있는 환자의 주요한 피부 계면에서 압력·온도의 연속적 측정이 가능한 무선, 배터리-프리 센서 시스템 기술이 세계 최초로 개발됐다"라면서 "이를 통해 욕창 위험군 환자들에 대한 욕창의 조기진단과 예방을 획기적으로 향상시킬 수 있는 계기가 될 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구결과는 재료과학 및 융합연구 분야 학술지인 <네이처 커뮤니케이션스>(Nature Communications·IF=14.919) 8월 24일자 온라인 판에 게재됐다.

이영재 기자 다른기사 보기