심근경색, 뇌졸중 등 심뇌혈관 질환 위험 알려주는 피부 패치 개발

07/23/21

심근경색, 뇌졸중 등 심뇌혈관 질환 위험을 미리 알려주는 피부 패치가 개발됐다.

미국 샌디에이고 캘리포니아대학 공대의 쉬성(Xu Sheng) 나노공학 교수 연구팀은 혈류, 혈압, 심장 기능을 실시간으로 지속해서 모니터하면서 심뇌혈관에서 발생하는 문제를 조기에 잡아내는 초음파 피부 패치를 개발했다고 메디컬 익스프레스(MedicalXpress)가 22일 보도했다.

피부에 붙이는 부드럽고 신축성 있는 이 패치는 초음파를 이용, 몸 속 깊숙한 곳을 지나가는 주요 동맥과 정맥의 혈액 흐름을 관찰함으로써 심장, 뇌 같은 주요 기관의 건강 상태를 미리 알려준다고 연구팀은 밝혔다.

혈관 속을 흐르는 혈류 속도와 혈류량을 알면 심근경색이나 뇌졸중으로 이어질 수 있는 혈전, 동맥 협착, 심장판막의 문제들을 포착, 심뇌혈관의 상태를 진단할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

이 피부 패치는 목이나 가슴에 붙일 수 있다.

이 패치의 특징은 몸 속 최대 14cm의 깊이에 있는 심뇌혈관의 신호를 비침습적인(non-invasive) 방법으로 다른 곳이 아닌 피부에서 정확히 감지하고 측정할 수 있다는 것이다.

이렇게 몸 속 깊은 곳에 자리 잡은 기관에서 발생하는 신호를 휴대용 전자센서로 감지한다는 것은 지극히 어려운 일이지만 신체조직의 깊이를 뚫고 들어가 그곳의 중요한 신호를 포착하는 기술을 개발했다고 연구팀은 말했다.

이 피부 패치의 또 다른 혁신적 특징은 초음파 빔을 여러 각도로 조정할 수 있어 패치가 붙여진 피부 바로 아래쪽에 있지 않은 부위로 향하게 할 수 있다는 것이라고 연구팀은 밝혔다.

이는 휴대용 피부 센서 분야에서는 최초로 도입된 기술로 기존의 휴대용 센서들은 센서가 부착된 피부 바로 아래쪽 부위만 모니터할 수 있다고 연구팀은 지적했다.

이 피부 패치는 신축성이 있고 늘릴 수 있는 얇은 폴리머 시트(sheet)로 되어 있고 시트에는 밀리미터 크기의 초음파 변환기(transducer)들이 박혀있다. 변환기 하나하나는 컴퓨터로 조정된다.

전기가 초음파 변환기 속으로 흐르게 되면 변환기들이 진동하면서 초음파를 발사한다. 초음파는 피부를 통해 몸 속 깊은 곳의 큰 혈관을 뚫고 들어가 혈관 속을 떠다니는 적혈구의 움직임과 만나게 된다.

적혈구의 움직임 변화는 초음파를 타고 다시 피부 패치로 되돌아온다. 이를 도플러 주파수 천이(Doppler frequency shift)라고 한다.

패치는 여기에 나타난 신호의 변동을 포착하며 이를 통해 혈류의 비디오 녹화가 만들어진다.

심장 벽의 움직이는 영상도 같은 메커니즘을 통해 만들어질 수 있다.

이 연구 결과는 영국의 과학전문지 '네이처 생체의공학'(Nature Biomedical Engineering) 최신호에 발표됐다.

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