a-b) 무선, 배터리-프리 센서 플랫폼에 대한 분해도와 사진. (c-d) 패키징된 센서 플랫폼의 인장에 따른 서펜타인 구조의 늘어나는 기능에 대한 사진과 시뮬레이션 결과.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 국제 공동연구를 통해 노년층에게 심각한 위험으로 작용하는 욕창을 예방할 수 있는 무선센서 시스템을 최초로 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 박인규‧오용석 교수 연구팀이 미국 노스웨스턴 대학 존 로저스 교수 연구팀과 함께 욕창 예방을 위한 피부 계면에서의 압력과 온도의 연속적인 측정이 가능한 무선, 배터리-프리, 소프트 압력 센서 시스템을 개발했다고 29일 밝혔다. 연구팀은 부산대학교병원 재활의학과 이병주 교수, 김해한솔재활요양병원 이제상 과장, 민원기 실장과 함께 임상실험을 통해 이러한 시스템 기술의 유효성과 안정성을 검증해냈다.

욕창은 신체의 특정 부위에 가해지는 지속적인 압력에 의해 모세혈관의 순환장애로 인한 허혈성 조직괴사로 생기는 피부나 하부조직의 손상을 말한다. 피부 온도 증가로 인해 욕창의 진행이 가속화될 수 있다. 이러한 욕창은 인구의 고령화와 만성질환의 증가로 높은 발병율과 유병율을 보이며, 동작, 감각 및 인지능력에 손상을 입은 환자들에게서 자주 발생한다. 욕창이 발생하면 입원환자의 입원 기간 및 의료비 지출을 증가시키고 환자, 보호자에게 상당한 고통을 유발하기 때문에 조기진단과 예방이 매우 중요하다.

욕창 발생률을 획기적으로 낮추기 위해서는 누워있는 환자의 피부 계면에서의 압력과 온도를 연속적으로 측정하기 위한 우수한 신뢰성을 갖는 센서와 시스템 기술이 필요한데, 아직 연구개발의 초기 단계에 있다.

KAIST 연구팀은 문제 해결을 위해 무선, 배터리-프리 압력 센서 시스템을 개발, 피부 계면에서 압력과 온도의 연속적인 모니터링을 구현하고 욕창 위험군 환자에 대해서 시스템의 유효성과 안정성을 평가했다.

이번 연구에서 개발된 무선, 배터리-프리 압력센서는 금속과 중합체로 구성된 멤브레인(membrane) 필름의 처짐에 따른 저항 증가를 이용해 압력을 측정하는 방식이다. 욕창 발생과 관련된 요구되는 압력 범위에서 적절한 민감도, 높은 선형성, 작은 이력현상과 드리프트, 우수한 출력의 안정성을 보였으며 피부에 부착된 압력센서의 정확성을 높이기 위해 굽힘, 전단 등에 반응하지 않도록 설계됐다.

또한 온도센서는 피부 온도 변화에 따른 저항방식의 압력 센서 출력을 보정하고 욕창 발달의 가속화와 관련된 피부 온도 변화의 연속적 측정이 가능하게 했다.

(a) 무선, 배터리-프리 센서 시스템의 개략도. (b) 파워 및 데이터 전송을 위한 침대 매트리스 아래에 배치된 2개의 안테나와 침구 옆의 리더기(reader)와 멀티플렉서(multiplexer) 사진. (c) 자기장의 분포, 세기 그리고 방향에 대한 시뮬레이션 결과. (d) 멀티플렉싱 된 2개의 안테나에 대한 작동 범위에 대한 실험 결과.[KAIST 제공]

연구팀은 환자의 전신을 커버하기 위해 침대 매트리스 아래에 두 개의 송신기 코일 안테나, 침구 옆에 리더기(reader)와 멀티플랙서를 배치해 환자의 피부에 부착된 무선 센서 플랫폼으로 안정적으로 전력 전송과 데이터 통신이 가능한 시스템을 개발하고, 송신기 코일 안테나 로부터 발생하는 자기장 분포, 방향, 세기 등을 시뮬레이션을 통해 검증했다. 뿐만 아니라 반신마비 환자, 전신마비 환자 등의 욕창 위험군 환자들에 대한 장시간 압력, 온도의 연속적인 모니터링과 체위 변경에 대한 압력의 정량적 측정을 검증했다.

박인규 교수는 “침대에 누워있는 환자의 주요한 피부 계면에서 압력과 온도의 연속적 측정이 가능한 무선, 배터리-프리 센서 시스템 기술이 세계 최초로 개발했다”며 “이를 통해 욕창 위험군 환자들에 대한 욕창의 조기진단과 예방을 획기적으로 향상시킬 수 있는 계기가 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한국연구재단 지원으로 수행된 이번 연구결과는 재료과학 및 융합연구 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 8월 24일자 온라인 판에 게재됐다.