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연구

웨어러블 압전 센서로 정확한 혈압 모니터링 가능​
조회수 : 2815 등록일 : 2023-04-17 작성자 : 홍보실

신소재공학과 이건재 교수

< 신소재공학과 이건재 교수 >

혈압은 전반적 건강과 뇌졸중, 심장마비의 잠재적 위험을 평가하는 주요 지표다. 혈압을 간편하고, 연속적으로 모니터링할 수 있는 웨어러블 의료제품들이 큰 주목을 받고 있으며, LED을 활용한 웨어러블 혈압 측정 제품들이 출시되고 있지만, 광센서 정확도의 한계로 인해 의료기기 인증 기준을 만족하는 데 어려움이 있다.

우리 대학 신소재공학과 이건재 교수 연구팀과 한국표준과학연구원, 가톨릭의대 협력 연구팀이 혈압 측정을 위한 고민감 웨어러블 유연 압전 센서를 개발했다고 17일 밝혔다.

그림 1. 웨어러블 유연 압전 혈압 센서. 요골 동맥에 밀착하여 부착할 수 있는 유연 압전 혈압 센서를 제작하였다. 센서를 통해 획득한 출력 전압을 혈압으로 변환할 수 있는 선형 회귀 함수 모델을 제시하였으며, 임상시험을 통해 혈압 측정 정확도를 평가하였다.

< 그림 1. 웨어러블 유연 압전 혈압 센서. 요골 동맥에 밀착하여 부착할 수 있는 유연 압전 혈압 센서를 제작하였다. 센서를 통해 획득한 출력 전압을 혈압으로 변환할 수 있는 선형 회귀 함수 모델을 제시하였으며, 임상시험을 통해 혈압 측정 정확도를 평가하였다. >

이 교수팀은 수 마이크로미터 두께(머리카락 굵기의 백 분의 일)의 초고감도 무기물 압전 박막을 딱딱한 기판에서 고온 열처리 후 유연 기판에 전사하여 혈압 센서를 제작했으며, 피부에 밀착해 혈관의 미세한 맥박 파형에서 정확한 혈압을 측정하는 데 성공했다. 

이번 연구에서 개발한 혈압 센서는 가톨릭 병원에서 진행한 임상시험에서 수축기 혈압, 이완기 혈압에서 모두 자동전자혈압계 국제 인증 기준인 오차 ±5 mmHg 이하, 표준편차 8mmHg 이하의 높은 기준을 만족했다. 또한, 웨어러블 워치에 혈압 센서를 탑재해 연속적인 혈압 모니터링이 가능하게 됐다.

그림 2. 유연 압전 혈압 센서의 원리와 임상시험 결과. 초기 보정을 위해 유연 압전 혈압 센서와 오므론 혈압계를 이용해서 동시에 혈압을 측정을 진행하였다(그림 a). 센서 출력 최대 전압의 평균을 수축기 혈압, 최소 전압의 평균을 이완기 혈압에 대응시킨 선형 회귀 함수 모델을 제시하였다(그림 b). 혈압 측정 정확도를 평가하기 위해서 임상시험을 진행하였으며, 수축기 혈압과 이완기 혈압에 대해서 높은 정확도를 나타내었다(그림c, 그림d).

< 그림 2. 유연 압전 혈압 센서의 원리와 임상시험 결과. 초기 보정을 위해 유연 압전 혈압 센서와 오므론 혈압계를 이용해서 동시에 혈압을 측정을 진행하였다(그림 a). 센서 출력 최대 전압의 평균을 수축기 혈압, 최소 전압의 평균을 이완기 혈압에 대응시킨 선형 회귀 함수 모델을 제시하였다(그림 b). 혈압 측정 정확도를 평가하기 위해서 임상시험을 진행하였으며, 수축기 혈압과 이완기 혈압에 대해서 높은 정확도를 나타내었다(그림c, 그림d). >

이건재 교수는 이번에 개발된 웨어러블 워치 형태의 혈압 센서는 신뢰성과 내구성이 우수할 뿐만 아니라, 정확하고 연속적인 혈압을 측정할 수 있어 고혈압 환자들을 위한 헬스케어 시장에서 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다, “현재 패치 형태의 수면용 혈압 센서를 추가 개발한 후 창업을 통한 기술 사업화에 박차를 가하고자 한다라고 말했다.

그림 3. 웨어러블 워치에 탑재된 유연 압전 혈압 센서. 유연 압전 혈압 센서와 무선 통신 회로를 내장할 수 있는 웨어러블 워치 형태의 시제품을 제작하였다(그림 a). 무선 통신 회로를 이용해서 압전 센서의 신호를 측정하고 블루투스 방식으로 태블릿 PC에 데이터를 전송할 수 있게 구성하였다(그림 b). 실제 웨어러블 워치를 착용하고 태블릿 PC를 통해 연속적인 혈압 모니터링을 구현하였다(그림 c).

< 그림 3. 웨어러블 워치에 탑재된 유연 압전 혈압 센서. 유연 압전 혈압 센서와 무선 통신 회로를 내장할 수 있는 웨어러블 워치 형태의 시제품을 제작하였다(그림 a). 무선 통신 회로를 이용해서 압전 센서의 신호를 측정하고 블루투스 방식으로 태블릿 PC에 데이터를 전송할 수 있게 구성하였다(그림 b). 실제 웨어러블 워치를 착용하고 태블릿 PC를 통해 연속적인 혈압 모니터링을 구현하였다(그림 c). >

이번 연구는 웨어러블플랫폼 소재기술센터, 휴먼플러스 융합연구개발사업 및 바이오/의료 융합 측정 표준기술 개발 재원으로 지원을 받아 수행됐으며, 국제 학술지 `어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)' 온라인 호에 324일자 출판됐으며, 표지논문으로도 선정됐다.

그림 4. 어드밴스트 머터리얼즈 논문 표지 이미지

< 그림 4. 어드밴스트 머터리얼즈 논문 표지 이미지 >

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