국제 학술지 '스몰' 표지 논문으로 선정된 연구. (사진=국립창원대 제공)

국립창원대학교 기계공학부 오용석 교수는 KAIST 박인규 교수, 제민규 교수와 공동으로 환자 피부의 압력, 전단과 온도 분포도를 연속적으로 측정하기 위한 ‘배터리-프리, 무선, 웨어러블 센서와 액추에이터 어레이'를 개발하는 데 성공했다고 22일 밝혔다.

연구팀은 욕창 예방을 위한 이 플랫폼의 유효성 및 안정성을 환자 대상으로 검증했고, 향후 욕창 예방 목적의 전자의료기기 플랫폼으로, 높은 활용성이 있을 것으로 기대된다.

연구팀에 따르면 특히 압력 혹은 전단이 환자 신체 뼈 돌출부 주변(천골, 발꿈치 등)에 지속적으로 가해지면 피부 조직에 산소와 영양소 공급이 제한돼 허혈성 조직괴사가 발생하게 된다. 이러한 피부나 하부조직의 손상을 욕창이라 한다. 또한 욕창은 피부 온도 증가와 함께 손상의 정도가 악화될 수 있다.

고령화와 함께 욕창 및 관련된 합병증은 높은 발병률과 유병률을 보일 것으로 예측이 된다. 욕창이 발생하면 입원환자의 입원 기간 및 의료비 증가 외에도 환자와 보호자에게 상담한 신체적, 정신적 고통을 유발한다. 따라서 욕창은 조기진단과 예방이 매우 중요하다.

환자의 욕창 예방은 주로 미국 국립욕창자문위원회가 제안하는 프로토콜에 기반해 주기적으로 누워있는 환자의 체위를 변경해 압력을 분산시켜 욕창을 예방한다.

그러나 스스로 거동이 힘든 중환자(고령, 마비환자 등)의 경우, 의료진이 전신 체위 변경을 통해 지속적인 욕창 관리를 해줘야 하는데, 간병인력 부족으로 인해 많은 환자의 체위를 주기적으로 변경해 주는 것은 현실적으로 매우 어렵다. 이와 함께 환자의 전신 체위 변경은 환자, 의료진, 간병인들의 2차 근골격의 부상으로도 이어질 수 있다.

국립창원대 기계공학과 오용석 교수는 KAIST 박인규 교수, 제민규 교수와 공동으로 이와 같은 제한점을 해결하기 위해 `환자 피부의 압력, 전단, 온도 분포도를 연속적으로 측정하기 위한 배터리-프리, 무선, 웨어러블 센서 어레이'를 개발했고, 침대와 액추에이터를 결합한 시스템에 통합했다. 연구팀은 임상평가에서 개발한 이 시스템을 움직이지 못하는 환자에 적용함으로써 유효성과 안정성을 검증했다. 또한 환자의 뼈 돌출부 주위의 압력, 전단, 온도 분포도를 지속 모니터링함과 동시에 취득된 데이터를 기반으로 액추에이터를 작동시켜 간병 인력의 개입 없이 피부 계면에서 압력과 전단을 효과적으로 감소시켰다.

이 연구에서 개발된 소형화 센서 어레이는 배터리가 필요 없는 차세대 무선통신 기술인 ’Near-field communication(NFC) 기반의 배터리-프리, 무선 플랫폼‘을 기반으로 개발됐고, 단일 센서는 금속 스트레인 게이지를 활용한 4mm 스케일의 적층 구조로 Flexible PCB(fPCB) 상에 설계 및 제작돼 선형성, 적은 히스테리시스, 민감도, 스트레칭과 굽힘에 대한 둔감성 등 우수한 성능뿐 아니라, 튼튼한 내구성과 센서 간 적은 편차(균일성)까지 갖추었다.

이번 연구는 제1 저자 한현석 박사(현 삼성전자 MX사업부, 전 KAIST 기계공학과) 주도하에 박현우 박사(KAIST 전기및전자공학부), 조석주 박사과정(KAIST 기계공학과)과 함께 진행됐으며, 오용석 교수(국립창원대 기계공학과), 제민규 교수(KAIST 전기및전자공학부), 박인규 교수(KAIST 기계공학과)가 교신저자로 참여했다.

한편, 이번 연구 결과는 저명 국제 학술지 ‘스몰(Small)’의 표지 논문으로 선정돼 2024년 8월 온라인판에 게재됐다.