어디서나 혈압을 모니터링하는 착용형 패치
2024/12/04
UC 샌디에이고의 새로운 착용형 초음파 패치는 지속적이고 비침습적인 혈압 모니터링을 제공하며, 100명이 넘는 환자를 대상으로 광범위한 테스트를 거쳐 임상적으로 검증되었다.
캘리포니아 대학교 샌디에이고의 연구원들은 지속적이고 비침습적 혈압 모니터링을 위한 새로운 웨어러블 초음파 패치를 개발했다. 이 장치는 100명이 넘는 환자를 대상으로 엄격하고 포괄적인 임상 검증을 거친 최초의 웨어러블 초음파 혈압 센서이다.
Nature Biomedical Engineering에 최근 게재된 이 기술은 임상 환경과 가정에서 모두 심혈관 건강 모니터링의 질을 개선할 수 있는 잠재력이 있다.
“일회성 혈압 값만 제공하는 커프를 사용한 기존 혈압 측정은 중요한 패턴을 놓칠 수 있다. 우리 웨어러블 패치는 지속적인 혈압 파형 데이터를 제공하여 혈압 변동의 자세한 추세를 보여준다.”라고 최근 UC 샌디에이고 제이콥스 공과대학에서 재료 과학 및 공학 박사 학위를 취득한 연구 공동 1저자 사이 저우가 말했다.
이 패치는 우표 크기의 부드럽고 신축성 있는 장치로 피부에 붙는다. 팔뚝에 착용하면 신체 깊숙한 곳의 혈압을 정확하고 실시간으로 판독한다. 패치는 신축성 있는 구리 전극 사이에 끼워진 작은 압전 변환기 배열을 수용하는 실리콘 엘라스토머로 만들어졌다. 변환기는 혈관 직경의 변화를 추적하는 초음파를 송수신하여 혈압 값으로 변환한다.
착용형 초음파 기술의 발전
착용형 초음파 패치는 UC 샌디에이고의 아이소 유펭 리 가족 화학 및 나노 공학과의 교수인 셍 슈의 연구실에서 개척한 초기 프로토타입을 기반으로 한다. 연구원들은 지속적인 혈압 모니터링을 위한 성능을 향상시키기 위해 두 가지 주요 개선 사항을 통해 패치를 재설계했다.
첫째, 그들은 압전 트랜스듀서를 서로 더 가깝게 포장하여 더 넓은 범위를 커버할 수 있게 했고, 이는 임상적으로 더 관련성이 있는 상완 동맥과 방사형 동맥과 같은 더 작은 동맥을 더 잘 타겟팅할 수 있었다. 둘째, 그들은 트랜스듀서의 중복 진동을 완화하기 위해 백킹 층을 추가하여 신호 선명도와 동맥 벽의 추적 정확도를 개선했다.
테스트에서 이 장치는 혈압계와 동맥에 삽입하여 혈압을 지속적으로 모니터링하는 센서인 동맥 라인이라는 또 다른 임상 장치와 비슷한 결과를 보였다. 동맥 라인은 중환자실과 수술실에서 혈압을 측정하는 데 있어 황금 표준이지만, 매우 침습적이고 환자의 이동성을 제한하며 통증이나 불편함을 유발할 수 있다. 이 패치는 심장 카테터 검사실과 중환자실에서 동맥 라인 시술을 받는 환자를 대상으로 실시한 검증 테스트에서 보여지 듯이 더 간단하고 신뢰할 수 있는 대안을 제공한다.
포괄적인 임상 검증 및 성능
연구원들은 패치의 안전성과 정확성을 검증하기 위해 광범위한 테스트를 실시했다. 총 117명의 피험자가 광범위한 활동과 환경에서 혈압을 평가하는 연구에 참여했다. 한 세트의 테스트에서 7명의 피험자는 자전거 타기, 팔이나 다리 들어올리기, 정신 산수 수행, 명상, 식사 및 에너지 드링크 소비와 같은 일상 활동 중에 패치를 착용했다. 85명의 피험자로 구성된 더 큰 코호트에서 앉은 자세에서 일어서는 자세로 전환하는 것과 같은 자세 변화 중에 패치를 테스트했다. 모든 테스트에서 패치의 결과는 혈압계 커프의 결과와 거의 일치했다.
심장 카테터 검사실의 21명의 환자와 수술 후 중환자실에 입원한 4명의 환자를 대상으로 패치의 혈압을 지속적으로 모니터링하는 기능을 평가했다. 패치의 측정 결과는 동맥 라인의 결과와 거의 일치하여 비침습적 대안으로서의 잠재력을 보여주었다.
슈는 “이 작업의 큰 진전은 의료 협력자들의 작업 덕분에 이 기술을 얼마나 철저히 검증했는지에 있다.”라고 말했다. “혈압은 백의 증후군, 가면 고혈압, 일상 활동 또는 약물 사용과 같은 요인에 따라 다양할 수 있어 정확한 진단을 받거나 치료를 관리하기가 까다롭다. 그렇기 때문에 다양한 실제 및 임상 환경에서 이 장치를 테스트하는 것이 매우 중요했다. 웨어러블 장치에 대한 많은 연구에서 개발 중에 이러한 단계를 건너뛰지만, 우리는 모든 것을 포함하도록 했다.”
미래 방향 및 개선
연구팀은 대규모 임상 시험을 준비하고 있으며, 머신러닝을 통합하여 장치의 기능을 더욱 개선할 계획획이다. 또한 장기 사용 및 기존 병원 시스템과의 원활한 통합을 위한 무선, 배터리 구동 버전을 검증하기 위한 노력도 진행 중이다.
