유연성 (Flexible), 신축성 (Stretchable), 이동성 (Mobile)의 장점
산소 분압 (PO2) 변화 측정을 통해 폐 상태 실시간 확인
장치의 핵심 부품인 칩 (Chip) 까지 개발 중
(AI타임스=김영하 기자) 우스터 폴리테크닉 대학 (Worcester Polytechnic Institute) 에서는 아기들의 폐 활동 상태를 확인할 수 있도록, 아기의 ‘혈액 산소 농도(Blood Oxygen Levels)’를 측정할 반창고 크기의 센서를 개발하고 있으며, 이는 아기의 조직(Tissue)들이 충분한 산소 공급을 받고 있는지 여부를 확인할 수 있게 해준다.
지금까지 의료기관에서 사용되었던 산소 농도 측정 시스템과는 달리 우스터폴리테닉대학에서 개발 중인 소형화 된 웨어러블 장치는 ‘유연성(Flexible)’, ‘신축성(Stretchable)’, ‘이동성 (Mobile)’ 을 가지고 있으며, 비교적 가격이 저렴 하여 퇴원 후 아기들의 실시간 산소 농도 체크를 가능하게 해줄 것으로 기대된다.
우스터 폴리테크닉 대학의 ‘직접회로 및 시스템 연구소 (Integrated Circuits and Systems Lab)’의 총괄을 맡고 있는 전기컴퓨터공학과 부교수 ‘울쿠한 굴러 (Ulkuhan Guler)’ 박사는 이번 연구의 취지를 “아이들이 병원에 머무르며 산소 측정하는 것으로부터 자유롭게 하고 싶다”고 했다. 병원에 배치된 유선 산소 측정 시스템이 아닌 ▲소형 무선 장치로 산소 측정이 가능하게 하고 ▲집에서도 측정이 가능하며 ▲수시로 측정될 수 있는 제품을 생각했으며, 이에 따라 밴드사이즈의 피부 부착물로부터 산소 측정하는 것을 고안했다고 한다. 부착물을 통해 측정된 ‘혈액 가스 확산도 (Blood Gases Diffusing)’ 데이터는 무선 방식으로 ‘의사 사무실’ 혹은 ‘보호자의 스마트폰’으로 전달 된다.
굴러 박사는 병원에 입원하는 것 자체가 비용이 많이 들고 가족들에게 부담이 될 수 있지만, 아기들의 건강은 가족과 함께 있을 때 향상 된다는 연구결과가 있다고 말했다. 그는 이동성 소형기기를 통해, 환자가 집에 있더라도 실시간 건강 상태를 모니터링 할 수 있고, 의사들이 병원 혹은 가정 어디에서나 간단히 환자 건강 상태를 모니터링 할 수 있는 기기를 만드는 게 목표라고 덧붙였다.
일반적으로 산소측정 장비는 대략 5파운드 정도 무게의 모니터가 전기 콘센트에 꽂혀져 있는 형태로 구성되어 있으며, 센서는 모니터와 유선으로 연결되어 있다. 이런 복잡한 구조와는 반대로 이번에 개발한 산소 측정 기기는 무선 전원을 사용하며 데이터 전송에 필요한 시스템 또한 무선 데이터 전송 방식을 사용하여, 아기의 산소 농도에 이상이 생길 시 의사 사무실 혹은 보호자의 스마트폰 앱의 알림으로 알려줄 수 있도록 설계 되어있다. 또한 이 장치는 간단한 산소포화 측정보다 호흡상태를 더 정확하게 나타내는 ‘PO2 (산소 분압: Partial Pressure of Oxygen)’ 방식을 채택했으며, 비록 피부를 통한 비침습 (Noninvasive) 방식이지만 측정 정확도는 혈액 검사 (Blood Test) 만큼 정확하다.
이번 연구의 연장선으로 굴러 박사는 MIT 공대의 소아과 학과장인 ‘로렌스 레인 (Lawrence Rhein)’, 우스터폴리텍 대학의 기계공학과 부교수인 ‘프라탭 라오 (Pratap Rao)’, 그리고 ‘전기컴퓨터 공학과 대학원생’ 들과 함께 웨어러블 장치의 심장의 역할을 할 수 있는 ‘칩 (Chip)’ 개발 또한 진행 중이라고 한다. 웨어러블 산소 모니터 내부에서 작동하도록 설계된 이 칩은 ‘광학 센서 (Optical Sensors)를 작동’시키고 ‘센서의 아날로그 신호 (Analogue Signals)를 캡처’하고 ‘전원 관리 (Power Management)를 처리가 가능하며 기타 ‘구동에 필요한 필요한 회로 소자 (Circuitry)’를 포함’하고 있다. 칩 개발에 참여한 굴러와 그의 동료들은 광학 기반 판독 회로용 신호 캡처 회로 및 드라이버 회로와 같은 개별 회로를 맞춤 설계했으며, 현재 칩에 ▲아날로그 신호를 디지털화하고 ▲캡처한 데이터와 디지털화된 데이터를 전송하며 ▲무선 링크로부터 전력을 생산하기 위한 더 많은 회로를 장착하는 작업을 진행 중이다.
질병통제예상센터 (Centers for Disease Control and Prevention)에 따르면 미국 내 사망 원인의 3번째가 ‘만성 폐색성 폐질환 (COPD: Chronic Obstructive Pulmonary Disease)’이라고 한다.
굴러 박사는 칩 개발에 이어 많은 성인들이 앓고 있는 질병에도 도움이 되고자 이번에 아기용으로 개발한 웨어러블 장치를 성인들도 이용할 수 있도록 제품 업그레이드 및 전용 스마트폰 앱을 만들 예정이라고 전했다.
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