국내 연구진이 피부에 붙이기만 하면 혈류를 실시간으로 측정할 수 있는 무선 전자패치를 개발했다.

KAIST(총장 이광형)는 전기및전자공학부 권경하 교수 연구팀이 딥러닝과 다층 열 센싱 기술을 결합한 무선 웨어러블 혈류 측정 시스템을 개발했다고 지난 5일 밝혔다. 피부에 부착하는 전자패치 형태로 혈관을 직접 건드리지 않고 혈류 속도와 혈관 깊이를 동시에 측정할 수 있는 기술이다.

혈액의 흐름은 심혈관 질환과 쇼크 등 다양한 질환을 판단하는 중요한 지표다. 그러나 혈류를 정확히 측정하려면 병원용 초음파 장비 등에 의존해야 하는 한계가 있었다.

기존에는 초음파나 광학 방식이 주로 사용됐지만 장비가 크고 혈관 깊이에 따라 정확도가 떨어지는 문제가 있었다. 연구팀은 혈액이 흐를 때 주변에 미세한 열 이동이 발생한다는 점에 주목했다.

연구팀은 서로 다른 깊이에 온도 센서를 배치해 열 이동 경로를 분석하는 ‘다층 열 센싱’ 기술을 개발했다. 여기에 인공지능(AI) 알고리즘을 적용해 복잡한 체온 분포 속에서 혈관 깊이와 실제 혈류 속도를 실시간으로 분리·추출하는 데 성공했다.

실험 결과 초당 1~10㎜ 범위의 혈류 속도를 오차 0.12㎜/s 이내로, 1~2㎜ 범위의 혈관 깊이를 오차 0.07㎜ 이내로 측정하는 성능을 보였다. 이는 머리카락 굵기보다 작은 수준의 오차로 웨어러블 기기에서 구현하기 어려운 정밀도다.

특히 이 기술을 스마트워치에 사용되는 광혈류(PPG) 센서와 결합하면 혈압 측정 오차를 최대 72.6%까지 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 스마트워치 혈압 측정값을 병원 장비 수준에 더 가깝게 만들 수 있는 가능성을 보여준다는 설명이다.

연구팀은 이번 전자패치가 응급 의료 현장에서 환자 상태 변화를 실시간으로 감지하는 데 활용될 수 있을 것으로 보고 있다. 고혈압과 당뇨 환자의 맞춤형 건강관리나 쇼크와 같은 급성 위험 신호의 조기 감지에도 적용 가능할 것으로 기대된다.

권경하 교수는 “이번 기술은 혈류와 혈압을 더 정확하게 측정할 수 있는 원천 플랫폼”이라며 “스마트워치와 결합해 일상 속 건강 모니터링 수준을 한 단계 끌어올릴 수 있을 것”이라고 말했다.

심영민 석박통합과정이 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 2월 6일자에 게재됐다.

이번 연구는 삼성전자 종합기술원과 한국연구재단 우수신진연구, 지역혁신 선도연구센터, BK21 FOUR 프로그램, 정보통신기획평가원 인공지능반도체대학원 지원을 받아 수행됐다.