비즈니스 기회
웨어러블 초음파 패치로 뇌 혈류의 비침습적인 모니터링
캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스의 엔지니어들은 뇌의 혈류를 지속적으로 비침습적으로 모니터링할 수 있는 웨어러블 초음파 패치를 개발했습니다. 부드럽고 신축성 있는 패치는 관자놀이에 편안하게 착용할 수 있으며 웨어러블 기술 최초로 뇌 혈류에 대한 3차원 데이터를 제공합니다.
UC 샌디에이고 제이콥스 공과대학의 화학 및 나노 공학과 Aiiso Yufeng Li Family 교수인 Sheng Xu가 이끄는 연구팀은 Nature에 새로운 기술을 발표했습니다.
웨어러블 초음파 패치는 경두개 도플러 초음파라고 하는 현재 임상 표준에서 상당한 도약을 나타냅니다. 이 방법을 사용하려면 숙련된 기술자가 환자의 머리에 초음파 프로브를 대고 있어야 합니다. 그러나 이 프로세스에는 단점이 있습니다. 작업자에 따라 다르므로 측정 정확도는 작업자의 기술에 따라 달라질 수 있습니다. 또한 장기간 사용하기에는 비실용적입니다.
Xu의 팀은 이러한 장애물을 극복하는 장치를 개발했습니다. 웨어러블 초음파 패치는 환자의 입원기간 동안 지속적으로 착용할 수 있는 핸즈프리의 일관되고 편안한 솔루션을 제공합니다.
"패치의 지속적인 모니터링 기능은 현재 임상 관행의 중요한 격차를 해결합니다. 일반적으로 뇌 혈류는 매일 특정 시간에 모니터링되며, 이러한 측정이 하루 중 나머지 시간 동안 발생할 수 있는 일을 반드시 반영하는 것은 아닙니다. 측정 사이에 감지되지 않은 변동이 있을 수 있습니다. 환자가 한밤중에 뇌졸중을 일으키려고 하는 경우 이 장치는 적시에 개입하는 데 중요한 정보를 제공할 수 있습니다."라고 제1 저자 Sai Zhou는 말했습니다.
뇌 수술을 받고 회복 중인 환자도 이 기술의 혜택을 받을 수 있다고 Xu의 연구실에서 화학 및 나노 공학 박사 과정 학생인 이 연구의 또 다른 공동 제1 저자인 박건호 교수는 언급했습니다.
대략 우표 크기의 패치는 실리콘 엘라스토머에 여러 겹의 신축성 있는 전자 장치가 내장되어 있습니다. 한 층은 작은 압전 변환기 배열로 구성되며, 전기적으로 자극을 받으면 초음파를 생성하고 뇌에서 반사된 초음파를 수신합니다. 또 다른 핵심 구성 요소는 스프링 모양의 와이어로 만들어진 구리 메쉬 레이어로, 착용자의 신체와 환경의 간섭을 최소화하여 신호 품질을 향상시킵니다. 나머지 층은 신축성 있는 전극으로 구성됩니다.
사용하는 동안 패치는 케이블을 통해 전원과 컴퓨터에 연결됩니다. 3D 모니터링을 달성하기 위해 연구원들은 초고속 초음파 영상을 시스템에 통합했습니다. 초당 약 30개의 이미지를 캡처하는 표준 초음파와 달리 초고속 이미징은 초당 수천 개의 이미지를 캡처합니다. 이 높은 프레임 속도는 패치의 압전 변환기에서 강력한 데이터를 수집하는 데 필요하며, 그렇지 않으면 두개골의 강한 반사로 인해 낮은 신호 강도로 인해 어려움을 겪을 수 있습니다.
그런 다음 데이터는 사용자 지정 알고리즘을 사용하여 후처리되어 뇌의 주요 동맥의 크기, 각도 및 위치와 같은 3D 정보를 재구성합니다.
"대뇌혈관은 여러 개의 분지혈관이 있는 복잡한 구조입니다. 전체 그림을 얻고 더 정확한 측정을 얻기 위해 이 3차원 정보를 캡처할 수 있는 장치가 필요합니다"라고 Xinyi Yang이 말했습니다.
이 연구에서 패치는 뇌의 주요 동맥에서 혈류 속도(최대 수축기, 평균 유량 및 말기 이완기 속도)를 측정하는 능력에 대해 36명의 건강한 지원자를 대상으로 테스트되었습니다. 참가자들은 손 잡기, 숨 참기, 독서와 같은 혈류에 영향을 미치는 활동에 참여했습니다. 패치의 측정값은 기존 초음파 프로브로 얻은 측정값과 거의 일치했습니다.
다음으로 연구진은 UC 샌디에이고 의과대학의 임상의와 협력하여 뇌 혈류에 영향을 미치는 신경학적 질환을 가진 환자에게 패치를 테스트할 계획입니다. Xu는 이 기술을 상용화하기 위해 Softsonics라는 스타트업 회사를 공동 설립했습니다.
이상의 기사는 2024년 5월 22일 MedicalXpress에 게재된 “Wearable ultrasound patch enables continuous, non-invasive monitoring of cerebral blood flow”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : Wearable ultrasound patch enables continuous, non-invasive monitoring of cerebral blood flow (medicalxpress.com)
* 추가정보 출처 : Transcranial volumetric imaging using a conformal ultrasound patch | Nature