피부에 붙여 혈류 실시간 측정하는 무선 웨어러블 시스템 개발

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 권경하 교수 연구팀이 딥러닝과 다층 열 센싱 기술을 결합한 무선 웨어러블 혈류 측정 시스템을 개발했다고 5일 밝혔다. 이 장치는 혈관을 직접 건드리지 않는 비침습 방식으로 혈류 속도와 혈관 깊이를 동시에 측정할 수 있다.

혈관이 피부 속 얼마나 깊이 위치하느냐에 따라 센서 신호가 달라져 깊이 정보는 혈류를 정확히 계산하는 핵심 변수다. 기존에는 초음파나 광학 방식이 주로 사용됐지만 장비가 크거나 혈관 깊이에 따라 정확도가 떨어지는 한계가 있었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 '혈액이 흐르면 주변에 미세한 열 이동이 발생한다'는 점에 주목했다. 서로 다른 깊이에 온도 센서를 배치해 열의 이동 경로를 입체적으로 분석하는 '다층 열 센싱' 기술을 개발, 인공지능(AI) 알고리즘을 적용해 복잡한 체온 분포 속에서 혈관의 깊이와 실제 혈류 속도를 실시간으로 분리·추출하는 데 성공했다.

여기에 AI를 적용해 복잡한 체온 분포 속에서 혈관의 깊이와 실제 혈류 속도를 정확히 구분해 냈다.

실험 결과, 초당 1~10㎜ 범위의 혈류 속도를 오차 초당 0.12㎜ 이내로, 1~2㎜ 범위의 혈관 깊이를 오차 0.07㎜ 이내로 측정하는 데 성공했다. 이는 머리카락 굵기보다 작은 수준으로, 일반적인 웨어러블 기기로는 구현하기 어려운 정밀도다.

특히 이 기술을 스마트워치에 사용되는 광혈류(PPG) 센서와 결합하면 혈압 측정 오차를 최대 72.6%까지 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 이는 스마트워치 혈압 측정값이 병원 장비에 한층 가까워질 수 있음을 의미한다.

이 전자패치는 응급 의료 현장에서 환자의 상태 변화를 실시간으로 감지하는 데 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 고혈압·당뇨 환자의 맞춤형 건강관리, 쇼크와 같은 급성 위험 신호의 조기 감지에도 적용 가능하다.

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

심영민 석박통합과정이 1저자로 주도한 이번 연구 결과는 국제학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 게재됐다.

연구는 삼성전자 종합기술원(SAIT) 및 한국연구재단(NRF) 우수신진연구, 지역혁신 선도연구센터, BK21 FOUR 프로그램, 정보통신기획평가원(IITP) 인공지능반도체대학원의 지원을 받아 수행됐다.

jongseo12@news1.kr