오하이오 주, 실시간 근육 위축 모니터링을 위한 최초의 웨어러블 센서 출시

오하이오 주립대학교, 오하이오주 콜럼버스

제안된 센서는 근육 위축으로 고통받는 환자가 자신의 건강 변화를 보다 편리하게 모니터링할 수 있도록 돕는 것을 목표로 합니다. (이미지 :게티 이미지)

오하이오 주립대학교 연구원들은 근육 위축을 감지하고 모니터링하도록 설계된 최초의 웨어러블 센서를 제작했습니다.

골격근량 및 근력 손실, 근육 위축과 관련된 상태는 다양한 이유로 발생할 수 있지만 일반적으로 퇴행성 질환, 노화 또는 근육 사용의 부작용으로 인해 발생합니다.

현재 의사들은 환자의 근육 크기와 부피가 악화되었는지 평가하기 위해 MRI에 의존하고 있지만, 잦은 검사에는 시간과 비용이 많이 소요될 수 있습니다.

그러나 이 새로운 연구는 IEEE 생명의학 공학 거래 저널에 게재되었습니다. 전도성 "e-스레드"로 만들어진 전자기 센서가 MRI를 사용한 빈번한 모니터링의 대안으로 사용될 수 있음을 시사합니다.

연구 결과를 검증하기 위해 연구자들은 3D 프린팅된 사지 주형을 제작하고 그 안에 다진 소고기를 채워 평균 크기의 인간 피험자의 종아리 조직을 시뮬레이션했습니다. 연구 결과에 따르면 센서가 전체 사지 크기의 소규모 부피 변화를 측정하고 최대 51%의 근육 손실을 모니터링할 수 있음을 입증할 수 있었습니다.

"이상적으로 우리가 제안한 센서는 의료 서비스 제공자가 환자를 위한 치료 계획을 보다 개인적으로 구현하고 환자 자신의 부담을 줄이는 데 사용될 수 있습니다."라고 이번 연구의 주 저자이자 오하이오 주립대학교 전기 및 컴퓨터 공학 대학원 연구원인 Allyanna Rice가 말했습니다.

웨어러블 장치를 사용하여 근육 위축을 모니터링하는 최초의 알려진 접근 방식인 이 연구는 NASA의 건강 센서를 만드는 Rice의 이전 작업을 기반으로 합니다. 우주국은 우주에서 많은 시간을 보내면 인체에 해로운 영향을 미칠 수 있는 경우가 많기 때문에 다양한 방법으로 우주비행사의 건강을 모니터링하는 데 관심이 있습니다.

연구자들은 이러한 영향을 이해하고 이에 맞서기 위해 수십 년을 노력해 왔으며, 이 연구는 우주비행사가 직면한 건강 문제에 대한 해결책을 찾는 목표에서 영감을 받았습니다.

예를 들어, 과학자들은 짧은 우주 비행을 하는 승무원이라도 근육량과 골밀도가 최대 20% 감소할 수 있다는 것을 알고 있지만, 훨씬 더 긴 임무를 위해 우주에서 생활하는 것이 그들의 신체에 어떤 영향을 미칠 수 있는지에 대한 데이터는 많지 않다고 라이스는 말했습니다.

"우리 센서는 장거리 임무를 수행하는 우주비행사나 집에 있는 환자가 의료 전문가의 도움 없이 자신의 건강을 추적하는 데 사용할 수 있는 것입니다."라고 그녀는 말했습니다.

그러나 인체의 미세한 근육 변화를 정확하게 측정할 수 있는 웨어러블 장치를 만드는 것은 말처럼 쉽지 않습니다. Rice와 그녀의 공동 저자이자 오하이오 주립대 전기 및 컴퓨터 공학 교수인 Asimina Kiourti는 두 개의 코일(송신 및 수신 코일)과 독특한 지그재그 패턴으로 직물을 따라 움직이는 e-스레드로 만들어진 도체를 사용하여 작동하도록 장치를 설계했습니다.

최종 제품은 혈압 커프와 비슷하지만 원래는 센서 루프의 크기를 광범위하게 변경하여 환자 집단의 많은 부분에 적합할 수 있는 패턴을 찾는 것이 어려웠다고 라이스는 말했습니다.

“처음 센서를 제안했을 때 사람의 팔다리가 변한다는 사실을 깨닫기 전까지는 신축성 있는 소재가 필요하다는 사실을 깨닫지 못했습니다.”라고 그녀는 말했습니다. “우리는 변화하고 유연할 수 있는 센서가 필요하지만 등각적 특성도 필요합니다.”

몇 번의 시행착오 끝에 그들은 직선으로 재봉하면 소매의 신축성을 제한할 수 있지만 이를 증폭시키기 위해서는 지그재그 패턴이 이상적이라는 것을 발견했습니다. 이 동일한 새로운 패턴으로 인해 센서가 여러 신체 부위 또는 동일한 팔다리의 여러 위치에 걸쳐 확장될 수 있습니다.

웨어러블이 구현되려면 아직 수년이 걸리겠지만, 연구에서는 다음 번 큰 도약은 기기를 모바일 앱에 연결하는 것일 가능성이 가장 높다고 지적합니다. 모바일 앱은 건강 정보를 기록하고 의료 서비스 제공자에게 직접 전달하는 데 사용할 수 있습니다.

그리고 지구와 우주에서 미래 환자들의 삶을 개선하기 위해 Rice는 이 센서를 뼈 손실 감지 도구 등 건강 문제 감지 및 모니터링을 위한 다른 종류의 장치와 결합할 수 있기를 기대하고 있습니다.

Rice는 “미래에는 더 많은 센서와 더 많은 기능을 웨어러블에 통합하고 싶습니다.”라고 말했습니다. 이 작업은 NASA의 지원을 받았습니다.

자세한 내용은 Tatyana Woodall에게 문의하세요. 이 이메일 주소는 스팸봇으로부터 보호됩니다. 보려면 JavaScript를 활성화해야 합니다.