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혈압 측정용 커프(팔에 감는 밴드) 없이도 초음파를 활용해 혈압을 연속으로 측정할 수 있는 비침습 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국기계연구원 AI로봇연구소 바이오기계연구실 허신 책임연구원 연구팀은 한국과학기술연구원 바이오닉스연구센터 이병철 박사팀과 공동으로, 저온 솔더 공정을 적용한 피부 부착형 초음파 기반 비침습 혈압센서를 세계 최초로 개발했다고 8일 밝혔다.

이번에 개발된 센서는 기존처럼 팔을 압박하는 커프 방식이 아니라, 초음파를 이용해 혈관 직경의 변화를 실시간으로 감지하는 방식이다. 심장이 수축·이완할 때 혈관 직경이 미세하게 변하는 원리를 활용해, 혈압을 연속적으로 계산할 수 있다.

연구팀의 핵심 성과는 고성능 압전 소재인 PMN-PT 단결정을 손상 없이 유연 기판에 집적한 데 있다. PMN-PT는 매우 높은 압전 특성을 지닌 소재지만, 기존 고온 공정에서는 성능 저하 문제가 있었다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 150℃ 이하의 저온에서 접합이 가능한 '듀얼 사이드 SnBi(주석-비스무트) 솔더링 기술'을 적용, 압전 특성 손실 없이 안정적인 집적에 성공했다.

이 기술을 바탕으로 연구팀은 5×4 배열 구조의 초음파 트랜스듀서 어레이(UTA)를 설계·제작했다. 센서에서 발생한 초음파는 피부를 투과해 혈관 벽에 반사되고, 이 신호를 분석해 혈관 직경 변화를 정밀하게 측정한다. 이를 통해 수축기와 이완기 혈압을 실시간으로 계산할 수 있다.

또 유연한 폴리이미드(PI) 기판과 파릴렌C 봉지층을 적용해 인체 피부에 안정적으로 밀착되도록 설계했다. 센서의 전체 두께는 0.5mm 이하, 무게는 1g 미만으로, 장시간 착용에도 부담이 적다.

기존 광학식 커프리스 혈압 측정 기술은 피부색, 움직임, 조명 등 외부 환경의 영향을 받기 쉽고, 피부 표면 가까운 혈관만 측정할 수 있다는 한계가 있었다. 반면 이번 초음파 기반 기술은 피부 깊숙한 혈관의 실제 직경 변화를 직접 측정할 수 있어 정확도가 높다. 아울러 기존 초음파 센서에 사용되던 딱딱한 PZT 소재 대신, 유연한 PMN-PT 1-3 복합 구조를 적용해 착용성을 크게 개선했다.

연구팀은 인공피부 기반 혈관 모사체 실험을 통해 성능을 검증했다. 그 결과 수축기 혈압은 ±4mmHg, 이완기 혈압은 ±2.3mmHg 이내의 오차를 보여, 임상 허용 기준인 AAMI(±5mmHg)를 충족했다. 비침습 초음파 혈압센서 가운데 세계 최고 수준의 정확도라는 평가다.

허신 한국기계연구원 책임연구원은 "이번 연구는 인체 부착형 초음파 센서를 통해 커프 없이도 연속 혈압 측정이 가능하다는 점을 세계 최초로 입증한 사례"라며 "향후 AI 기반 혈압 분석 기술과 결합해 개인 맞춤형 심혈관 질환 예측과 스마트 헬스케어 플랫폼의 핵심 기술로 발전시킬 계획"이라고 말했다

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