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역각 센서를 이용한 의료장비의 효율성 향상[미리안 브리핑]

[라포르시안]  의료 장비를 설계하는 엔지니어는 의사와 환자 모두에게 득이 되는 장비를 만드는 것이 그 목표이다. 얇고, 유연성 있는 역각 기술(force-sensing technology)은 장비의 질을 향상시키고, 궁극적으로 더 나은 방식의 치료법을 환자에게 제공한다. 이러한 장점들 때문에, 힘 반향(force feedback) 특성은 의료 장비 시장에서 더 중요한 기능이 되어가고 있다. 장비의 사용자에게 적절한 피드백(feedback)을 제공하는 장비는 짐작이나 추측에 의한 진단을 줄여준다. 이를 이용한 일관성 있는 치료를 통해 환자의 치료율을 크게 향상시킬 수 있다.

사용이 쉽고, 우수한 기능의 의료 장비는 이를 설계하는 엔지니어에게 실질적으로 가장 중요한 점이다. 힘을 측정하는 방법을 선택할 때, 엔지니어는 크기와 정확성, 생산 가격 등을 고려해야 한다. 더 작고, 가능한 덜 외과적인 의료 장비의 개발 동향 때문에 센서의 크기는 설계 과정에서 중요한 요소이다. 얇고 유연한 특성을 가진 압전저항(piezoresistive), 촉각 역각 센서(tactile force sensor)는 의료 장비 설계를 위해 이상적인 역각 감지(force sensing) 솔루션을 제공한다. 역각 센서는 크기가 작아서 집적(integration)하기 쉬울 뿐 아니라 간단한 전자회로만을 필요로 한다.

역각 센서(force sensor)는 다양한 의료 장비에 이용된다. 진단 및 치료, 수술을 위해 사용된다. 센서는 사용자와 장비 사이에 중요한 통신을 가능케 하여 더 효율적인 치료를 돕는다. 예를 들어 역각 센서는 외과 전문의에게 힘(force)을 측정, 전달하기 위한 수술용 집게(gripper)로 이용될 수 있다. 의료용 집게와 같은 작은 도구는 의사로 하여금 큰 도구로 근접하기 어려운 부분에 접근할 수 있도록 해준다.

더 작고, 경량의 장비는 수술을 최소화시킨다. 위에서 예로 든, 의료용 집게는 부드러운 피부 조직이나 정맥과 같이 몸에서 매우 민감하고, 손상되기 쉬운 부분을 잡을 때 사용할 수 있다. 집게에 집적된 역각 센서는 수술 부위에 가해진 압력을 주의 깊게 관찰하고, 필요에 따라 힘을 적절히 변경, 조절하도록 돕는다. 이러한 일련의 (사용자와 환자 사이의) 통신을 통해 더 성공적인 수술과 빠른 회복을 환자에게 전달하는 것이다.

환자를 진단하고, 치료할 때, 일관적인 치료법(consistency)은 의사들에게 가장 중요한 사항이다. 특별히 물리치료 영역에서 직접 손을 사용한 진단이 매우 중요하다. 그러나 의사가 직접 가한 힘은 그 변화가 크기 때문에 잠정적인 위험 요소가 있다. 환자에게 해를 끼치지 않고 적절한 피드백(feedback)을 얻기 위해 물리치료사에게 일정한 힘을 가하는 것은 매우 중요하다. 장비를 이용하여 정확하게 같은 위치와 같은 속도를 유지해서 일관성 있게 치료할 수 있고, 따라서 치료 시간은 짧지만, 치료 효과는 극대화할 수 있다.

최근 수년간, 연구원과 물리치료사가 공동으로 이러한 장비를 찾고 있었고, 설계 엔지니어는 작고, 얇은 역각 센서를 이용하여 사용자와 환자 사이에 직접 인가된 힘을 측정하는 장갑을 개발하였다. 장갑은 어떤 표면과 닿으면, 장갑 내의 센서는 신호를 전달하여 얼마만큼의 힘이 가해졌는지 계산하여 사용자에게 알려준다.

병원이 아닌 곳에서 매일 치료를 받아야 하는 환자들에게는 피드백을 받을 수 있으면서도, 작고 가벼운 의료 장비가 필요하다. 약물 투여 펌프와 같이 소위 도우미와 같은 이러한 장비는 더 나은 삶을 원하는 환자의 회복을 위해 중요한 부분이다. 진단 이후, 환자는 이러한 도우미 장비를 사용할 수 있다. 역시 작고, 가벼운 역각 센서는 이러한 기능의 의료 장비에 필요하다.

예를 들어 약물 투여 장치의 경우 집적된 역각 센서(force sensor)는 잠정적으로 생명에 위협이 되는 혈관의 막힘 등을 감지할 수 있다. 투여 펌프(delivery pump)는 매일 환자에게 꼭 필요한 약을 전달하고, 펌프 내에 혈관이 막히게 되면 펌프 내의 튜빙(tubing)을 팽창시켜 막힘을 방지하고, 사용자에게 이를 알리게 된다.

결론으로, 힘을 측정하기 위한 촉각 역각 센서를 의료 장비에 집적하는 것은 점차 산업 표준이 되고 있다. 이들 장비는 환자가 스스로 건강에 대한 지식을 얻고, 더 건강한 삶을 살도록 돕는 역할을 한다. 의사들은 그들의 진단 결과를 확실히 하기 위한 자료(data)를 찾아 환자의 빠른 회복을 도울 수 있다. 힘 피드백(force feedback) 기능에 기초한 의료 장비는 환자뿐 아니라 의사의 진료 경험에도 큰 도움이 되기 때문에 그 활용 가치가 매우 높다.

출처 http://goo.gl/dsmoFU


[알립니다] 이 기사는  한국과학기술정보연구원(KISTI)이 운영하는 미래기술정보 포털 미리안(http://mirian.kisti.re.kr)에 게재된 글을 전재한 것입니다. 본지는 KISTI와 미리안 홈페이지 내 GTB(Global Trends Briefing 글로벌동향브리핑) 컨텐츠 이용에 관한 계약을 맺었습니다.

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