"집에서 눕기만 하면 끝" KAIST, 침대형 심장 모니터링 시스템 개발

가정에서 옷을 입을 채 눕기만 하면 심장 상태를 확인할 수 있는 온디바이스((On-Device) 기술이 개발됐다. 온디바이스는 기기 자체에서 인공지능(AI) 연산을 직접 수행하는 기술을 의미한다. 이를 접목한 심장 모니터링은 앞으로 원격 의료와 연계해 가정에서도 일상적으로 심장 상태를 확인하는 것은 물론 수면·스트레스 분석 등 다양한 바이오 헬스케어 분야로 확장해 환자의 질병 예방 및 진단에 기여할 것으로 기대된다.

KAIST는 바이오 및 뇌 공학과 김철 교수 연구팀이 '침대형 심장 모니터링 온디바이스 시스템'을 개발했다고 19일 밝혔다.

(왼쪽부터) 김철 교수, 김민재 박사과정, 프렘라위 티라윗차양군 연구원. KAIST 제공

연구팀은 전자회로와 전극을 하나로 통합한 유연성 기판 센서를 제작해 정밀도를 높이고 온디바이스 신호처리로 신호-잡음 분리, 심장 박동 신호(R-피크) 검출, 심박 변이 분석을 실시간 수행할 수 있는 통합 시스템을 구현했다.

이 시스템은 병원을 방문해 웃옷을 올리거나 벗은 상태에서 피부에 직접 습식 전극을 부착해야 했던 기존 심장 모니터링 방식의 불편함을 해소한다.

무엇보다 장기적 모니터링과 일상적 기기 활용(심전도 확인 등)을 가능케 하고 비접촉 방식에서 흔히 나타나는 외부 잡음(기술적 한계) 문제를 해결할 수 있다는 점이 장점이다.

이를 위해 연구팀은 침대형 심장 모니터링 온디바이스 시스템에 외부 잡음을 차단(능동 차폐)하고 인체의 미세한 전류 변화를 안정적으로 잡아낼 회로(오른 다리 구동회로)를 적용했다.

또 심장 박동 신호에서 중요한 부분만 뽑아내는 수학적 변환 기법(웨이블릿 변환)과 심장의 전기적 박동 순간(R-peak, 심전도 파형 중 가장 뾰족하게 솟은 부분)을 정확하게 짚어내는 계산법(피크 검출 알고리즘)을 온디바이스 신호처리 기법으로 구현해 신호를 정밀하게 실시간 분석할 수 있게 했다.

비접촉식 침대형 심장 모니터링 온디바이스 시스템의 전체 구조도. KAIST 제공

이를 통해 사용자는 옷을 입은 채 등을 대고 눕기만 하면 정확한 심전도 신호 결과 값을 얻을 수 있게 됐다고 연구팀은 소개했다.

이번 연구는 병원 뿐 아니라 가정에서도 손쉽게 활용할 수 있어 만성 심혈관 질환 관리와 고령자 건강 지원에 새로운 가능성을 제시한다.

김 교수는 "연구팀이 개발한 시스템은 잡음 환경에서도 실시간 신호를 추출할 수 있어 일상에서 심장 건강을 손쉽게 확인할 수 있는 장점을 가졌다"며 "앞으로 이 기술에 다양한 생체 신호 측정 기능을 추가하면 수면 건강관리의 초석을 마련할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 기초연구실 및 바이오의료기술개발사업과 카이스트-세라젬 미래헬스케어 연구센터의 지원을 받아 수행됐다.

연구에는 바이오 및 뇌 공학과 김민재 박사과정과 프렘라위 티라윗차양군(Premravee Teeravichayangoon) 연구원이 공동 제1 저자로 참여했다. 연구 결과(논문)는 최근 국제 학술지 '바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors and Bioelectronics)' 온라인판에도 게재됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr