대부분 사람은 이부프로펜을 복용해 두통을 쉽게 치료할 수 있지만, 션트(shunt, 수술 시 혈액이나 체액이 흐를 수 있도록 체내에 끼워 넣은 작은 관) 기능불량 때문에 두통을 호소하는 사람들도 있다. 뇌수종 환자들은 과잉 체액을 제거하기 위해 두뇌 속에 션트가 이식된 상태이지만, 이 장치가 정상적으로 작동하고 있는지 장담할 수는 없다. 이에 한 연구팀이 이런 환자들을 위한 실시간 모니터 기능이 있는 피부 센서를 개발했다.

환자들은 노스웨스턴대학이 개발한 이 장치를 사용해 션트 기능을 추적하는 것이 가능해졌으며 그 결과 생명을 구할 수 있게 됐다.

뇌수종 관리 션트용 피부 센서

뇌수종협회(Hydrocephalus Association)에 따르면, 션트 시스템은 뇌수종 환자 대부분에게 사용하는 일반적인 관리법이다. 이 시스템은 뇌척수액의 흐름을 신체의 다른 부위로 전환할 수 있도록 두뇌 속에 탄력적인 션트를 이식하는 것으로 뇌실 속의 뇌척수액의 양을 조절한다.

하지만 션트 시스템은 모니터 장치가 포함되지 않아 션트가 정상적으로 기능하는지 탐지하는 것이 어렵다. 따라서 노스웨스턴대학의 연구팀이 피부 센서 형태의 모니터링 장치 개발을 결정한 것이다.

이 장치는 환자의 걱정은 덜고 션트 기능에 대한 정보는 늘려 장래 병원비 부담을 줄일 수 있다. "이 장치는 휴대폰에 말하는 밴드 에이드처럼 생겼다"고 이번 연구의 공동 저자인 존 로저스 교수는 말했다.

피부 센서는 어떻게 작용하는가?

피부 센서는 밴드 에이드처럼 생겼으며 특정 수준의 탄성을 보여준다고 로저스 교수는 말했다. 연구팀은 이 장치에 센서에 전원을 공급할 수 있는 미세한 충전 가능 배터리를 설치했다. 그리고 블루투스 연결이 되는 소프트웨어를 내장해 전용 안드로이드 애플리케이션이 있는 스마트폰으로 모니터 내용을 전송할 수 있게 만들었다.

션트의 기능을 수집하기 위해 센서는 열전달 측정법을 사용했다. 이 측정법은 피부 체온을 높이기 위해 소량의 열원을 활용했다. 피부 온도가 특정점까지 오르면 센서는 필요한 데이터를 제공하기 위해 열 시그니처의 특징을 계산한다.

센서가 활성화되어 피부 온도를 높이면 열 시그니처를 판독해 뇌척수액의 흐름을 점검한다. 센서는 열 시그니처 특징을 통해 션트의 작동 여부를 추적할 수 있게 된다.

연구팀은 사람을 대상으로 한 임상시험을 실시하기 전에 실험실에서 장치를 테스트했다. 전체 뇌척수액 모니터 시스템을 구축하기 위해 여러 가지 3D 시뮬레이션 도구와 이론 분석을 결합했다. 연구 결과 뇌척수액 흐름의 역동성을 실시간으로 확인할 수 있었다.

환자를 대상으로 한 소규모 임상시험

실험실에서 이 장치의 성능, 안전성 및 안정성을 확인한 후, 션트를 이식한 뇌수종 환자 5명을 대상으로 소규모 임상시험을 실시했다. 연구팀은 피부 센서를 통해 체내에서 뇌척수액의 흐름을 이해할 수 있게 됐다. 그리고 센서는 환자의 두통 여부와 션트의 작동 상태를 탐지할 수 있다. 션트에 문제가 생긴 경우, 환자는 이를 인지하고 문제를 해결하기 위해 병원을 찾으면 된다.

그 외에 센서는 하루 동안 션트의 기능을 추적하는 데에도 사용할 수 있다. 환자는 장치가 수집한 데이터를 통해 안심하고 연구자들은 뇌척수액의 흐름을 더욱 제대로 이해할 수 있는 것이다.

"환자가 대기실에서 의사를 기다리는 동안 이 센서를 착용하고 5분 후 간호사가 측정 내용을 받으러 올 수 있도록 구상했다"고 이번 연구의 공동 저자인 시드하트 크리쉬난 박사는 말했다.

피부 센서는 션트를 이식한 환자의 목에 부착할 수 있으며, 10년 동안 션트의 결함 상태를 100% 추적할 수 있다. 미국에서만 수백만 명의 사람들이 뇌수종으로 인해 션트를 이식한 상태이지만, 션트가 제대로 작용하고 있는지 알 수 있는 방법이 없다. 이 장치가 임상 환경에서 승인을 받는 경우 수백만 명의 뇌수종 환자들의 삶을 도울 수 있을 것으로 보인다.

[메디컬리포트=김효은 기자]