초음파 장치를 사용하여 환자의 장기와 심부 조직을 모니터링

세인트루이스에 있는 노스웨스턴 대학교와 워싱턴 대학교 의과대학의 연구원들은 임상의가 간단한 초음파 장치를 사용하여 환자의 장기와 심부 조직을 모니터링할 수 있는 획기적인 스티커를 개발했다. 이 최초의 스티커는 실시간으로 건강 변화를 감지하여 잠재적으로 수술 후 관리에 혁명을 일으킬 수 있다.

장기에 부착하면 부드럽고 작은 스티커가 신체의 pH 수치 변동에 따라 모양이 변하여 문합 누출과 같은 합병증에 대한 조기 경고 시스템 역할을 한다. 이러한 누출은 위장관이 소화계를 빠져나갈 때 발생하여 생명을 위협하는 위험을 초래한다. 현재 이러한 누출을 감지할 수 있는 신뢰할 수 있는 비침습적 방법은 없다.

이 혁신적인 스티커는 높은 민감도와 특이성으로 유체 누출을 드러내도록 설계되어 조기 개입이 가능하다. 환자가 완전히 회복되면 생체 적합성 및 생체 흡수성 스티커가 자연적으로 용해되어 외과적 제거가 필요하지 않다.

사이언스(Science) 저널에 발표된 이 연구는 크고 작은 동물 모델에 대한 평가를 자세히 설명한다. 연구원들은 하이드로겔 소재로 만든 세 가지 유형의 스티커를 검증했으며, 각 스티커는 위, 소장 및 췌장에서 누출을 감지하도록 맞춤화되었다.

"이러한 누출은 종종 외과 절개의 두 측면 사이에 눈에 띄지 않는 틈으로 조직의 미묘한 천공으로 인해 발생할 수 있습니다"라고 박사 후 연구원 Jiaqi Liu와 함께 장치 개발을 주도한 Northwestern University의 John A. Rogers는 말했다. "이러한 결함은 현재의 초음파, CT 및 MRI 스캔으로는 감지할 수 없습니다. 우리는 환자 모니터링에서 이러한 충족되지 않은 요구를 해결하기 위해 엔지니어링 접근 방식과 고급 재료를 개발했습니다. 이 기술은 위험을 제거하고, 비용을 절감하며, 신속한 비침습적 평가에 대한 접근성을 확대하여 환자 결과를 개선할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다."

Rogers의 팀은 초음파 영상으로 읽을 수 있도록 센서 장치를 설계했다. 그들은 유연하고 화학적으로 반응하는 하이드로겔과 종이처럼 얇은 작은 금속 디스크로 작은 티슈 접착 스티커를 만들었다. 스티커가 위산과 같은 산성 액체를 만나면 부풀어 오릅니다. 췌장액과 같은 부식성 액체가 있으면 수축한다. 이러한 변화로 인해 금속 디스크가 움직이며 초음파로 감지할 수 있다.

스티커는 크기가 다양하여 가장 큰 것은 직경이 12mm이고 가장 작은 것은 4mm에 불과하다. 연구팀은 금속 디스크가 1mm 이하라는 점을 고려하여 이미지를 자동으로 분석하고 디스크 움직임을 정확하게 감지하는 소프트웨어를 개발했다.

"현재 이러한 종류의 누출을 감지할 수 있는 신뢰할 수 있는 방법이 없습니다"라고 신경외과 조교수인 공동 연구자인 Matthew MacEwan 박사와 함께 임상 평가 및 동물 연구를 주도한 위장 외과 의사 Chet Hammill 박사는 말했다. "대부분의 복부 수술은 누출의 위험이 있습니다. 이러한 합병증을 완전히 예방할 수는 없지만 조기 발견을 통해 피해를 최소화할 수 있습니다. 이 기술은 수술 후 환자를 모니터링하는 방법을 변화시켜 잠재적으로 24-48시간 전에 누출을 포착할 수 있습니다."

Rogers와 Hammill은 이 장치가 작고 유연한 특성으로 인해 수술이 끝날 때 이식하거나 주사기를 통해 신체에 주입할 수 있을 것으로 예상한다.

"이 프로토타입은 수술 후 모니터링을 변화시킬 수 있습니다"라고 Hammill은 말했다. "제 역할을 한 후 사라지기 때문에 환자의 회복 시간과 삶의 질에 상당한 영향을 미칩니다."

다음으로, 연구팀은 내부 출혈이나 온도 변화를 감지할 수 있는 유사한 태그를 탐색할 계획이다. "pH 변화를 감지하는 것은 좋은 출발점입니다"라고 Rogers는 말했다. "그러나 이 플랫폼은 다양한 화학적 변화나 온도 또는 기타 임상적으로 관련된 특성에 반응하는 하이드로겔을 사용하여 다른 응용 분야로 확장할 수 있습니다."  제조사 Impact Lab