DGIST와의 공동연구를 통해 '유연 스트레인 센서 기반 실시간 가상 방광(Virtual Bladder) 모니터링 기술' 개발

연구팀이 대구경북과학기술원(DGIST) 이상훈 교수 연구팀과의 융합 공동연구를 통해, 신축성 유연 스트레인 센서를 활용하여 방광 부피 변화를 실시간으로 정밀 추적하고 3차원으로 시각화하는 디지털 트윈 기반 ‘가상 방광(Virtual Bladder)’ 모니터링 기술을 개발하였습니다. 신경인성 방광 및 저활동성 방광(UAB) 환자들은 체내 감각 저하로 인해 소변 배출 시점을 스스로 인지하기 어려워 요로 감염이나 신장 손상 등 심각한 합병증을 겪는 경우가 많으나, 기존의 초음파나 삽입형 카테터 방식은 지속적인 실시간 모니터링이 어렵거나 감염 위험이 높다는 한계가 있었습니다.

이를 해결하기 위해 공동연구팀은 방광의 유연한 조직 특성에 적합한 에코플렉스(Ecoflex) 소재와 금 코팅 탄소나노튜브(AuCNT)를 결합하여 고민감도 스트레인 센서를 제작하고, 방광 벽의 비등방성(Anisotropic) 팽창을 다각도에서 포착할 수 있는 3채널 구조의 센서 레이아웃을 구축하였습니다. 연구팀은 센서 각 채널에서 획득한 기계적 변형률 신호를 바탕으로 방광의 체적 변화를 추정하고, 이를 기반으로 실시간 체적 변화를 정밀하게 재구성하는 가상 방광 3D 기하학 모델링 알고리즘을 구현하였습니다. 실제 돼지 방광을 이용한 체외(Ex-vivo) 실험에서 제안된 시스템은 최대 600mL 팽창 환경에서도 평균 6.27%의 낮은 체적 오차율을 기록하며 방광의 팽창 거동을 매우 정확하게 추적해 냈습니다.

이번 연구 성과는 향후 방광 기능 장애 환자를 위한 폐루프 신경변조 치료 기기 및 환자 맞춤형 디지털 트윈 진단 시스템을 구축하는 데 핵심적인 교두보가 될 것으로 평가받습니다. 연구팀은 "첨단 유연 나노 복합재 센싱 기술과 3D 디지털 트윈 모델링 기술이 결합하여 실제 장기의 역동적인 거동을 디지털 공간에 신뢰성 있게 구현한 성과"라며, "앞으로도 DGIST 및 임상 연구진과의 지속적인 다학제 협력을 통해 장기 생체 적합성 및 안정성을 높이고 자율 적응형 배뇨 치료 솔루션으로 발전시켜 나갈 계획"이라고 밝혔습니다.