판막 운동 혈류 속도까지 의료 시뮬레이터의 새 표준

국내 연구진이 신생아의 빠른 심장 박동과 심근경색으로 인한 급격한 혈압 변화를 재현할 수 있는 첨단 심혈관 시뮬레이터를 개발했다.

특히, 이는 심장의 판막 구조를 정교하게 구현해 심혈관 질환 연구에 상당한 기여를 할 것으로 기대된다.

한국연구재단에 따르면, 경희대학교 박윤석 교수 연구팀은 인간 대동맥 판막 구조를 모사한 생체모사형 소프트 심장 밸브를 개발했다.

이를 기반으로 자기장을 정밀하게 제어하여 복잡한 맥압 파형을 구현할 수 있는 고정밀 심혈관 시뮬레이터 개발에 성공했다고 밝혔다.

심혈관 질환은 전 세계적으로 가장 높은 사망률을 기록하는 질병으로, 효과적인 조기 진단과 치료법 개발을 위해 생리학적 이해가 필수적이다.

그러나 기존의 심혈관 시뮬레이터는 대개 기계식 밸브나 유압 펌프를 활용해 크기가 크고 정밀도가 낮다는 한계가 있었다.

연구진은 대동맥 판막의 구조적 특징에서 영감을 받아 자체 개발한 소프트 자성 밸브와 자성 심장판막을 이용해 새로운 심혈관 시뮬레이터를 설계했다.

대동맥 판막은 3개의 판막엽으로 구성되어 수축 및 이완 주기에 따라 혈액의 단방향 흐름을 조절하는 기능을 한다.

연구팀은 이러한 3엽 구조를 재현한 자성 심장판막과 소프트 자성 밸브가 외부 자기장의 세기와 방향에 맞춰 자연스럽게 개폐되도록 구현했다.

이 기술은 유연성과 복원력이 뛰어난 탄성 고분자에 강력한 자성을 가진 네오디뮴 자기 입자를 혼합하여 제작되었다.

새롭게 개발된 시스템은 인공혈관 실험에서 미세한 자기장 변화만으로도 빠르고 정확하게 밸브 동작을 수행했으며

응답 시간은 최대 150밀리초로 기존 유연 밸브보다 월등히 빠른 전환 성능을 보여줬다.

유아부터 성인까지 다양한 연령대의 혈압 파형을 1mmHg 이내 오차로 정밀하게 재현할 수 있었다.

한국연구재단에 따르면, 경희대학교 박윤석 교수 연구팀은 인간 대동맥 판막 구조를 모사한 생체모사형 소프트 심장 밸브를 개발했다.

이를 기반으로 자기장을 정밀하게 제어하여 복잡한 맥압 파형을 구현할 수 있는 고정밀 심혈관 시뮬레이터 개발에 성공했다고 밝혔다.

심혈관 질환은 전 세계적으로 가장 높은 사망률을 기록하는 질병으로, 효과적인 조기 진단과 치료법 개발을 위해 생리학적 이해가 필수적이다.

그러나 기존의 심혈관 시뮬레이터는 대개 기계식 밸브나 유압 펌프를 활용해 크기가 크고 정밀도가 낮다는 한계가 있었다.

대동맥 판막은 3개의 판막엽으로 구성되어 수축 및 이완 주기에 따라 혈액의 단방향 흐름을 조절하는 기능을 한다.

박윤석 교수는 이번 연구로 개발된 심혈관 시뮬레이터에 대해 “자기장을 활용해 유체 흐름과 압력을 실시간으로 제어할 수 있는 기술로

비정상적인 맥압 파형도 섬세하게 모사 가능하다”고 설명하며, “이 기술이 생체모사 시스템

의료용 시뮬레이터, 나아가 휴머노이드 로봇 심장 개발로도 확장될 것을 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구 성과는 재료과학 분야 권위 있는 국제 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈

(Advanced Materials)’에 지난 4월 23일 게재됐으며, 저널 속 뒷표지 논문으로도 선정되는 영예를 안았다.