전 세계적으로 신경근 장애는 질병과 장애의 주요 원인입니다. 현장에서-근육 조직 구조와 기능을 실시간으로 모니터링하는 것은 신경근 질환의 진단과 재활을 위한 중요한 도구입니다. 그러나 기존의 웨어러블 모니터링 시스템은 이러한 목표를 달성하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 기존의 견고한 초음파 장치는 프로브를 피부에 고정하기 위해 외부 힘이 필요합니다. 이는 내장 영상을 최소화하는 반면 근육 변형을 일으키고 동적 근육 운동 중에 경험하는 최대 40% 변형에 적응하는 데 어려움을 겪어 질병의 원인과 경과를 평가하는 데 어려움을 겪습니다.
최근 중국과학원(CAS) 산하 SIAT(심천첨단기술연구소) 연구원 Liu Zhiyuan, Ma Teng, Tian Qiong은 Donghua University의 Yan Wei 교수와 공동으로 동적 신경근 시스템의 이중{0}}구조 및 기능 모니터링을 위한 유연한 패치를 개발하여 이 문제에 대한 혁신적인 솔루션을 제공했습니다. 그 중 마텡(Ma Teng) 연구원은 유연한 초음파 패치와 다기능 영상기술 연구에 집중했고, 류즈위안(Liu Zhiyuan) 연구원은 신축성 전극의 인터페이스 소재와 장치 구조 연구개발에 전념했다. 관련 결과는 '통합 다중 모드 웨어러블 패치를 통한 동적 신경근 시스템의 In situ 구조적-기능적 동기 해부'라는 제목으로 'Science Advances'에 게재되었습니다.
구조 및 기능 정보 동시 모니터링을 위한 웨어러블 센서 패치
본 연구에서 개발된 웨어러블 구조인 WSFP(Functional Dual{0}}Modal Sensing Patch)는 유연한 초음파 이미징 어레이와 부드럽고 신축성이 있는 전극을 통합하고 혁신적인 변형 가능한 버퍼 레이어를 갖추고 있습니다. 이는 근육 구조의 충실도가 높은 영상을-가능하게 할 뿐만 아니라 동적 근육 전기생리학적(EMG) 신호를 동시에 캡처하여 생리학적 구조와 기능에 대한 이중-모달 모니터링을 실제로 달성합니다. 최대 72시간의 착용 시간과 최대 37.5%의 동적 피부 변형으로 뛰어난 성능을 발휘합니다.
임상 적용: 어린이의 선천성 근육 사경(CMT) 진단 보조
어린이의 선천성 사경(CMT)은 발달 중 흉쇄유돌근(SCM)의 구조적 및 기능적 변화를 특징으로 하며, 이는 어린이의 자세, 목 기능 및 삶의 질에 지속적이고 평생 동안 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 질병이 진행됨에 따라 영향을 받은 근육은 굽힘, 가장자리 흐려짐, 섬유증 및 운동 중 두꺼워짐을 나타내며 EMG 지형에서는 낮고 비대칭적인 근육 활성화가 나타납니다. 기존의 단일{2}}모달 모니터링과 비교하여 WSFP 이중 모드 데이터는 동작 인식 및 질병 검사에서 90% 이상의 분류 정확도를 가지며, CMT의 병리학적 메커니즘을 진단하고 이해하기 위한 이중 모드 신호를 동기식으로 획득하는 효과를 검증합니다. 근육섬유화증의 조기 발견에 활용될 수 있을 것으로 기대되며, 해당 질환의 임상진단 및 재활에 새로운 방향을 제시할 것으로 기대된다.
애플리케이션 확장: 이중-양식에서 다중{1}}양식으로
WSFP는 운동선수의 근육 훈련을 모니터링하고 신경퇴행성 질환(예: ALS 및 뇌졸중 후 근육 기능 장애)의 동적 구조 영상 평가에 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 더욱이, 생체의학 초음파의 기계역학적 효과는 약물 침투를 가속화하고 근육 자극을 활성화하며 비침습적 표적 약물 전달을 가능하게 할 가능성이 있습니다.{2}} 광학 이미징, 생체역학적 신호 및 기타 감지 기술의 향후 통합은 임상의에게 보다 풍부한 진단 정보를 제공할 것입니다.
협력과 미래 전망
SIAT(Shenzhen Institute of Advanced Technology)에서 개발한 유연한 초음파 및 전기생리학적 감지 패치는 근육 구조와 기능의 이중{0}}동시 획득을 달성했습니다. 그러나 근전도검사와 초음파 장비는 현재 독립적이고 부피가 크다. 앞으로 연구소는 하드웨어 최적화와 특화된 칩 개발을 통해 장비의 소형화 및 통합을 촉진하기 위해 여러 당사자와 협력할 계획이다. 연구소는 또한 패치를 업그레이드하여 다중 모드 에너지 기능을 통합하여 통합 진단 및 치료 제품을 개발하고, 웨어러블 초음파-제어 세포 치료와 같은 최첨단 응용 분야를 탐색하고, 이 기술을 실험실에서 진료소로 발전시켜 진단 및 치료의 효율성과 정확성을 향상시키고 의료 기술 발전에 기여할 것입니다.