(The magnetoelastic sensor encapsulated in the 3D printed polymer structure. The inset shows the standalone sensor on a penny for scale. Credit: Microsystems & Nanoengineering (2024). DOI: 10.1038/s41378-024-00772-8)
인체에 막힌 곳을 뚫어주는 스텐트 (stent)는 의료용으로 널리 쓰이는 도구 중 하나입니다. 대표적으로 담도가 막힌 곳을 뚫린 상태로 유지하는 담도 스텐트가 있습니다. 담즙에서 생긴 찌꺼기와 세균 덩어리, 그리고 돌이 담도를 막으면 처음에는 황달이 생기다가 결국 염증이 생겨 심각한 상황으로 진행할 수 있습니다. 따라서 스텐트를 삽입해 막힌 곳을 뚫힌 상태로 유지해주는 시술이 필요합니다.
문제는 스텐트 역시 같은 이유로 다시 막힐 수 있다는 것입니다. 이 경우 스텐트를 교체하거나 다시 열여주는 시술이 필요합니다. 만약 이 시기를 놓치면 심각한 담도 감염과 황달로 생명이 위험해질 수 있습니다. 하지만 밖에서 봤을 때 막혔는지 알 수 있는 방법이 없어 결국 피검사나 발열 같은 증상이 있어야 막힘 여부를 판단하고 시술을 진행할 수 있습니다.
미시간 대학 소화기 내과의 리처드 권 교수 (Richard Kwon, a clinical professor of internal medicine and gastroenterology at the U-M Medical School)가 이끄는 연구팀은 배터리 없이 소형 센서를 이용해 막힘을 빠르게 진단할 수 있는 방법을 개발했습니다.
연구팀이 만든 담도 스텐트는 8mm 길이에 1mm 정도 지름을 지닌 것으로 3D 프린터로 출력한 폴리머 재질의 스텐트입니다. 여기에는 아주 작은 크기의 자성 탄성 센서 (magnetoelastic sensor)가 장착되어 있어 외부 자기장에 반응해 특정 주파수로 진동합니다. 환자 체내에 삽입한 후 벨트 모양의 장치를 배에 착용하면 자기장을 이용해 진동 주파수를 확인하는데, 이 때 스텐트 내부에 이물질이 끼어 있으면 진동 속도가 느려져 주파수도 낮아지게 되는 것을 이용합니다.
이 방식은 원리가 간단해 쉽게 제조가 가능하고 배터리나 다른 복잡한 전자 회로를 넣을 필요가 없어 소형화에도 유리합니다. 다만 정확도를 확보하는 것이 관건입니다. 연구팀은 17cm 거리에서도 물과 조직을 뛰어넘어 신호 대 잡음비를 크게 줄여 정확도를 어느 정도 확보했으나 앞으로 갈길이 먼 상태입니다. 과연 실제로 임상에서 사용할 수 있을 정도로 정확한 자성 탄성 센서를 만들 수 있을지 주목됩니다.
참고
https://medicalxpress.com/news/2024-10-battery-free-wireless-stent-sensor.html
Ramprasad M. Nambisan et al, A microsystem for in vivo wireless monitoring of plastic biliary stents using magnetoelastic sensors, Microsystems & Nanoengineering (2024). DOI: 10.1038/s41378-024-00772-8
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