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수술 후 수술 상처를 모니터링하는 것은 감염, 상처 분리 및 기타 합병증을 예방하는 데 중요한 단계입니다.

그러나 수술 부위가 신체 깊숙이 있는 경우 모니터링은 일반적으로 임상적 관찰이나 값비싼 방사선 검사로 제한되며, 이로 인해 생명에 위협이 되기 전에 합병증을 발견하지 못하는 경우가 많습니다.

단단한 생체 전자 센서를 신체에 이식하여 지속적인 모니터링을 실시할 수 있지만, 민감한 상처 조직에는 잘 통합되지 않을 수 있습니다.

상처 합병증이 발생하자마자 이를 감지하기 위해 NUS 전기 및 컴퓨터 공학과와 NUS 건강 혁신 기술 연구소의 존 호 조교수가 이끄는 연구팀은 배터리가 필요 없고 깊은 수술 부위에서 정보를 무선으로 감지하고 전송할 수 있는 스마트 봉합사를 발명했습니다.

이러한 스마트 봉합사는 상처의 무결성, 위 누출 및 조직의 미세 운동을 모니터링할 수 있는 작은 전자 센서를 통합하여 의료용 봉합사와 동등한 치유 결과를 제공합니다.

이 연구의 획기적인 발전은 과학 저널에 처음 게재되었습니다.네이처 바이오메디컬 엔지니어링2021년 10월 15일.

스마트 봉합사는 어떻게 작동하나요?

NUS 팀의 발명품에는 세 가지 핵심 구성 요소가 있습니다. 전도성 폴리머로 코팅되어 반응할 수 있는 의료용 실크 봉합사무선 신호; 배터리가 필요 없는 전자 센서; 그리고 신체 외부에서 봉합사를 작동시키는 데 사용되는 무선 판독기.

이러한 스마트 봉합사의 장점 중 하나는 표준 수술 절차를 최소한으로 수정하여 사용할 수 있다는 것입니다. 상처를 봉합하는 동안 봉합사의 절연 부분이 전자 모듈을 통과하고 전기 접점에 의료용 실리콘을 도포하여 고정됩니다.

그러면 전체 수술 봉합사는 다음과 같이 기능합니다.무선 주파수 식별(RFID) 태그는 외부 판독기가 읽을 수 있으며, 스마트 봉합사로 신호를 전송하고 반사된 신호를 감지합니다. 반사된 신호의 주파수 변화는 상처 부위에 수술 합병증이 발생할 가능성을 나타냅니다.

스마트 봉합사는 관련된 스티치의 길이에 따라 최대 50mm 깊이까지 읽을 수 있으며, 봉합사의 전도도나 무선 판독기의 감도를 높이면 깊이를 더 늘릴 수도 있습니다.

기존의 봉합사, 클립, 스테이플과 마찬가지로 스마트 봉합사는 합병증 위험이 지나면 최소 침습 수술이나 내시경 시술을 통해 수술 후 제거할 수 있습니다.

상처 합병증의 조기 발견

연구팀은 위 누출이나 감염 등 다양한 합병증을 감지하기 위해 센서를 다양한 유형의 폴리머 젤로 코팅했습니다.

스마트 봉합사는 예를 들어 열개(상처 분리) 시 봉합사가 끊어지거나 풀렸는지 감지할 수 있습니다. 봉합사가 끊어지면 외부 판독기는 스마트 봉합사가 형성하는 안테나 길이가 줄어들어 신호가 약해진 것을 감지하여 담당 의사에게 조치를 취하도록 알립니다.

좋은 치유 결과, 임상 사용에 안전함

연구팀은 실험을 통해 스마트 봉합사와 변형되지 않은 의료용 실크 봉합사로 봉합한 상처 모두 큰 차이 없이 자연적으로 치유되었으며, 스마트 봉합사는 무선 감지라는 추가적인 이점을 제공한다는 것을 보여주었습니다.

연구팀은 폴리머 코팅 봉합사를 테스트하여 그 강도와 신체에 대한 생물독성이 일반 봉합사와 다를 바 없음을 발견했으며, 또한 시스템을 작동하는 데 필요한 전력 수준이 인체에 안전한지 확인했습니다.

호 조교수는 "현재 수술 후 합병증은 환자가 통증, 발열, 심박수 증가와 같은 전신 증상을 경험할 때까지 발견되지 않는 경우가 많습니다. 이러한 스마트 봉합사는 합병증이 생명을 위협하기 전에 의사가 개입할 수 있도록 조기 경보 도구로 활용될 수 있으며, 이는 재수술률 감소, 빠른 회복, 그리고 환자 예후 개선으로 이어질 수 있습니다."라고 말했습니다.

추가 개발

앞으로 연구팀은 현재 스마트 봉합사의 무선 판독에 사용되는 장비를 대체할 휴대용 무선 판독기를 개발하여 임상 환경 밖에서도 합병증을 감시할 수 있도록 할 계획입니다. 이를 통해 환자들은 수술 후 조기에 퇴원할 수 있게 될 것입니다.

연구팀은 현재 외과의 및 의료기기 제조업체와 협력하여 위장관 수술 후 상처 출혈과 누출을 감지하는 봉합사를 개발하고 있습니다. 또한, 봉합사의 수술 깊이를 늘려 더 깊은 곳의 장기와 조직까지 모니터링할 수 있도록 하는 방안도 모색하고 있습니다.

제공자싱가포르 국립대학교