광주과학기술원(GIST)은 전기전자컴퓨터공학과 임춘택 교수 연구팀이 오션스바이오㈜와 공동으로 인체 이식형 의료기기에 적용할 수 있는 저전력 블루투스(BLE) 기반의 동적 빔포밍 안테나 시스템을 개발했다고 20일 밝혔다.
BLE를 인체이식형 전자약에 적용한 것은 국내 최초로, 산업·가전 분야에서 널리 사용되며 안정성이 검증된 BLE 기술을 의료기기 분야로 확장했다는 점에서 의미가 크다.
이번 기술은 이식형 미주신경자극기(Vagus Nerve Stimulation, VNS)에 적용 가능한 소형 위상배열 안테나(Phased Array Antenna, PAA) 기반으로, BLE 통신 모듈과 디지털 위상 제어 기술을 결합해 실시간 무선 신경 자극이 가능하도록 설계됐다.
VNS는 간질, 우울증 등 난치성 신경질환의 치료에 활용되는 대표적인 이식형 전자약이지만, 기존 제품은 환자의 자세나 위치 변화로 무선통신이 자주 끊기는 문제가 있었다.
연구팀은 이 문제의 원인이 환자의 움직임에 따라 체내 안테나와 병실 내 송신기 간 정렬이 어긋나면서 발생한다는 점에 주목했다.
환자가 움직이면 두 장치 간 방향이 달라져 체내 수신 전력이 급격히 감소하고, 이로 인해 무선통신이 불안정해지며 실시간 신경자극 조절이 어려워지는 것이다.
통상적으로 수신 전력 저하는 송신 전력을 높여 보완할 수 있지만, 인체 내부 통신은 전자파에 대한 안전 규제가 엄격해 임의로 송신 전력을 높일 수 없다.
이를 해결하기 위해 연구팀은 2.45GHz BLE 주파수 대역에서 디지털 빔 조향이 가능한 위상배열 안테나를 개발했다.
이를 통해 실시간 양방향 통신은 물론, 환자의 움직임에 따라 빔 조향과 세기를 자동으로 조절할 수 있게 됐다.
BLE 모듈과 연동된 마이크로프로세서가 환자의 움직임에 따라 자동으로 빔의 방향과 세기를 조절하는 '동적 빔포밍' 기술을 구현해, 언제 어디서든 일정한 수신 감도를 유지할 수 있도록 했다.
기존에는 빔 조향을 위해 2개 이상의 디지털 위상변환기가 필요했으나, 이번 연구에서는 단 1개의 위상변환기로 구현할 수 있는 단순한 구조를 제안함으로써 기기의 소형화와 효율성 향상에도 기여했다.
연구팀은 인체조직을 모사한 젤과 실제 돼지를 활용한 동물모델 등 다양한 조건에서의 실험을 통해 인체 내부에서도 안정적인 통신과 신경 자극 전달이 가능하다는 것을 입증했다.
이로써 이번 연구는 BLE 기반 위상배열 안테나 기술이 차세대 인체 이식형 전자약 상용화의 핵심 기술이 될 수 있음을 보여주는 성과로 평가된다.
임춘택 교수는 "인체 이식형 전자약의 세계 시장은 2025년 기준 약 35조 원에 달하며, 그 중 미주신경자극기(VNS) 시장만 해도 약 1.4조 원 규모로 매년 11.4% 성장 중이다"며 "이번에 개발한 기술이 향후 우리 기업의 의료기기 산업의 수출 경쟁력을 높이는 데도 기여할 수 있을 것이다"고 설명했다.
GIST 임춘택 교수가 지도하고 사흐 사이드 아손 알리(S. Ahson A. Shah) 박사(제1저자)와 오션스바이오㈜ 이현웅 대표(제2저자), 장유림 연구원(제3저자)이 참여한 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받았다.
호남취재본부 민찬기 기자 coldair@asiae.co.kr
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