초정밀 온도 센싱

웨어러블 온도 모니터의 검증된 센서 기술이 유용한 의학적 통찰을 제공하는 방법

새로운 개인 건강 모니터링 기술이 의료 환경과 개인 환경 모두에서 인기가 높아지고 있는 이유는 무엇일까요? 이 질문에 대한 답을 찾기 위해서는 먼저 다음과 같은 세 가지 글로벌 트렌드를 이해해야 합니다. 
 

  • 오늘날 거의 모든 사람은 스마트폰을 소유하고 있습니다. 이는 고성능 컴퓨터와 항상 켜져 있는 지능형 의료 센서 허브 및 디스플레이 화면을 주머니에 넣고 다닌다는 것을 의미합니다.
  • 고도로 산업화된 세계에서 인구의 고령화는 빠르게 진행되고 있으며 노령 인구는 질병 발병률이 더 높습니다. 그리고, 젊은 세대는 그 어느 때보다도 건강하게 오래 사는 방법을 찾는 데 관심이 높습니다. 이제 개인과 의료진은 생활 방식을 최적화하고 운동, 식단, 수면, 스트레스 등 자신이 제어할 수 있는 요소에 대해 건강한 선택을 할 수 있도록 도와주는 신기술을 활용할 수 있습니다.
  • 무어의 법칙이라는 마법을 통해 반도체 기술은 지속적으로 크기를 줄이고 성능을 향상시키며 비용을 절감하고 컴퓨팅이나 센싱과 같은 전자 기능의 전력 소비를 줄이고 있습니다. 이를 통해 전에는 고가의 병원 장비에서만 작동할 수 있었던 의료용 센서가 이제는 저렴한 휴대용 기기 또는 웨어러블 기기에서도 사용할 수 있게 되었습니다.

이러한 트렌드는 의료용 기기와 소비자용 기기의 경계를 허물면서 개인도 스마트 워치, 라이프스타일 추적 손목 밴드, 스마트 링, 심지어 이어버드와 같은 제품을 통해 혈압, 심박수, 수면의 질 등, 자신의 건강 및 생활 방식에 대한 중요한 측정치를 추적할 수 있게 되었습니다.

의료 시설에서는 병원과 외래 진료 환경에 디지털화된 의료 방식을 도입하여 의료진의 개입 없이도 환자를 지속적으로 자동으로 모니터링할 수 있게 되었습니다. 스마트 스킨 패치, 손목 밴드 및 기타 웨어러블 기기는 인공 지능(AI) 알고리즘과 기타 소프트웨어 구성 요소가 측정값을 모니터링하는 중앙 포털에 환자 데이터를 지속적으로 업로드하고, 인간의 개입이 필요할 때마다 의료 전문가에게 이를 알립니다.

 

심부 체온: 강력한 진단 지표

센서 기술의 발전으로 소비자용 웨어러블 기기는 혈압, 심박수, 혈중 산소 포화도 등 신체의 여러 생체 신호를 거의 의료 수준으로 측정할 수 있게 되었습니다. 

또 다른 생체 신호인 심부 체온은 특정 유형의 진단이나 모니터링이 어렵거나 불가능한 정보를 제공합니다. 심부 체온은 여성의 생식 주기, 스트레스, 수면의 질 상태 등을 매우 정확하게 나타내는 지표입니다. 또한, 이를 통해 발열이나 패혈증의 발병을 조기에 발견해 생명을 구할 수도 있습니다. 

심부 체온 모니터링은 의료 분야뿐만 아니라 지구력을 요하는 운동선수의 훈련을 정밀하게 조정하는 데에도 활용되어 운동 선수들의 신체에 과도한 스트레스를 주지 않으면서 훈련 효과를 극대화할 수 있습니다.

ams OSRAM 센서 포트폴리오에서 이전에는 주목받지 못했던 제품들이 이제 주목을 받으며, 오늘날 시장에 갈수록 많이 출시되고 있는 심부 체온 측정을 위한 새로운 유형의 웨어러블 소비자용 기기 및 의료 기기의 구현을 지원하고 있습니다. 

 

일례로, AS6221 디지털 온도 센서는 초정밀 혼합 신호 반도체 설계 및 제조에 대한 수십 년간 축적된 전문성과 지적 재산의 결과물입니다. ams OSRAM은 독보적인 역량으로 이러한 혁신적인 심부 체온 모니터링 장치 제조업체의 요구 사항을 충족하는 온도 센서를 제공합니다. 유사한 그 어떤 제품보다도 정확하고 작고 에너지 효율적인 AS6221은 개인 건강 모니터링 기술을 새로운 수준으로 발전시키는 '숨은 공신'입니다.

 

체온 측정에 최적화된 성능

고급 온도 측정의 매력은 정확성에 있습니다. AS6221는 전체 작동 범위 -40 °C ~ 125 °C에서 최대 측정 오차가 ±0.3 °C에 불과하며, 그 정확도는 의료 애플리케이션에 최적화되어 있습니다. 최대 오차는 -25 °C ~ 55 °C 범위에서 ±0.10 °C, 20 °C ~ 42 °C 범위에서 ±0.09 °C까지 떨어집니다. 정상 체온은 약 37 °C입니다. 

이처럼 높은 정확도는 파트너사인 greenteg의 CALERA® 기술과 같은 차세대 심부 체온 모니터링 시스템 개발에 매우 중요한 역할을 했습니다. 이러한 시스템은 심부 체온을 직접 측정하는 것이 아니라 피부 온도를 기준으로 열유속을 계산하여 측정합니다. (통상적으로 심부 체온은 침습적 탐침을 삽입하거나 고가의 전자약을 섭취하여 측정합니다.) 정교한 알고리즘이 피부 표면의 열유속을 통해 심부 체온 값을 계산합니다.

직접 피부 온도 측정값을 간접 심부 체온 측정값으로 변환하는 과정에는 몇 가지 고유한 오류가 있습니다. 피부 온도 측정의 부정확성은 심부 체온 측정값으로 변환될 때 증폭됩니다.

따라서, CALERA® 기술과 같은 제품은 피부 온도를 측정하는 장치에 가능한 한 최고의 정확성이 요구됩니다. 여기서 센서의 최대 오차 ±0.09 °C는 매우 중요한 의미를 지닙니다. 크기도 중요한 요소입니다. 구성 요소를 스킨 패치 및 기타 휴대용 기기에 적용할 수 있어야 합니다.

운동선수의 손목에 착용된 greenteg CALERA® 기술 및 ams OSRAM의 VSM(Vital Sign Monitoring) 레퍼런스 디자인

초정밀 온도 측정을 위한 광범위한 용도

이 예는 온도 측정이 전문가용 및 소비자용 의료 모니터링 뿐만 아니라 지구력을 요하는 운동선수의 훈련을 최적화하는데 도움이 되는 운동 장비에서도 중요한 역할을 한다는 것을 보여줍니다. 단, 온도 측정은 그 외에도 많은 다른 용도로 사용됩니다. 

예를 들어, 소방관이 착용하는 안전 장비에는 체온을 추적하고 소방관이 위험한 과열 위험에 처했을 때 경고를 발송하는 기능이 포함되어야 합니다. 고체온증, 즉 위험할 정도로 과열된 신체는 세계에서 가장 더운 지역에서도 심각한 위험이며, 기후 위기로 인해 평균 주변 온도가 상승함에 따라 그 위험은 더욱 높아졌습니다. 스마트 워치 또는 손목 밴드의 신뢰할 수 있는 솔루션은 애플리케이션 소프트웨어와 결합하여 착용자가 위험에 처했을 때 응급 서비스 또는 사랑하는 사람에게 경고를 보낼 수 있습니다.

정확한 온도 측정은 다른 의료 애플리케이션에서도 중요한 역할을 할 수 있습니다. 예를 들어, 스킨 패치를 통한 혈당 수치의 효소 측정에는 센서 측정 출력의 실시간 보정을 위한 정확한 온도 측정이 필요합니다. 온도 센서는 투석기, 수혈 장비, 또는 인슐린 펌프에서도 작동하여 혈액이나 인슐린이 정맥에 들어가기 전에 환자의 체온에 맞게 가열되도록 할 수 있습니다.

이러한 애플리케이션과 많은 다른 애플리케이션에서 매우 높은 측정 정확도는 매우 중요한 가치를 지니며, 체온 범위에서 정확한 기술은 주목받을 만한 가치가 있습니다.