독일 프라운호퍼 신뢰성·마이크로집적연구소(Fraunhofer IZM) 연구진이 환자의 심전도(ECG)를 센서 부착 없이 측정할 수 있는 레이다 기반 비접촉 환자 모니터링 기술을 개발했다. 이 기술은 저전력 고주파 레이다 센서를 통해 환자의 심박수와 호흡수를 실시간으로 측정하며, 기존 전극 방식의 불편함 없이 환자의 상태를 지속적으로 파악할 수 있다.

프라운호퍼 IZM 연구진은 브란덴부르크 공과대학교(Brandenburg University of Technology Cottbus-Senftenberg, BTU), 페르디난트-브라운 고주파연구소(Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik, FBH), 라이프니츠 고성능 마이크로전자공학연구소(Leibniz Institute for High Performance Microelectronics, IHP), 티엠-리서치(Thiem-Research GmbH, TRS) 등과 협력해 고주파 레이다 센서 시스템을 공동 개발하고 있다. 독일 연방교육연구부(German Federal Ministry of Education and Research, BMBF)는 혁신 캠퍼스 전자 및 마이크로센서 콧부스(Innovation Campus Electronics and Microsensors Cottbus, iCampus)의 일환으로 이 프로젝트에 자금을 지원하고 있다.
 
센서 없이, 침대 밑에서도 생체신호 감지

이번에 개발된 센서는 옷이나 담요, 심지어 매트리스를 통과해 환자의 생체신호를 측정할 수 있다. 센서가 생성한 전자기파는 인체에 반사되고, 이 반사파는 흉부의 미세한 움직임에 따라 변조된다. 이 변화를 통해 심박수, 호흡수 등 주요 생체신호를 추출할 수 있다.

“이 기술은 피부에 전극을 부착할 수 없는 화상 환자나 감염병 환자, 정신질환자 등에게 특히 유용하다. 의료진은 환자에 접촉하지 않고도 생체 데이터를 정확히 얻을 수 있다”고 프라운호퍼 IZM의 RF·스마트 센서 시스템 부서장 이반 은딥 교수(Prof. Ivan Ndip)는 설명했다.
 
병상 밑에 설치된 레이다, 임상시험도 착수

레이다 센서 시스템은 플라스틱 케이스에 내장돼 병상 아래에 설치되며, 다양한 실제 병원 환경에서의 성능도 고려해 설계됐다. 플라스틱 케이스나 병상 구조물이 안테나 성능에 미치는 영향을 분석하고, 고주파 프론트엔드 보드와 안테나를 최적화해 병실 내 유연한 설치가 가능하도록 했다. 향후에는 벽이나 천장에 설치해 다수 환자의 상태를 동시에 모니터링하는 시스템으로 확장될 계획이다.

약한 신호도 정확히 분석 ··· 고감도 하드웨어·소프트웨어 결합

흉부의 미세한 움직임에 의한 반사 신호는 매우 약하며, 주변 물체나 타인의 움직임도 간섭 요소로 작용한다. 이에 연구진은 61GHz 대역의 고성능 레이다 안테나와 프론트엔드 보드를 개발하고, 신호 대 잡음비(SNR)를 높이기 위한 하드웨어 설계와 신호처리 알고리즘을 함께 구현했다. 특수 안테나 설계는 환자의 흉부 특정 지점에 전자기파를 집중시킬 수 있도록 했다.

임상시험 결과 “정확도 입증” ··· 다중 채널 시스템도 개발

프로토타입 의료용 레이다 시스템은 2023년 9월부터 독일 콧부스에 위치한 루사티아 의과대학(Medizinische Hochschule Lausitz)-칼 티엠(Carl Thiem) 병원의 자회사인 TRS에 의해 임상시험이 진행 중이다. 첫 번째 시험에서는 환자가 앙와위(supine position), 측와위(side position), 복와위(prone position) 등 다양한 자세에서 생체신호가 안정적으로 측정됐고, 기존 ECG 결과와 높은 상관관계를 보였다.
이어진 연구 단계에서는 여러 명의 생체신호를 동시에 측정할 수 있는 다중 채널 버전으로 기술을 확장하는 데 성공했다. 이를 통해 병실 내 여러 환자를 동시에 모니터링하거나, 차량 내 탑승자(특히 영유아)의 생체신호를 감지하는 응용도 가능해질 전망이다.

비접촉 모니터링, 미래형 의료 모델 제시

이 기술은 특히 의료 인력이 부족한 농촌 지역에서 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 특히, 피부 접촉 없이 환자의 상태를 정확하게 파악할 수 있어 의료진의 업무 부담을 줄이고 환자 편의성을 높일 수 있다. 프라운호퍼 IZM은 향후 상용화를 위한 기술 고도화와 다양한 분야로의 확산을 추진할 계획이다.