4차산업혁명이 가져오는 의료 혁신 모멘텀

[SNS 타임즈] 2017년 5월 알파고는 세계 1위 중국 커제 9단을 완파한 후 1년 남짓 기간 동안 세계 바둑계를 평정했다. 이후 알파고의 아버지 데미스 허사비스 구글 딥마인드 CEO는 "이제는 알파고를 이용해 인류에 도움이 되는 새로운 분야를 개척하겠다"고 선언했다.

그가 언급한 새로운 분야 중 하나가 인류의 질병을 조기에 진단하는 의료 시스템 구축이다. 바둑계를 정복한 알파고가 의료계에서도 획기적인 성과를 낸다면 의사와 병원의 크나큰 역할 변화는 물론, 인류의 삶 자체도 달라질 것은 자명해 보인다.

AI 의료 분야에서 가장 관심을 끄는 것은 AI가 어느 정도까지 발전할 수 있을지, 그리고 그 진단 및 치료 능력이 어디까지인지, 또 인간 의사의 역할을 어느 정도까지 대체할 수 있을지에 대한 것이다. AI가 의료 영역으로 관심을 돌린 이유는 웨어러블 기기에 내장된 사물인터넷(IoT) 센서로부터 얻은 생체 데이터를 분석해 다양한 질병의 원인을 조기에 파악하고, 이를 통해 예방할 수 있게 되면 의료비용을 크게 줄일 수 있기 때문이다.

의료 환경에 변화를 몰고 온 스마트폰

스마트폰은 의료 환경에 혁명적인 변화를 가져왔다. 내장 센서와 앱을 연결하는 다양한 의료 악세서리를 활용해 원격 진료의 기반을 마련했지만, 국내에서는 의료법에 따라 의료인 간 원격 진료만 허용되기 때문에 널리 사용되지 못했다.

이 기기가 의료 혁신에서 중요한 역할을 할 수 있는 이유는 스마트폰 내부의 다양한 센서와 앱을 연동할 수 있는 악세서리 덕분이다.

스마트폰은 직관적이고 혁신적인 사용자 인터페이스로 기존 기기들과 차별화되며, 와이파이, 블루투스, NFC 등을 통해 외부 악세서리와의 연동이 가능하다. 이를 통해 생체 정보를 감지해 데이터를 생성하고, 이 데이터를 클라우드 서버와 주고받는 기능을 수행한다. 덕분에 혈압, 심전도, 혈당 수치 등 다양한 의료 및 헬스케어 데이터를 측정할 수 있는 의료 기기로 변신한다.

스마트폰 내장 센서 중 카메라가 특히 직관적이고 활발하게 쓰인다. 간단한 렌즈를 카메라에 붙이면 귀 안 고막 검사가 가능한 검이경으로 변신한다. 스마트폰의 LED는 귀 안을 밝혀주고, 동영상으로 고막 상태를 녹화해 의사에게 원격으로 보내 진료를 받을 수도 있다.

▲ 버클리 대학에서 스핀오프한 스타트업 셀스코프(CellScope)가 개발한 검이경 오토(Oto)는 스마트폰 카메라에 장착해 귓속을 촬영하는 장비다. 병원에 가지 않아도 중이염 같은 귀 질환을 어디서나 원격으로 진단할 수 있다. 물론 이 서비스는 미국 내에서만 가능하다. (출처: 인터넷)

스마트폰이 병원에 가지 않고도 가정에서 각종 질환을 진단해 줄 수 있는 '홈 닥터(Home Doctor)'로 진화하고 있다. 스마트폰의 카메라와 센서가 획기적으로 발전하면서 병원 의료기기 뺨치는 수준의 검사가 가능해졌기 때문이다. 최근에는 AI 기술까지 더해지면서 심장질환, 파킨슨병 같은 중증 질환까지 진단할 수 있는 기술로 발전하고 있다.

스마트폰에 간단한 액세서리를 추가하면 더욱 다양한 생체 데이터를 측정할 수 있다. 스마트폰 케이스 형태의 기기 얼라이브코어(AliveCor)가 대표적인 사례라 할 수 있다. 케이스 뒷면에 두 개의 전극이 붙어 있고, 이 전극을 각각 손으로 잡으면 심전도를 실시간으로 측정할 수 있다. 부정맥 증상은 불규칙적으로 나타나기 때문에 종래의 방식으로는 병원에 방문했을 때 증상이 없다면 진단이 어려웠다.

하지만 이 간편한 기기를 사용하면 환자들이 이상이 있을 때 스스로 측정해 데이터를 저장 및 공유 가능하기 때문에, 심방세동 등의 심혈관 질환 진단에 유용하다.

▲ 얼라이브코어(AliveCor)의 심전도 측정계는 심전도를 측정한 후 자체 AI 알고리즘을 통해 부정맥(심방세동 가능성, 빈맥, 서맥)과 정상 리듬을 분석한다. (출처: 인터넷)

스마트폰은 간단한 기기를 연결함으로써 보다 간편하게 혈당을 측정할 수 있다. 휴대용 혈당계를 간편화해서 스마트폰에 부착한 형식이다. 혈당 데이터가 스마트폰으로 전송되어 수치를 관리할 수 있다. 스마트폰 케이스 형태로, 손가락을 찌르기 위한 침과 혈액을 묻히기 위한 스트립까지 모두 들어 있다. 혈당 데이터는 앱 연동으로 이 기기로부터 스마트폰에 내장된 블루투스를 통해 스마트폰으로 전송되고, 클라우드 서버에서 처리되어 결과가 제공된다.

▲ 글루케이스(GluCase)의 스마트폰 케이스 형태의 혈당 측정계는 손가락을 찌르기 위한 침과 혈액을 묻히기 위한 스트립까지 모두 들어 있다. 혈당 데이터는 이 기기로부터 블루투스로 스마트폰에 전송된다. (출처: 인터넷)

스마트폰으로 혈압의 측정 및 관리도 가능하다. 기존 휴대용 혈압계와 비슷한 휴대용 커프를 블루투스로 스마트폰에 연결한다. 스마트폰을 통해 앱과 연동하는 클라우드 서버로 혈압 데이터를 전송함으로써 과거 데이터와의 비교, 시계열 분석 등이 가능하다.

원격 의료에 변화 모멘텀을 제공하는 웨어러블 기기

웨어러블 컴퓨터는 단어 그대로 ‘입는 또는 몸에 걸치는 컴퓨터’라는 의미이다. 웨어러블 기기는 몸에 지니거나 부착하는 형태에 따라 크게 목이나 손목에 착용하거나 옷처럼 입는 휴대형(Portable), 그리고 패치와 같이 피부에 부착하는 부착형(Attachable), 인체에 이식하거나 약처럼 복용하는 이식/복용형(Eatable) 등으로 분류할 수 있다.

웨어러블 디바이스는 현재까지 아주 많은 종류가 출시되어 있기 때문에 모두 열거하기가 불가능할 정도다. 웨어러블 중 일부는 이미 FDA 인허가 등을 통해 의료 기기 승인을 받은 것도 있고, 일부는 아직 연구 단계에 있는 것도 있다. 확실한 것은 기기들의 정확성과 안전성은 시간이 갈수록 빠르게 개선될 것이라는 점이다.

국내에서 원격 의료제도가 논의된 것은 벌써 2000년부터지만, 의료단체와 시민단체의 반대로 번번이 무산돼왔다. 현재 ‘의료법’ 제34조 제1항에 따라 의사와 환자 간 진료는 엄격히 제한된다. 따라서 원격 의료는 공중보건의가 없는 산간도서지역 보건소에서 간호사가 육지 전문의의 조언을 구하는 경우나 교도소 등에서 제한적으로 가능하다.

원격 의료가 가능하려면 ‘의료법’을 비롯해 ‘약사법’, ‘의료기기법’ 등 관련법이 개정되어야 한다. 원격 의료에는 화상 채팅, 전화, 이메일 등을 통한 진료만 있는 것이 아니다. 헬스케어 웨어러블 기기와 스마트폰 앱이 발달하면서, 웨어러블이나 스마트폰의 악세서리와 앱 자체가 원격 의료 서비스와 연동되는 경우가 많다.

미국의 경우, 스마트폰 케이스 형태로 심전도를 측정하는 얼라이브코어(AliveCor)를 활용해 측정한 심전도 데이터를 앱 내에서 심장 전문의에게 전송하여 유료로 심장 질환에 대한 진단을 원격으로 받을 수 있다.

셀스코프(CellScope)의 스마트폰 검이경의 경우, 스마트폰 카메라에 렌즈를 달고 고막을 동영상으로 촬영후 의사에게 전송하면, 수시간이 지나 상세한 진단을 받아볼 수 있다.

웨어러블 의료기기가 활성화되면 만성질병을 가진 노약자의 건강을 실시간으로 모니터링하는 용도로 상용화가 가능해진다. ‘손목 위 닥터'로 진화하는 웨어러블 기기로 인해 원격 의료 서비스 규제가 자연스럽게 풀려가는 계기가 되고 있다.

웨어러블이 건강 관리와 의료에 활용도가 높은 이유는 웨어러블 기기를 신체에 착용하고 피부에 직접 접촉할 수 있어서 우리 몸의 상태에 대한 생체 데이터를 효과적으로 측정할 수 있기 때문이다. 이러한 기기를 지속적으로 착용함으로써 끊임없이 역동적으로 변화하는 우리 신체에 대한 생체 데이터를 연속적이고, 정량적이며, 실시간으로 얻을 수 있다는 것이 장점이다.

이미 웨어러블은 다양한 헬스케어 및 의료 데이터를 얻기 위해서 활발하게 활용되고 있다. 이를 이용하면 지금까지 병원에 가야만 얻을 수 있었던 생체 데이터를 병원 밖 일상 생활 속에서도 항시 측정할 수 있고, 기존에 아예 확보하기 불가능했던 데이터를 얻을 수도 있다.

웨어러블로 측정 가능한 의료 데이터로는 칼로리 소모량을 나타내는 ‘활동량’, 1분에 심장이 몇 번 뛰는지를 나타내는 ‘심박수’(Heart Rate), 심장의 전기적 활동을 분석하여 파장의 형태로 측정하는 ‘심전도’(ECG), 심장 박동 주기의 변화를 의미하는 ‘심박변이도’(HRV), ‘체온’, ‘수면’ 상태, 혈액 내 산소가 얼마나 있는지를 나타내는 ‘산소포화도’, ‘혈당’, ‘혈압’, ‘혈류’, ‘호흡수’, ‘피부 전기 반응’(Galvanic Skin Response), ‘안압’, ‘자세’, ‘복약’(복용) 확인, ‘월경’(月经) 수치 등을 측정할 수 있다.

이러한 웨어러블 기기 및 사물인터넷 센서는 비침습적(Non-invasive)이고, 연속적(Continuous)이며, 측정을 위해 사용자가 버튼을 누를 필요도 없는 수동적(Passive)인 모니터링으로 발전하고 있다. 더 나아가 사용법과 디자인도 쉽게 알아채지 못할 정도로 눈에 띄지 않는(Seamless) 형태로 업그레이드되고 있다.

향후 측정 가능한 데이터의 종류는 더 늘어나며, 정확도는 더욱 개선될 것이다. 정확성과 안전성을 인정받아 미국의 경우 FDA와 식약처 등 규제 기관에서 의료용 승인까지 받는 웨어러블 기기들은 지속적으로 늘어나고 있다.

국내 최초로 웨어러블 의료기기 허가를 받은 손목시계형 웨어러블 심전도 기기인 '메모워치'는 앱의 연동으로 스마트폰 화면에 심전도를 표시해준다. 환자가 이 기기를 차고 주기적으로 심전도를 측정하면 AI 분석을 거쳐 이상 신호를 파악한다. 문제가 생겼을 때 관련 정보를 의사에게 전송하면 의사는 환자에게 병원을 찾으라고 신속히 안내해줄 수 있다.

▲ 2019년 3월에 휴이노가 국내 최초로 웨어러블 의료기기 허가를 받은 손목시계형 웨어러블 심전도 기기인 '메모워치'는 2020년 5월 건강보험심사평가원으로부터 요양급여 대상에 포함되는 인정을 받았다. (출처: 인터넷)

의료 빅데이터

환자들의 다양한 데이터가 일상에서 지속적으로 측정되고 이 데이터가 실시간으로 자동 분석돼 병원에서도 이 데이터가 공유되는 것을 상상해보면, 앞으로 질병의 진단과 관리, 치료의 양상은 크게 변하게 될 것으로 보인다.

웨어러블 중에는 움직임과 걸음 수 측정을 기반으로 활동량, 칼로리 소모 등을 계산하는 활동량 측정계(Activity Tracker)가 대표적이다. 하지만 지금도 단순히 활동량뿐만 아니라, 체온, 심박수, 산소포화도, 심전도, 호흡수, 혈압, 혈당, 뇌파, 감정, 자세, 발작, 피부전기활동성(GSR), 복약 여부, 월경 등까지 다양한 의료 데이터를 측정할 수 있다.

의료 빅데이터는 질병의 개념을 바꾸고 미래 병원의 역할도 통째로 재편할 것으로 예상된다. 개인별 환자에게 적용하는 개인 맞춤화한 빅데이터는 스스로 진단하는 자가 진단, 주거 환경이나 식생활 습관 등을 바꾸어 스스로 치료하는 자기 치료 시대로 이어질 것으로 전망된다. 이렇게 환자들이 스스로 얻게 되는 ‘환자 유래 건강 데이터(Patients Generated Health Data)’는 정밀의료(Precision Medicine), 예측의료, 예방의료를 구현하기 위한 핵심 요소가 되기에 충분하다. 정밀 의료는 개인 맞춤형 치료인데, 개인 의료 빅데이터, 유전체 분석 데이터 등이 그 토대가 된다.

디지털 헬스케어 시장 성장

의료 분야는 노령화, 핵가족화, 평균수명 연장 등으로 질병 치료에서 질병을 사전에 예방하고 건강을 지속적으로 관리하는 헬스케어 분야로 발전해 나가고 있다.

각국이 앞다투어 헬스케어 산업을 육성하는 것은 고령화로 인한 의료 재정을 아낄 수 있을 뿐만 아니라, 고용 창출 등 경제 성장에도 효과가 크기 때문이다.

헬스 케어 역시 오프라인 방식보다는 다양한 의료 사물인터넷(IoT)센서를 포함하는 악세서리를 차거나 웨어러블 의료기기를 입고 일상생활을 하면, 사물인터넷(IoT)센서가 센싱한 의료 데이터를 헬스케어를 담당하는 클라우드 AI 서버로 주기적으로 전달되므로 적절한 의료적인 칭찬이나 주의, 운동 처방, 식이 요법 등의 조치나 적절한 지원을 받게 받을 수 있다.

디지털 헬스케어 분야가 활성화되면 국민들이 365일, 24시간 주치의의 관리를 받으며 생활하므로 일반인들도 자신의 건강을 과학적으로 관리할 수 있게 되면서 초고령 사회로의 진입으로 높아져만 가는 국가 의료비 부담을 경감시킬 수 있다.

미래 의료는 질병 치료에서 예방·관리로 전환

미래 의료는 질병 치료에서 예방 및 관리로 전환될 전망이며, 이는 4차산업혁명에 의해 전통적인 보건의료산업의 경계가 사라지면서 헬스케어 영역이 대폭 확대되고 있기 때문이다. 보건의료의 패러다임이 질병의 치료 중심에서 예방과 관리 중심으로 바뀌는 추세 속에서, IT와 의료의 결합은 개인 맞춤형 의료 시대의 도래를 예고하고 있다. 이러한 헬스케어 산업의 발전은 국민 건강을 증진시키고 국가 경제에도 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대된다.

AI, 사물인터넷(IoT), 빅데이터를 포함하는 4차산업혁명의 기술이 성숙해짐에 따라, 건강을 위한 새로운 비즈니스 모델이 등장할 것이고, 의사와 병원의 역할에도 상당한 변화가 일어날 것으로 보인다.

고혈압, 당뇨, 치매와 같은 질병을 앓고 있는 만성질환자, 장애인, 오지 주민 등의 가정에 설치된 IoT 기기나 웨어러블 기기를 통한 모니터링이 확대됨으로써, AI와 빅데이터를 활용한 질병 진단 및 치료 방법 탐색이 더욱 증가할 것으로 예상된다.

이와 더불어, 유전 정보, 임상 정보, 건강 정보 등을 활용한 의료 빅데이터의 생산, 수집, 분석 산업도 크게 발전할 전망이다. AI 기반의 의료 서비스와 원격 의료의 확산은 의료 환경뿐만 아니라, 보험, 복지 등 관련 분야에도 광범위한 변화를 가져올 것으로 전망된다.

4차산업혁명의 핵심 기술이 의료 분야와 본격적으로 융합된다면, 의료 업계는 전통적인 대면 진료와 질병 치료 중심에서 벗어나, 일상에서 질병을 사전에 예방하고 건강을 관리하는 온라인 헬스케어 방식으로 서비스의 성격이 변화될 것으로 보인다.

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