코로나바이러스 때문에 온 세상이 난리 난 것 같다. 이런 전염병이 어디서 시작될지, 어떻게 전염되는지 의료진이 일일이 데이터를 보고 판단하는 것은 쉽지 않다.
캐나다의 인공지능(AI) 회사인 BlueDot은 ‘전염병 자동 감시프로그램’을 이용해 지난해 12월 말에 코로나바이러스에 관한 내용을 미리 파악했다고 한다. 미국 질병통제예방센터 (CDC)와 세계보건기구(WHO)가 공문을 보내기 전이었다.
코로나바이러스와 관련해선 원격진료 및 의료용 로봇을 이용해 2차 감염을 막는 시스템을 구축할 수 있다는 전망도 나온다. 또한 바이러스 감염을 진단할 수 있는 측정기, 바이러스 감염 확산을 추적하는 빅데이터, 인공지능, 의료 로봇공학, 정보통신기술(ICT)에 대한 관심이 높아지고 있다.
국제전자제품박람회 2020(CES 2020)에서 소개된 첨단 제품과 서비스를 중심으로 디지털 헬스케어의 미래를 살펴본다.
헬스케어 시장 규모 9939조원
지난해 6월 25일자 비즈니스 와이어에 따르면 2018년 전세계의 헬스케어 시장 규모는 약 8조4520억 달러였다고 한다. 한국 원화로 환산하면 약 9939조 원이라는 상상을 초월하는 금액이다. 이것이 2022년에는 약 11조9089억 달러로 증가할 것으로 전망됐다.
그런데 이 돈의 약 40%는 미국에서 쓰여지고 있다. 유럽에서는 국내총생산(GDP)의 9%가 헬스케어에 쓰이는데 비해, 미국에선 GDP의 17%나 차지하고 있다. 이렇게 많은 돈이 헬스케어에 사용되고 있지만, 미국의 기대수명은 아이러니하게도 최근 몇 년 새 낮아지는 추세다. 그뿐 아니다. 유럽의 영아 사망률이 1000명 당 약 3.6명인데 비해, 미국은 5.6명이나 되고, 산모 사망률 또한 핀란드, 그리스, 폴란드에서는 10만명 당 약 3명인데 미국은 14명이나 된다.
Fernandez-Villaverde(2019)에 의하면, 미국에선 ▲과도한 행정비용 ▲의사 공급 부족 ▲새로운 의료기술 적용 시도 ▲노인 인구 증가 ▲고소득층의 의료비 지출 증가 등으로 인해 헬스케어 비용이 계속 증가하고 있다. 이와 함께 의료 서비스의 불평등도 사회적 쟁점으로 부각되는 현실이다.
미국, 환자중심 의료서비스 추진
그래서인지 미국은 환자중심 의료 서비스 (Patient-Centered Medical Home)를 추진하고 있는데 1)의료 서비스의 질 향상, 2)환자의 의료 경험 증진, 3)비용 절감이란 세 가지 목적을 갖고 있다. 특히, 기존의 의료비 지불 방식인 서비스 당 비용지불(fee for service)에서 의료 서비스의 질(value-based payment)에 대해 지불하는 방식으로 개혁하려고 시도한다. 환자중심 의료 서비스는 정밀 의료(Precision Medicine)에 기반을 둔 예방(Preventive), 예측(Predictive), 개인 맞춤(Personalized), 환자 참여(Participatory) 등으로 구성된다.
여기서 질병 예방과 관련된 사회적 건강 요인(Social Determinant of Health)들이 부각된다.
의료 서비스의 질을 향상하고 환자의 의료 경험과 비용을 절감하는 과정에서 정보통신기술(ICT)는 중요한 역할을 하고 있다. 미국에서는 의료서비스를 받을 수 없는 비(非)도시지역에 원격으로 의료를 지원하기 위해 노력하고 있다. ICT를 통해 의료 관련 정보를 공유하고 이를 바탕으로 멀리 떨어진 곳의 환자를 진료‧진단하거나 모니터링 하는 시스템이다. 환자 상태를 원격으로 진단할 수 있는 기기와 방법이 가장 필수적인 요소이다.
한국, 빅데이터·AI 육성 힘써야
CES 2020 디지털 헬스 분야에서는 주로 진단 기기, 진단 방법, 그리고 어떻게 환자를 도울 것인지에 대해 관련 기술이 많이 소개되었다.
주요 기술로는 1)초소형화 된 센서(IoT), 2)모빌/웨어러블, 3)인공지능과 클라우드, 4)증강현실 (AR)/가상현실(VR)/확장현실 (XR), 5)로봇 공학으로 요약될 수 있다. 이런 기술들은 인터넷 정보통신기술 (5G)의 발달로 융합이 가능해졌다.
환자 중심 의료서비스를 하기 위해서는 무엇보다 의료/환경에 관련된 많은 데이터가 개발되어야 한다. 측정 기기가 점차 소형화되어 환자 상태를 지속적으로 모니터링 하는 게 가능해지고, 이 정보들을 DB로 구축할 수 있게 된다면, 질병에 대한 이해, 진단, 처방, 치료가 더욱 손쉽게 이뤄질 수 있을 것이다.
필자가 생각하기에, 내년 CES에서는 더욱 다양하고 초소형화된 건강 모니터 및 진단 기기가 나올 것이다. 질병의 예측‧예방을 돕는 AI 분야의 성공 사례도 더 많이 소개될 것이다. 의료/환경, AR/VR/XR, 치료 기기, 로봇공학의 여러 기술이 서로 융합되어 의료 서비스의 질을 높이는 쪽으로 발전될 것이다. 한국도 이런 추세를 놓치지 말고 의료 관련 빅데이터를 개발하는 한편 이를 능숙하게 활용할 수 있는 AI전문가 그룹을 양성해 나가는 게 급선무다.
CES엔 진단 융합기술 제품 붐
먼저, 올해 CES에서 소개된 특이한 제품을 몇 개 골라서 간단히 소개해 보겠다.
손목시계 제품 중에서 Withings ScanWatch는 심전도, 광심박수, 혈액 산소 측정, 수면 분석이 가능하다. 또한 IEVA Time-C의 스마트 워치는 피부 관리를 위한 제품으로 심박수와 신체 활동을 모니터링 하는 것 외에 환경에 관련된 이산화탄소, 소음 수준, 주변 온도, 습도, 광도 및 태양 노출을 포함한 여러 가지 환경 요인을 바탕으로 사용자에게 권고사항이나 도움을 주는 팁을 제공한다.
AerBetice 제품은 당뇨병 혈당 수치를 잰 다음 환자에게 알려주는 의료기기이다. 혈액을 이용해서 혈당을 재는 것이 아니라 나노 기술에 기반 한 가스센서를 활용해 혈당 수치를 측정한다. 측정 정보는 스마트폰 혹은 스마트홈 장치에 전달된다. 이 앱은 간병인에게도 환자 상태를 알려주고, 진단 정보를 클라우드 기반 데이터 웨어하우스에 보내기도 한다. 머신러닝이나 AI를 이용해 센서 성능을 지속적으로 개선하면 환자 개개인에 맞춰 활용도를 높일 수 있을 것이다.
손목이 아니라 몸에 부착할 수 있는 다양한 웨어러블 기기도 소개되었다. Smart-Belt는 벨트를 차고 이동을 할 때 이동의 패턴을 분석한다. 개개인에게 필요한 프로그램을 맞춤형으로 벨트 안 센서에 설치할 수 있다.
귀에 넣는 혈압측정기, 기저귀의 상태를 알려주는 Smarddi라는 기구, 체중과 몸의 밸런스를 지속적으로 체크해주는 신발 안 센서 등도 소개되었다. Mateo라는 스마트 매트는 센서 기능을 달아서 매트에 올라갈 때마다 신체 지수들이 기록되어 클라우드에 저장된다.
E-skin Sleep & Lounge는 노인의 건강을 모니터링 하기 위한 스마트 의류이다. 착용자의 수면 상태를 분석하고 그에 따라 실내 환경을 자동으로 조절해 주며 이상행동 및 낙상을 감지해 준다.
필자가 가장 관심을 가졌던 기기는 청각에 문제가 있는 장애인을 위해서 만든 앱이다. OrCam Hear라는 제품은 청각 장애인이 여러 명과 동시에 이야기 할 때, 원하는 사람을 지정하면 기기가 입 모양을 추적하여, 그 사람의 목소리만 증폭시켜 주는 기기이다. 청각에 문제가 있는 필자한테는 무척 반갑고, 혁신적인 기기였다.
MedWand는 의사가 원격으로 의료 진단을 할 수 있도록 돕는 작은 도구이다. 원격 진료 잠재력을 갖춘 MedWand가 이 행사에서 Innovation Awards의 수상자로 선정된 것은 놀라운 일이 아니다. 이 장치에는 청진기, 온도계, 심전도 및 7가지 진단 장치가 포함돼 있어 여러 가지 중요한 변수를 실시간으로 수집할 수 있다. 원격 화상 채팅을 통해 전세계 어디서나 의사가 환자를 진단하고 치료에 도움을 줄 수 있다.
ClearUP은 알레르기로 인한 부비동(副鼻洞) 통증을 완화시켜주거나 치료를 해준다. 손에 갖고 다닐 수 있는 이 소형 장치는 부드러운 미세 전류를 사용하여, 알레르기 비염으로 고생하는 환자를 치료한다. 만성‧급성 및 외상 후 통증, 불안, 불면증, 우울증을 효과적으로 치료할 수 있는 전기 요법 장치인 Alpha-Stim도 소개되었다. 휴대용 뇌 전기 요법 자극 장치는 부작용, 내성이나 중독 없이 통증, 불안, 우울증을 치료하는데 도움을 준다. 약물이 필요 없는 이 치료 장치는 미국식품의약국(FDA)의 승인을 받았다고 한다. 뇌졸중 환자나 재활이 필요한 환자를 대상으로 게임 운동기기나 AR/VR을 이용하는 기기들도 눈에 들어왔다.
올해 CES에서 소개된 기술의 발달은 다음과 같이 재해석될 수 있다.
[그림1] Five Trends for Digital Healthcare, by Dr. Wansoo Im (2020)
(1)시간
몸의 생체 신호, 의료 데이터 등을 수집하고, 정보를 처리하는 것이 거의 실시간으로 이루어진다. 인공지능(AI)이나 다양한 소프트웨어를 통해 환자, 보호자, 의료진이 이해할 수 있는 정보로 변환되어, 빠른 진단과 판단을 내릴 수 있도록 도움을 준다. 환자의 안전이 보장되는 선에서, 환자가 직접 상황에 대처할 수 있도록 돕기도 한다. 예를 들면, 환자의 스트레스에 대응해서 빛의 세기나, 색깔, 음량을 조절해 줄 수 있다. 신체의 움직임이 불편한 장애인, 어린이, 노인들에게 유용한 기능이 될 수 있다.
(2)공간
공간적인 거리에 구애 받지 않고, 의료 정보를 공유하는 것이다. 많은 의료 전문가들이 환자의 데이터를 동시에 공유할 수 있으며, 각자의 전문적인 의학적 소견을 나눌 수 있다. 의료 서비스가 미치지 못하는 외진 시골에도 전문의의 진료가 가능해진다. 5G가 한층 발달하면 더욱 더 많은 적용 분야가 나올 것이다. 정보의 커뮤니케이션뿐만 아니라 소형화되고 이동 가능한(Portable) 의료 기기의 발달 덕에 환자가 움직이지 않더라도, 의료진이 직접 기기를 갖고 가서 환자를 진단할 수 있게 된다. 이번 CES에서 소개된 포터블 MRI가 그런 예라 하겠다.
(3)변수
여기서 변수라고 하는 것은 데이터를 이야기하는 것이다. 예전에는 환자 의료 데이터(PHR: Personal Health Data)는 의사 사무실, 병원, 임상병리, 보험과 관련해서만 측정되고 관리되었다. 하지만 이제는 다양한 생체 데이터가 새로 추가될 것이다. 균형, 속도, 온도, 기압, 통증, 스트레스, 적외선, 전자파 등이 바로 그것이다. 몸에 부착하거나 착용할 수 있는 센서를 통해 증상이나 상황을 진단하고 예측을 할 수 있다. 현재 스마트폰에서 제공하는 기능만 하더라도 15가지가 넘는다.
[그림2] 개인의료정보 (Personal Health Record), 전자의료정보 (Electronic Health Record), 사물인터넷(IoT).
(4)연결
지금은 초연결 시대라고 한다. 환자 의료데이터 (질병 이력과 의료치료 경험), 환자에게서 지속적으로 측정되는 생체지수, 외부 환경에서 오는 데이터 (예컨대 온도, 공기오염, 스트레스, 수질 등)가 서로 연결되어 복합적인 정보로 재해석된다. 이런 데이터들이 축적되면 환자를 보다 잘 이해할 수 있고, 환자 중심 진단이 가능하며, 그에 따른 예측과 예방이 가능하다. 데이터와 AR/VR/XR이 연결이 되면, 실험적인 예측과 훈련이 가능해지고, 환자에 대한 교육•치료에 활용할 수 있다. AI 기능까지 결합된 초정밀 의료용 로봇도 등장한다.
[그림3] Public Health Exposome Model:
The exposome concept, European Respiratory Review 2016
(5)지능
의료/환경 데이터는 매우 방대하다. 이런 데이터를 사람이 정리하고 이해를 하는 데는 시간이 걸리고 오차가 발생할 확률도 크다. 인공지능은 다양한 종류의 초(超)연결 데이터를 사람들이 이해할 수 있도록 처리해 줄뿐만 아니라 오차 확률도 줄여준다. CES에서 소개된 다양한 혈당 측정 기기들은 환자의 진단 정보와 추가 측정 정보를 바탕으로, 피를 뽑지 않고도 혈당 수치를 예측해 주는데 이것이 하나의 예이다. 당뇨망막병증을 판독하는데 AI가 적용될 경우 정확성이 높아질 수 있다.
주목할 디지털 트렌드 다섯 가지
①빅데이터(의료데이터)
의료 데이터는 질병과 의료서비스를 이해하고, 더 좋은 솔루션을 찾는데 중요한 자산이 된다. 미국의 경우 각 기관별로 따로 보관되어 사용되지 못하는 수많은 의료 관련 데이터를 연결해서 정보화를 하는데 많은 노력을 기울이고 있다. 예를 들어, “All of Us”는 국가 단위로 추진하는 프로젝트인데, 정밀 의료 서비스를 구현하기 위해 100만 명의 의료데이터를 수집하고 있다. 필자가 거주하고 있는 도시의 밴더빌트 의과대학에서는 이 프로젝트를 위해 7160만 달러 (약 800억 원)의 펀딩을 받았다.
정부 말고도 민간 기업인 구글은 “Project Nightingale”이라는 이름으로 미국 21개 주(州)의 개인 의료데이터를 수집하고 있다. 아마존, 애플, 마이크로소프트(MS) 역시 관련 데이터를 수집하면서 새로운 비즈니스 모델을 추진한다.
미국과 한국의 상황을 비교해 보면, 한국은 사실상 국가가 운영하는 건강보험을 통해 거의 모든 의료 데이터에 접근할 수 있어서 무척 큰 잠재력을 갖고 있다. 물론 여러 종류의 데이터를 서로 연결해야겠지만, 한국의 의료 데이터 관리 시스템은 황금알을 낳는 거위나 마찬가지다. 하지만 황금알을 낳은 거위는 주인이 어떻게 활용하느냐에 따라 값싼 거위 고기가 될 수도 있고 황금알이라는 부(富)의 원천이 될 수도 있다.
②인공지능 (AI)
의사들이 환자 개개인에게 사용하는 시간이 줄어들고 있는 것은 사실이다. 하지만 전산 시스템은 환자의 의료데이터와 이미징 데이터를 분석하여 정확한 진단을 내릴 수 있도록 도와준다. 예를 들어 유방암을 진단할 때 AI를 이용한 소프트웨어는 의사가 진단하는 것보다 훨씬 높은 정확도(99%의 정확도)와 30배나 빠른 속도를 자랑한다. AI를 이용하면 2026년까지 의료서비스 관련 비용 중 1500억 달러 (약 170조 원)를 절감할 수 있다고 한다.
이번 CES에는 많은 기업들이 AI를 이용하여 새로운 제품을 많이 출품했는데 정밀한 개인 맞춤형 의료서비스를 실현해내는 게 핵심이었다. AI를 충분히 활용하기 위해서는 지금보다 더 많은 데이터가 필요하다. 뿐만 아니라 AI 기술을 적용할 수 있는 전문가와 스타트업을 육성하는 게 시급하다.
③예방/보건의학
국민들에게 더 나은 삶의 질을 제공하려면 치료 중심의 의료서비스에서 벗어나 예측과 예방을 위한 의료서비스를 구축해야 한다. 예방/보건의학에서는 공중의료 서비스 및 웰빙에 중점을 둔다. 예를 들면 요즘 심각하게 확산되고 있는 코로나바이러스에 대한 대책 부분이 한 예이다. 개인이 아니라 대중 전체를 상대로 질병의 예측, 예방, 관리를 해나가는 공중의료 서비스라고 하겠다. 한반도에서 계절에 관계없이 심각해지고 있는 미세먼지 문제도 예방/보건의학에 속한다. 이를 위해서는 의료, 질병, 예방, 보건, 환경, 보험, 스트레스 등과 관련된 다양한 데이터가 제공될 수 있어야 한다.
④프라이버시/시큐리티
의료 데이터는 개인정보 보호 때문에 쉽게 접근할 수 없지만, 의학적으로 중요한 의료 연구에는 적법한 절차를 통해 활용될 수 있도록 제도를 정비해야 한다. 개인정보를 보호하는 법과 함께 그 정보를 효율적으로 관리할 수 있는 시스템도 필요하다. 전세계적으로 헬스케어 시장은 훨씬 더 커질 것이고, 그에 따라 의료 데이터의 중요성도 점점 더 부각될 것이다. 개인정보 보호와 공익을 위한 자료 공개‧공유 사이에서 많은 논쟁이 있겠지만, 공중보건을 위해서 질병을 분석하고 예측하는데 빅데이터 시스템이 필요하다는 것은 두말할 여지가 없다.
⑤원격의료
한국에서는 원격의료가 원칙적으로 허용되지 않고 있다. 그러나 이번 CES에서 자가진단 및 원격진료를 겨냥한 제품들이 많아진 것을 감안할 때 앞으로 발전 가능성이 큰 분야임에 틀림 없다. 원격의료가 제한된 이유야 많겠지만, 장기적인 안목에서 볼 때 관련 규제를 완화할 시기라고 생각한다. 이번 신종 코로나바이러스 확진자를 진료하는 과정에서, 일부 병원은 화상진료를 통해 전염 가능성을 최소화하고 있다는 뉴스를 보았다. 필자는 장차 원격진료 시스템이 다양한 목적으로 확대될 수밖에 없다고 전망한다.
임완수 교수 / 미국 메헤리 의과대학
메헤리 의과대학 가정의학과 및 보건대학 교수로 재직 중이다. 주로 Public Health Exposome의 개념을 갖고 질병을 연구한다. 사람이 약 30년 주기로 어떤 환경적 요소에 노출되어 있느냐를 데이터베이스(DB)로 구축해 질병을 연구해왔다. 최근엔 미세먼지와 심혈관 질병의 상관관계에 집중하고 있다. 한국에선 ‘커뮤니티매핑센터’ 대표이사를 맡아 환경센서 관련 활동을 다양하게 펼쳐왔다.
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