자체 심볼릭 엔진을 통해 데이터 분석까지 제공하는 플랫폼
헬스케어 3.0 시대에는 일상 관리의 헬스케어의 개념이 변하면서 기존의 병원치료 중심에서 예방 및 건강관리 중심으로 발전할 것이다. 이러한 환경에서 MIT공대는 U 헬스의 시장 진입을 가속화하기 위해 MICA(Measurement, Instrumentation, Control, and Analysis)를 개발했다.
의료IT융합 기술은 다음과 같은 기술들을 소개한다. U 헬스는 시간과 공간에 구애받지 않고 언제 어디서나 건강을 관리하고 증진시키며, 질병을 예방하고 관리한다. 다음으로 디지털병원이란 병원 내 장비를 디지털화 하고 이를 하나의 통합된 프로그램으로 제어·네트워크화 해 진료 효율을 높이며, 최상의 의료서비스를 제공하는 것이다.
이밖에 IT기술을 의료기기에 접목해 효율을 높이고 새로운 형태의 진단 및 치료를 가능하게 하는 IT 융복합 진단치료 시스템과 대규모로 축적되는 의료 정보의 효율적 활용을 추구하는 Health 2.0 등이 있다.
헬스케어 3.0 시대에는 일상 관리의 헬스케어의 개념이 변하면서 기존의 병원치료 중심에서 예방 및 건강관리 중심으로 발전할 것이다. 또한, 개인 맞춤 치료가 확산되면서 치료 방식이 개인의 특성을 고려하지 않는 표준 처방에서 유전적 소인과 체질을 고려하는 맞춤 치료로 전환될 것이다. 이와 같은 진단과 치료의 미세화를 통해 정밀도가 향상돼 질병의 조기 진단이 가능해지고 고통을 최소화할 수 있는 수술이 일반화되며, 환자의 경향에 따라 진단부터 사후관리까지의 전 과정에서 환자의 편익과 효용이 극대화될 것이다.
이처럼 의료기술과 BT·IT, 유전정보 등을 접목한 새로운 헬스케어 서비스의 등장으로 소비자 맞춤형 서비스의 기회가 확대되고 있고, 기업은 이를 새로운 성장 동력으로 삼을 수 있게 됐다. 건강정보, 유전정보 등을 이용한 평생 건강관리, 맞춤진단, 치료기술 및 서비스의 출현은 고령화 시대의 필수 불가결한 시대적 흐름이라고 할 수 있다.
헬스케어 융합기술은 막대한 복지비용 지출이 예상되는 고령화·만성질환 관리의 주요한 국가적 정책 수단으로 부상하고 있다.
U 헬스 기술 PHR 개발 로드맵
MICA(Measurement, Instrumentation, Control, and Analysis)는 MIT공대에서 개발한 제품으로, U 헬스의 시장 진입을 가속화시킬 수 있는 가능성이 가장 높은 제품으로 가공될 전망이다. 기본적으로 6개(초기 제품) 센서들의 조합으로 제작됐으며 무선 기반에 제어가 가능하도록 설계되었다. 이 시스템은 휴대가 간편하고 비교적 정확한 측정 데이터를 전송할 수 있어서 큰 관심을 모으고 있다.
▲ 표 1. U 헬스 기술 개발 로드맵
MICA System 구조
MICA는 센서에 의해 계측되고 액추에이터에 의해 작동되며, 무선 USB 장치와 무선을 통해 소형 컴퓨터에 데이터를 전달 및 통신한다. 이 소형 컴퓨터는 MICA의 작업 공간이라고 할 수 있다. 사용자는 이 장치와 함께 MICA 작업 영역에 연결할 수 있는 웹 브라우저를 사용한다.
MICA 작업 공간은 데이터 분석 환경이다. 심볼릭 엔진과 계산(Computational Mathematics) 엔진의 2가지 주요 부분으로 구성된다. 심볼릭 엔진을 통한 데이터의 흐름은 사용자 입력으로부터 단순한 출력을 내는 구조이다.
MICA Hardware
MICA는 구성 시스템이자 실험을 위한 기구이기도 하며, 결과 데이터를 분석하기 위한 것이다. 저렴한 시스템을 만들기 위해 전 세계 학생들의 교육 도구로 사용하는 것을 목표로 제작을 시작했다. MICA 센서 및 액추에이터는 각 면이 보통 25mm이고, 렌더링과 같은 큐브이다.
▲ 그림 3. MICA 큐브 형상
▲ 그림 4. MICA 3축 마그네틱 필드 센서로 마그네틱
필드를 측정
큐브는 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이와 압전 스피커를 가지며 3축 가속도 센서, 3축 자이로스코프, 리튬 폴리머 전지 및 무선 모듈로 구성된다. 또한 측정된 자계를 OLED로 표시하는 기능을 그림을 통해 볼 수 있다.
무선은 BeagleBone 소형 컴퓨터에 연결된 MICA의 USB 라디오로 5KB/sec의 속도로 전송한다. 이 컴퓨터는 이더넷에 가상 USB를 통해 웹 서버를 시작한다. 이를 통해 PC에 특정 소프트웨어를 인스톨하지 않고도 웹 환경에서 사용할 수 있게 하는 환경을 구축한다.
큐브에는 기본 센서 또는 액추에이터가 있다. 현재 자계 관련, 필드 압력(액체 또는 기체), IR 온도 및 바이오 포텐셜뿐 아니라 레이저 액추에이터 큐브도 있다.
각 큐브의 72MHz CortexTM-M3 마이크로 컨트롤러는 센서 무선 데이터 전송뿐만 아니라, 사용자에게 프리젠테이션을 하기 위한 데이터 처리 수행이 가능하며, 신호의 표준 편차가 존재한다.
각 큐브는 플렉시블 PCB에 정사각형 FR4 보강재를 부착해 구성된다. 프린트 배선판은 일반적으로 Flex-Rigid 구조라고 불린다. 플렉시블 PCB의 가장자리는 구리가 노출되고, 기판이 접힐 수 있도록 큐브에 함께 납땜된다.
큐브의 외부 센서 포트는 큐브가 너무 크거나 무거운 경우 또는 환경이 가혹한 경우에 사용된다. MICA는 현재 6개의 외부 센서(가속도, 자이로스코프, 가스 흐름, 자장, 온도 탐침, 서모 파일, 바이오 포텐셜)를 사용한다. 뿐만 아니라, 자신이 사용하는 고유한 센서를 통합하고자 하는 사람들을 위해 일반적인 커넥터를 사용한다.
▲ 그림 5. MICA를 몸에 착용한 상태
▲ 그림 6. 큐브 전개도
이 센서들은 매우 일반적인 것이다. 현재 센서들의 선택과 액추에이터는 상당히 제한돼 있지만 MICA 플랫폼은 급속한 발전이 가능하다. MICA의 작동 목표는 고정밀 확도를 갖는 센싱이라고 할 수 있다. 모든 제품이 그렇듯이 데이터의 신뢰성을 바탕으로 설계돼야 하기 때문에 확도는 매우 중요하다고 할 수 있다.
▲ 그림 7. MICA에서 사용하는 IR 온도측정용 커넥터
MICA 특성 및 장점
1. MICA 센서 및 액추에이터는 MICA의 USB와 무선 통신한다.
2. 무선 MICA의 USB에 BeagleBone 소형 컴퓨터의 가상 직렬 포트를 이용하여 통신을 중계한다.
3. 소형 컴퓨터는 두 개의 서버를 호스팅한다.
4. 하나의 서버는 node.js에서 실행되고 자바스크립트로 작성돼 직접 데이터를 처리하는 역할을 한다.
5. 다른 하나의 서버는 웹 기반 UI 역할과 데이터 분석 및 기호 계산 처리를 하는 Python 노트북 서버 역할을 한다.
6. 이 환경의 주요 부분은 파이톤(Python)이라는 심볼릭 엔진이다.
7. 심볼릭 엔진은 두 부분으로 구성된다. MICA 자체 심볼릭 엔진이 필요한 첫 번째 이유는 연산 플랫폼보다는 데이터 분석 플랫폼으로 사용하기 때문이다. MICA는 기존의 심볼릭 엔진보다 다른 기능을 필요로 한다.
예를 들어 모든 MICA 작업 영역에서 숫자들은 실시간으로 입력되는 센서 데이터를 출력할 수 있어야 한다.
두 번째 이유는 비용이다. MICA가 세계 시장에 진출하기 위해서는 비용 절감이 중요하다. 때문에 라이선스 비용이 MICA 하드웨어 비용보다 비싸서는 안 된다.
마지막 이유는 사용의 용이성이다. 데이터 분석 환경으로서, 이상적인 MICA 작업 공간은 기존의 심볼릭 엔진과는 달라야 하기 때문이다. MICA 작업 공간은 잠정적으로 오픈 소스로 기능을 사용할 수 있도록 하고 있다.
박종천 부사장 _ 레이딕스텍
