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디지털 헬스와 비접촉 바이탈 모니터링의 전망

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[무료 웨비나] 차세대 비전 시스템에서 JAI Go-X 시리즈를 활용하는 방법 (3/2, 온라인)

디지털 헬스 시장은 56조엔으로 성장

 

‘Big Tech’라고 불리는 세계 시가 총액 랭킹 톱 10에 드는 메가 플랫폼인 Apple, Microsoft, Google(Alphabet), Amazon, Meta Platforms(구 Facebook)은 최근 의료․헬스 케어 영역에서 연구 개발과 기업 인수를 강력히 추진하고 있다.

 

특히 Apple, Google, Amazon은 ‘생체 정보’의 수집, 활용에 주목하고 있다. 예를 들어 Apple은 2018년 ‘애플워치 4’에 심전도 기능을 탑재해 뇌졸중의 중요한 위험 인자인 심방세동 검지에 힘쓰고 있다. Google은 2021년에 출시한 ‘구글 네스트 허브 제2세대’에 독자의 레이더 기술을 탑재해 사용자의 수면 패턴을 해석하고 있다. Amazon도 2020년에 웨어러블 디바이스 ‘아마존 할로’를 시장에 출시해 사용자에게 식사와 운동 서비스를 제공하기 시작했다.

 

 

이와 같이 세계 유력 기업의 진입이 계속되고 있는 디지털 헬스 시장은 2025년까지 약 56조엔의 시장 규모로까지 확대될 것으로 예측되고 있는 성장 시장이다(그림 1).

 

집에서 일어나는 질병․사고의 ‘조기 발견’

 

진화하는 디지털 헬스 기술을 이용해 ‘생체 정보’를 수집․ 활용해 대응해야 할 중요한 사회 과제 중 하나가 집에서 일어나는 질병·사고의 ‘조기 발견’이다.

 

1. 기술 개발에 의해 교통사고 사망자 수는 감소

일본에서는 연간 약 1.4만명이 ‘집에서 일어난 사고’로 사망하고 있으며, 그 중 익사가 약 5,000명, 전도/전락이 약 2,000명이다. ‘교통사고’에 의한 사망자 수와 비교하면 1996년에는 양쪽 모두 약 1만 명이었던 것에 대해, 현재는 ‘교통사고’에 의한 사망자 수는 4,000명 이하로 감소했다(그림 2).

 

 

2021년에는 신형 국산차에 충돌 피해 경감 브레이크(자동 브레이크) 탑재가 의무화되는 등 국가와 자동차 제조업체가 자동차 안전을 위한 제도 책정, 기술 개발을 추진해 온 성과라고 생각된다.

 

2. 뇌졸중의 79%가 ‘집’에서 발병

또한 주택 특유의 과제로서 순환기 질환이 있다. 순환기 질환 중 뇌졸중은 연간 약 29만 명이 발병/재발하고 있으며, 그 중 79%가 ‘집’에서 발병하고 있다는 보고가 있다(그림 3).

 

 

뇌졸중의 효과적인 치료법인 혈전용해요법(t-PA 치료)은 발병 후 4.5시간 이내에만 약제를 투여할 수 있다는 시간적 제약이 있기 때문에 본래 투여해야 할 증례 중 실제로 투여할 수 있는 경우는 약 5%에 그치고 있다. 4.5시간의 제한 시간 중 구급 신고에서 병원 도착까지는 코로나19 확산 전의 데이터로 전국 평균 39.4분이고, 병원 도착부터 치료 시작까지는 약 1.5시간으로 추산되므로 약 2시간 이내에 ‘집에서 조기 발견’해서 조기 치료로 연결하는 것이 중요한 과제이다.

 

3. ‘집에서의 조기 발견’에 대한 주택 제조업체의 도전

이러한 배경을 중요한 사회적 과제로 파악한 대형 주택 제조업체인 세키스이 하우스는 2019년 여러 리딩 기업과 대학병원, ‘생체 정보’ 전문가 등의 협력을 얻어 주택에서 발생하는 급성 질환 대응 시스템 ‘HED-Net’ 개발에 착수한다고 발표했다.

 

‘HED-Net’은 거주자의 바이탈 데이터를 비접촉으로 검지·해석해 급성 질환 발병 가능성이 있는 비정상적인 바이탈 데이터를 검지한 경우에 구급센터에 발보, 오퍼레이터의 구두 안부 확인을 거쳐 응답이 없는 경우에는 구급 신고 대행을 실시해 구급대의 도착을 확인, 현관문의 원격 열기·잠금까지 한 번에 제공하는 세계 최초의 구조이다. 세키스이 하우스는 2020년 12월부터 ‘생활자 참여형 파일럿 프로젝트’로서 생활자가 거주하는 실제 주택에 비접촉 센서를 설치해 생활환경 속의 검증과 실용화를 위한 개선을 추진하고 있다.

 

4. 3조 엔의 사회 비용 절감의 가능성

만약 이러한 '집에서의 조기 발견’이 실현되어 사회에 널리 보급되면 사회 비용(의료비, 간병비, 환자와 가족의 노동손실액, 기업의 생산성 저하)을 절감할 수 있는 가능성이 있다. 산업기술종합연구소와 이솔루션즈에서는 뇌졸중, 심질환, 히트쇼크/익사, 전도/전락의 '조기 발견’을 통해 최대 3조엔의 사회 비용을 절감할 수 있을 것으로 추산하고 있다(그림 4).

 

 

고령화가 진행됨에 따라 일본의 의료비는 60조엔을 넘어 증가 추세에 있으므로 국가가 집에서 안심·안전을 지키는 구조의 표준화 및 도입 지원을 추진해 사회 비용 절감에 힘쓰는 사회적 의의는 매우 크다고 생각된다.

 

‘집’에서의 ‘경시 데이터’에 의한 예방

 

1. ‘CES 2022’로 보는 트렌드

미국 라스베이거스에서 열리는 세계 최대 가전·IT 전시회인 ‘CES’에서는 디지털 헬스의 선진적인 도전을 매년 전시하고 있다. ‘CES 2022’에서는 코로나19 확산의 영향으로 디지털 헬스에 대한 관심이 한층 더 높아져 디지털 헬스의 전시에 세계 각국에서 112사가 참가했다.

 

‘CES 2022’의 'Personal Health Meets Personal Wellness’ 세션에서는 기술 진화에 따른 의료․헬스 케어 제공 가치의 변화가 논의됐다.

 

종래에는 ‘병이 발생한 후’에 '병원’에서 ‘일시적인 데이터’를 취득해 ‘인간의 판단’으로 ‘획일적’인 ‘치료’를 실시하고 있었지만, 앞으로는 ‘병이 발생하기 전'부터 ‘집’에서 '경시 데이터’를 축적하고 'AI 기술’을 활용해 ‘개별 최적’인‘예방’이 제공된다고 하는 변화이다(그림 5).

 

 

2. ‘병원'과 ‘집’의 연계를 통한 포괄적 예방

이러한 의료·헬스 케어의 변화에 따라 ‘병원’과 ‘집’의 연계가 보다 중요해질 것으로 생각된다(그림 6).

 

 

‘집’에서 일상의 ‘경시 데이터’를 취득․축적하는 것을 기점으로 ‘1차 예방’에서는 ‘경시 데이터’로부터 질환의 발병 위험을 예측하고 건강 행동을 제안, ‘2차 예방’에서는 ‘경시 데이터’의 변화로부터 급성 질환의 발병을 ‘조기 발견’하는 급성 질환 대응, ‘3차 예방’에서는 ‘경시 데이터’의 온라인 진료에 대한 활용 등이 예상된다.

 

비접촉 바이탈 모니터링의 중요성과 전망

 

이러한 흐름의 전제가 되는 ‘집’에서의 ‘경시 데이터’ 취득을 뒷받침하는 핵심 요소는 비접촉 바이탈 데이터의 모니터링 기술이다.

 

애플워치와 같은 웨어러블은 의료기기 수준의 정확도로 심박을 검출할 수 있기 때문에 예를 들어 이미 심방세동 등의 고위험 질환을 앓고 있는 사람에게는 매우 유용하다. 한편 자신이 건강하다고 인식하고 있는 사람에게는 ‘집’에서 웨어러블을 계속 착용하는 것은 번거로울 수 있다. 일본 총무성 조사에 따르면 웨어러블을 이용하고 싶지 않은 이유로서 47%가 ‘착용이 번거롭다’고 대답했다.

 

따라서 보다 많은 사람에게 ‘집’에서의 ‘경시 데이터’ 취득을 촉진하기 위해서는 프라이버시를 배려한 비접촉 바이탈 모니터링 기술이 중요하다.

 

1. 비접촉 바이탈 모니터링의 선진 사례

최근 레이더 기술을 활용한 바이탈 모니터링의 연구 개발이 국내외적으로 진행되고 있다. 레이더 센서를 통해 대상자에게 전파를 송신하고, 대상자의 생체 신호를 포함한 반사파를 수신해 신호 처리에 의해 심박’호흡 성분을 추출하는 기술이다.

 

‘CES 2022’에 출품해 ‘Innovation Awards’를 수상한 Xandar Kardian사(캐나다)는 6.5~8GHz대의 IR-UWB(Impulse Radio Ultra Wide Band) 레이더를 이용한 비접촉 바이탈 모니터링을 개발했다. 측정대상자의 동작을 해석해 몸의 움직임이 80% 안정된 경우에만 심박·호흡수를 추계하는 독자의 알고리즘에 의해 실험환경에서 안정 시의 심박수를 97%, 호흡수를 95%의 고정밀도로 검출하고 있다(그림 7). 검출 한계 거리는 심박수가 약 2m, 호흡수가 약 7m이다. 2021년 4월에 FDA(미국 식품의약품국)로부터 의료기기 승인을 받아 뇌졸중, 심질환 등의 순환기 질환 환자를 위한 재택 모니터링 솔루션을 2022년 여름에 미국에서 출시했다. 단, 이 솔루션은 환자의 침대를 모니터링하기 때문에 여러 사람의 바이탈 검출에는 대응할 수 없다.

 

 

5.46~7.25GHz대의 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더를 이용한 MIT 연구에서는 센서로부터 피험자의 거리가 8m에서도 심박수·호흡수를 정밀도 약 99%로 검출하고 있다(그림 8). 이 연구의 알고리즘 특징은 심박·호흡을 추출하는 전처리로서 사람으로부터의 반사파와 가구 등의 정지 물체로부터의 반사파를 분리하고 있다. 그 특징을 응용함으로써 여러 사람의 측정에서도 심박수는 90.1%, 호흡수는 99.2%의 정밀도로 검출할 수 있다. 단, 사람과 사람의 간격이 1m 이상 떨어져 있어야 하는 점이 과제이다.

 

 

2. 센서의 고도화에 따른 장래 전망

앞에서 말한 두 가지 사례는 마이크로파 레이더를 이용했다. 최근에는 지금까지 이용이 충분히 추진되지 않고 정보 전송 용량이 큰 밀리파의 활용에 주목하고 있으며, 특히 차재 센서 분야에서 유럽이 선행해 차간 거리 제어 시스템 등에 밀리파 레이더를 활용하고 있다.

 

밀리파 레이더는 거리·속도·각도 모두에서 마이크로파 레이더보다 뛰어난 분해능을 가진다. 79GHz대 레이더라면 수 cm~수십 cm의 우수한 거리분해능을 가지며, 측정 대상을 고정밀도로 검지·분리할 수 있게 된다. 또한 밀리파는 파장이 짧아 소형의 고감도 안테나를 실현할 수 있기 때문에 여러 안테나를 조합한 MIMO(Multiple Input Multiple Output)나 그로부터 얻은 신호를 제어하는 디지털 빔포밍 등의 다양한 고도화 기술이 연구되고 있다. 이러한 기술을 비접촉 바이탈 모니터링에 응용하면 근접한 여러 사람의 심박․호흡을 고정밀도로 검지할 수 있을 것으로 생각된다.

 

이 글을 읽고 있는 독자 중에는 자신의 연구가 사회 실현이 되어 디지털 헬스 발전에 기여한다고 생각하는 분도 있을 것이다. 그러한 분은 필자에게 연락을 주셔서 오픈 이노베이션으로 이어질 수 있기를 기대한다.










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