AI 의료의 역사와 현주소
Part II
2. AI를 통한 의료 서비스의 패러다임 전환
원격 진료(보건복지부 시범사업 및 규제자유특구(디지털 헬스케어 강원) 사례 소개
현재 정부와 보건복지부에서는 스마트안전제어(충북), 자율주행(세종), e모빌리티(전남), 디지털헬스케어(강원), 차세대배터리 리사이클링(경북), 스마트웰니스(대구), 블록체인(부산) 등 7개 지자체를 규제자유특구로 선정하여 21세기를 주도할 기술 사례 등의 연구 개발을 추진하고 있다.
이 중 디지털 헬스케어 분야의 연구 개발 클러스터로 지정된 강원도에서는 지난 2년 간 사상 처음으로 민간 의료기관의 주도 하에 원주시와 춘천시, 그리고 강원도 내의 격오지에 거주하는 만성질환자 400명을 선정하여 우선 병원에서 먼저 진단을 받은 후, 주치의와 환자가 모니터 상담과 교육을 통한 원격 진료를 시범적으로 진행하였다.
국내에서 민간 환자와 의사가 네트워크 통신망과 빅데이터를 활용한 클라우드를 활용하여 원격진료가 이루어진 첫 사례에 해당한다. 현행 의료법에서는 군부대나 교도소, 원양어선 등의 특수한 경우를 제외하면 이러한 원격진료는 개인정보보호법 위반사항에 접촉되기 때문에 이루어지지 않았다.
종래의 시범사업에서는 환자가 보건소를 찾아가 의사나 간호사와 만한 후, 이들 의료인들이 1차의료기관에 연락을 취하여 처방을 받는 정도를 원격의료로 칭했다. 그러나 이번 시범 사업에서 환자들의 만족도는 77%로 원격진료에 대한 긍정적인 결과가 나왔으며, LTE보다 20배 빠른 20Gbps에 달하는 5G의 전송속도가 맞물린다면 향후 원격진료는 향후 더욱 빠르게 발전할 것으로 예상된다.
AI + 5G + 스마트기기로 변화하는 질병관리 시스템
1985년, 북미방사선학회(Radiology Society of North America, RSNA)에서 DICOM(의료용 디지털 영상 및 통신(Digital Imaging and Communications in Medicine)표준이 발표된 이래, 통신 속도는 의료 서비스의 패러다임에 큰 변화를 가져왔다.
이전까지는 영상데이터나 진료기록을 일일이 수기로 기록하거나, 필름 같은 물리적인 형태의 제품을 사용해야 했지만, 네트워크 기술의 발전으로 영상 데이터를 및 환자의 개인 기록을 모두 네트워크 상에서 데이터로 처리하여 공유할 수 있게 되었다.
환자들의 건강 관리나 병력, 입퇴원기록 등을 관리하는 이른바 ‘전자 차트’나 영상정보를 데이터화하여 영상진단기기에서 곧바로 의사의 단말기로 연결해주는 PACS(Picture Archive and Communication System)이 바로 이러한 네트워크의 등장으로 가능하게 된 대표적인 서비스들이다.
하지만 동시에 DICOM의 등장은 환자의 질환을 진단하고 치료나 예방 전략을 짜기 위한 영상진단기기의 발전으로 인하여 방대한 데이터를 처리하는 기술을 항상 요구하게 되었다.
방대한 데이터를 빠른 속도로 처리할 수 있는 5G 네트워크의 도입은 이러한 의료 트렌드와 시대의 요구를 보다 진일보된 형태로 진화시켜, 의료 서비스 분야에 상당한 경제적인 이익을 제공할 것으로 기대되고 있다.
AR, VR 기술과 웨어러블 헬스케어 기기 시장 동향 및 사례 소개
헬스케어 산업은 2008년, 생물학자로 유명한 ‘르로이 후드(Leroy Hood)’박사가 제창한 4P 중심으로 변화하고 있다.
4P란 예측(Predictive), 개인(Personalized), 참여(Participatory), 예벙(Precentive)를 의미합니다. ‘예측’은 질병의 발병에 대한 가능성을, ‘개인’은 환자 개개인에 대한 맞춤 치료 및 시술을, ‘참여’는 의료 행위에 있어 환자 개인이 관여할 수 있는 것을, 그리고 ‘예방’은 질병의 발병에 대해 미리 대처하는 것을 의미한다.
이러한 4P 중심의 의료는 환자 개인의 특징 및 상태를 분석하여 정밀 의료(Precision Medicine)으로 발전하고 있으며, 5G 환경은 더욱 정밀한 의료 서비스를 누릴 수 있게 해준다.
현재 헬스케어 기기 시장에서는 의료 서비스 관련 5G 시장의 규모가 2026년에는 약 760억 달러(한화 약 86조1840억)에 이를 것으로 전망하고 있다.
특히, 5G 기반 네트워크의 도입으로 가장 큰 성장이 기대되는 분야는 정밀 의료와 모니터링을 통한 조기 치료 및 예방의료 분야와 환자가 참여할 수 있는 분야, 원격진료, 그리고 증강현실(Augmented Reality, AR)과 가상현실(Virtual Reality, VR)을 응용한 수술 훈련이나 치료 계획 수립 등을 포함한 시설 중심의 적용 방식 등의 분야가 전체 시장의 70%를 차지할 것으로 전망하고 있다.
특히 주목받고 있는 시장은 ‘웨어러블 의료기기’와 ‘수술용 네비게이션 기술융합 의료기기’, 등을 꼽을 수 있는데, ‘웨어러블 의료기기’는 디스플레이, 센서, 소프트웨어, 네트워크, 프로세스, 기계 등 다양한 기술이 융합된 복합기술로, 신체에 착용한 기기들을 WIFI나 5G, 블루투스 등의 무선통신망으로 연결하여 생체정보를 모니터링하고 이를 병원 등 의료기관에 전송하여 신체의 건강 관리 능력을 증강하고 또 보완하여 사람의 의지에 따라 조절이 가능한 기술을 지닌 기기를 의미한다.
웨어러블 기기는 원래 군사기술 분야에서 최초로 적용되었지만 착용하기 무겁고 형태가 투박하며, 기능이 제한적이었기에 일시적으로는 도태된 기술이었다. 그러나 최근 스마트웨어의 기술 발전 및 배터리, 통신기기의 소형화로 인하여 그 시장이 다시 활성화되고 있는 추세다.
2010년대에 들어서면서 스마트폰이 보편화되고 사물 간에 인터넷이 연결되어 정보를 교환하는 이른바 사물인터넷(Internet of Things, IoT) 서비스가 가능해지면서 웨어러블 기기는 스마트폰이나 태블릿과 연동되는 형태로 발전하고 있다.
헬스케어 분야에서는 WBAN(Wireless Body Area Network)를 통하여 신체에 착용한 기기로 체온, 심전도, 산소포화도, 혈당, 호흡률, 혈압 등을 측정할 수 있으며, 5G 네트워크 환경에서는 병원에 입원한 환자들에게 WBAN 기반의 모니터링 장비를 착용하게끔 한 후 환자들의 생체정보를 실시간으로 수집하여 간호사나 주치의가 자신의 오피스나 병원 외래 사무실에 설치된 컴퓨터, 혹은 휴대용 단말기를 통하여 손쉽게 환자들의 건강상태를 모니터링하거나 핀포인트로 환자에게 필요한 치료를 행할 수 있다.
방대한 데이터를 빠른 속도로 처리할 수 있는 5G 네트워크와 WBAN 기술은 또한 병원을 방문하기 어려운 오지나 시골에 거주하는 환자들이나 국군 장병들에게도 적용이 가능하며, 특히 고령의 만성질환자들에게도 양질의 서비스를 제공할 수 있다.
‘수술용 네비게이션 기술융합’ 분야는 진단부터 수술까지 필요한 의료영상 진단, 수술을 보다 원활하게 실시하기 위한 네비게이션, 의료용 가상현실 및 증강현실 등을 융합하는 기술로, 환자의 해부학적 구조를 파악하고 이를 영상화하여 보다 정밀하고 안전한 수술 계획을 확립하고 시술 부위에 대한 보다 정확한 가이드를 해주는 것을 의미한다.
‘수술용 네비게이션 기술’은 여러 장기, 신경, 혈관, 근육, 그리고 뼈가 뒤엉켜 있는 환자의 체내에서 의사가 집도할 부위를 정확하게 찾아 환자가 받는 부담을 최소화하고 보다 정확한 시술이 가능하도록 도와주는 기술이다.
수술용 네비게이션 기술’은 크게 ‘시술자가 원격으로 조종하거나 혹은 직접 조종하는 ‘로봇 기술’, 영상의료기기에서 얻은 영상 정보와 시술을 해야 하는 환부의 위치를 매치하는 ‘수술 네비게이션’, 그리고 시술 전 치료 과정을 시뮬레이션을 통하여 최적의 수술을 가이드 해주는 ‘수술용 가이드 기술’이 있다.
육안으로 구분이 힘든 미세영역 수술 분야에 있어 증강현실(Augmented Reality, AR) 기술을 응용한 장비들의 개발이 활발하게 진행 중이다. 증강현실이란 사용자가 실제 눈으로 보는 현실에 3차원의 가상공간이나 유의미한 정보를 합성하여 보여주는 기술을 의미한다.
즉, 육안으로 찾아보기 힘든 시술 부위에 X-RAY, CT, MRI, PET, SPECT, 초음파 기기 등으로 얻은 영상정보나, 환자가 착용한 웨어러블 기기로부터 얻은 환자의 데이터를 영상으로 구현하여 시술자가 착용한 고글 등에 실시간으로 투영함으로써 시술 시 발생할 수 있는 사고를 미연에 방지하고 보다 정확한 수술이 가능하도록 도와주는 것. 이러한 영상 데이터는 방대한 용량을 차지하기 때문에 빠르고 정확한 네트워크가 필수불가결한 요소로 작용된다.
한국과학기술연구원에서는 3차원 가상환경 기반의 수술 시뮬레이션으로 얻은 정보를 다시 AR기기에 투영하여 시술 시 정확한 수술을 유도할 수 있는 시스템을 개발 중이고, 분당서울대학교병원과 대구경북과학기술원에서는 CT와 MRI에서 얻은 영상 데이터를 3D로 구현 후, 수술용 카메라가 포학한 실제 영상에 이를 투영하는 방식으로 AR 수술 네비게이션을 개발하였다.
특히 분당서울대병원의 경우 이를 대장암 수술에 실시하여 성공하였으며, 별도로 이를 교육 컨텐츠로 개발하여 전공의, 간호사 및 의과대학생들을 대상으로 한 교육에 활용하고 있다.
반대로 ‘가상현실(Virtual Reality, VR)’의 경우에는 현실과 유사한 허상을 구현하여 사용자가 실제 환경처럼 느끼게 해주는 기술을 의미한다. VR기술을 응용하면 복잡한 수술을 계획할 때 실제와 동일한 환경에서 3차원의 시뮬레이션 시술을 미리 하여 오류 가능성을 낮출 수 있습니다. 또한, 뇌졸중이나 외상으로 인하여 팔다리나 손가락 등에 손상을 입은 환자들의 재활 치료에도 도움을 줄 수 있다.
일례로, 미국 미네소타 주의 Masonic 아동병원은 VR기술을 이용하여 샴쌍둥이 분리 수술을 성공시킨 바 있으며, 스위스의 의료기기 업체인 Mindmaze가 개발한 Mind Motion Pro라는 제품은 환자가 VR 공간에서 팔을 들거나 손가락을 움직이는 방법을 연습할 수 있도록 지원하고 있다.
국내의 경우, 가천대학교 길병원에서 환자에게 친숙한 공간을 3D VR로 재현하여 인지재활치료에 응용하고 있고, 삼성서울병원 암센터에서는 암 진단과 치료과정에서 많은 사회적, 심리적 고통을 겪는 환자들을 위한 힐링 프로그램이 탑재된 심리안정 가상현실 프로그램인 Healing U VR Application을 개발하여 현재 운용 중에 있다.
5G 기술의 접목으로 변화하는 응급구조/치료 현장
과학기술정보통신부와 정보통신산업진흥원은 지난 6월 신촌 세브란스병원에서 'AI 기반 응급의료시스템 개발 사업단' 출범식을 개최했다.
연세의료원이 주관할 컨소시엄에는 아산병원·아주대병원 등 의료기관 6곳, 국내 유수의 통신사업체 및 정보통신기술 기업 10곳, 서울대·전자통신연구원 등 기관 4곳이 참여한다.
이 사업은 환자 이송시간을 최대한 줄여 치료 골든타임을 확보하고, 환자 상태·질환·중증도에 따라 맞춤형으로 진단·처치서비스를 제공하는 사업이다.
의학계에서는 ‘불필요한 검사 없이 준비된 치료를 할 수 있고 양질의 응급의료를 활용할 수 있어, 환자 이송시간을 최대한 줄여 치료 골든타임을 확보하고, 환자상태‧질환‧중증도에 따라 맞춤형으로 진단‧처치 서비스를 제공할 수 있을 것’이라며 큰 기대를 모으고 있다.
5G 기반의 네트워크를 활용하여 응급현장에서 환자의 혈압이나 맥박, 산소포화도 등의 생체 데이터와, 현장과 병원을 직접 연결하여 환자를 촬영하거나 혹은 응급이송차량이나 닥터 헬기 등에 장착되어 있는 의료영상진단 장비등에서 얻을 수 있는 데이터를 초고속으로 실시간 전송하는 시스템이다.
또한 전송된 데이터를 바탕으로 환자의 증상을 파악하고, 주변의 응급구조센터의 상태나 치료기관의 상태를 분석하여 환자 별로 최적의 병원을 선정하는 시스템을 구축하고, 이를 내비게이션 기술에 접목시켜 환자의 이송시간 또한 단축시킬 계획이다.
데이터를 효과적으로 활용하기 위해 현재 국가응급진료정보망(NEDIS)과 소방청, 응급실 등으로 분산돼 있는 응급의료데이터를 5G 기반으로 통합·연계, 분석해 AI 학습이 가능한 클라우드 네트워크 또한 개발 중에 있으며, 2021년까지 119 구급차량 및 닥터헬기, 응급의료센터를 연결하는 ‘AI 기반 응급의료시스템’을 우선 적용하여 시범사업을 통하여 테스트를 거친 후 각 지자체의 소방본부 및 의료기관으로 확대하여 보급할 예정이라고 한다.
이 사업은 과학기술정보통신부와 보건복지부, 행정안전부 등의 관련 부처 4개가 개발 및 실증 등의 상호 협업 하에 진행될 예정이다.
Part III에 계속.
