[기술기고] 웨어러블 통해 생체 신호 모니터링, 사전에 치료 시작해

  • 2020-03-09
  • 글 / 얀 하인 브로더스(Jan-Hein Broeders), 헬스케어 사업 개발 매니저, 아나로그디바이스(Analog Devices, Inc.)




헬스케어 시장용 웨어러블 기술 동향


이 글은 얀 하인 브로더스(Jan-Hein Broeders) 아나로그디바이스 유럽지역 헬스케어 사업 개발 매니저가 유럽 매체와 가진 인터뷰를 정리한 것이다. 얀 하인 브로더스 매니저로부터 의료 시장의 최근 동향과 이 분야에서 이뤄진 최신 기술발전 성과가 어떻게 사람들의 건강에 기여하고 삶을 향상시키는지에 대해 들어본다.


아나로그디바이스(ADI)가 현재 관심을 갖고 있는 시장과 제공 중인 제품에 대해 소개해 달라.

아나로그디바이스는 다양한 산업 분야에 반도체와 관련 솔루션을 제공하는 글로벌 기업이다. 우리의 목표 시장은 산업, 통신, 자동차, 소비자, 의료, 크게 5개 분야이다. 의료 시장은 여러 개의 세부 시장으로 나눌 수 있다. 여기에는 의료 영상, 생체 신호 모니터링(VSM), 의료 계측이 포함된다. ADI는 모든 세부 시장에 적극적으로 제품을 공급하고 있으며, 이들 세부 시장은 일반적으로 지역마다, 지리적 위치에 따라 수요가 다양하다. 눈에 띄는 점은 지난 몇 년 사이에 VSM이 모든 지역에서 가장 빠르게 성장하는 부문의 하나 였다는 점이다.

10년 전만 해도 VSM 응용은 주로 병원과 구급차, 헬리콥터 같은 전문 구조 장비에서나 볼 수 있었다. 가장 큰 시장은 침상용 모니터와 중환자실 모니터 시장이었다. 이러한 고가시스템은 다극 심전도 측정, 산소 포화도, 체온, 이산화탄소 측정을 지원하고 다른 많은 신호들을 측정한다. 이제 VSM은 일상 생활의 일부가 되고 있다.

웨어러블 VSM 시스템이 도입되면서 의사들은 원격으로 환자의 상태를 모니터링 할 수 있게 되었으며, 환자들 역시 수술 후 꼭 병원에서 회복할 필요 없이 더 빨리 퇴원해서 집에서 편안하게 회복할 수 있다. 이는 비싼 의료 비용을 줄여줄 뿐 아니라 회복 기간도 단축시켜 줄 수 있다. 개인환경에서 회복이 더 빠른 경향이 있기 때문이다. 또한 원격 VSM 시스템은 노년층이 더 오랫동안 독립적으로생활할 수 있게 한다.

고령화와 함께 요양 비용 부담이 커지고 있는데, 원격 모니터링 시스템을 채택한다면 더 적은 전문가들이 더 많은 사람들을 모니터링할 수 있다. 스포츠와 훈련에도 VSM 도입이 확산되고 있다. 이를 통해 사람들은 자신의 생체 신호를 더쉽게 모니터링하고 운동이 얼마나 효과적인지 피드백을 받을 수 있다.

"이제 웨어러블 기기를 활용할 수 있게 되면서 우리는 매일 중요한 생체 신호를 모니터링하고 과거에 비해 훨씬 빠른 조기 단계에 변화와 이상 징후를 감지할 수 있게 됐다. 이처럼 생체 신호를 모니터링해서 이상 징후를 조기에 감지할 수 있게 된 것의 가장 큰 이점은 질병이 진행돼 신체에 영구적인 손상을 입히기 전에 특정 질병에 대한 치료를 시작할 수 있다는 것이다."
 


ADI의 센서 포트폴리오는 어떻게 구성되며, 디바이스와의 통합은 얼마나 수월한지 설명해 달라.


시장이 빠르게 변하고 있다. ADI가 이전에는 신호 조절과 디지털 영역으로의 변환을 위한 개별적인 빌딩 블록을 제작했다면, 이제는 아날로그 입력단에서부터 디지털 인터페이스에 이르기까지 자체 보정과 온도 보상을 비롯한 모든 것을 포함하는 완벽한 아날로그 프런트엔드(AFE)를 지원한다.

또한 우리는 센서 소자를 포함함으로써 이제 생체전위 측정, 생체전기저항 감지, 광학 PPG 측정(심박수, 심박수 변이도, 산소포화도(SpO2) 모니터링 용도), 움직임 추적, 정확한 체온 감지를 위한 단일 칩 솔루션을 제공한다. 이러한 모든 서브시스템은 ADC를 통합하고 있어 사용자는 별개의 부품으로 복잡한 회로도를 작성할 필요 없이 매우 쉽게 특정 인자를 측정하고 측정된 판독값을 최종 응용이나 시스템에 포함할 수 있다.

광센서를 활용하면 인체의 한 지점에서 심박수 측정이 가능할 뿐 아니라 심박수 변이도(스트레스 수준 검출 척도)나 산소 포화도(산소를 운반하는 적혈구 비율)도 측정할 수 있다. ADI는 포토다이오드 전류를 인터페이싱하는 별개의 증폭기부터 시작해 광전류를 조절하는 AFE에 이어 시스템에서 방출되는 빛을 제어하는 데 사용되는 LED 제어를 위한 전류 소스를 통합했다.

모든 전자 엔지니어가 광학 엔지니어는 아니기 때문에 우리는 5~6 종류의 광학 모듈을 개발했다. 이들 모듈은 AFE, 1개 이상의 포토다이오드, 그리고 필요한 LED를 결합해 완벽한 광학 시스템을 지원한다. 이 모듈은 크기가 매우 작으며, 경쟁이 치열한 시장에서 신속한 제품 출시와 비용 절감에 최적화되었다.



헬스케어 분야를 위한 ADI의 최신 솔루션은 무엇인가?


ADI는 최근 ADPD4000이라는 바이오메디컬 AFE를 출시했다. 웨어러블 기기는 심박수, 활동량, 피부 임피던스, 산소 포화, 체온 등 한 가지 이상의 인자를 측정하는 경우가 많다. 이 때, 각각의 측정 항목마다 개별 칩이나 센서를 사용하는 것은 바람직하지 않다. 전체 보드 크기와 필요한 전력은 물론, 전체 시스템 비용이 증가하기 때문이다.

ADI의 최신 제품은 모션을 제외한 이 모든 항목들을 단 한 개의 칩으로 측정할 수 있다. 이 새로운 칩은 직접 생체전위 전극에 연결하여 심장의 신호를 측정한다. 또한 스트레스나 정신적 상태 추적을 위한 전기 피부 반응을 측정할 수 있다. 이 칩은 광전류 측정을 위한 8개의 입력과, LED 구동을 위한 8개의 전류 소스를 포함한다. 뿐만 아니라 정전용량과 온도를 측정할 수 있는 보조 입력을 지원한다. ADPD4000 같은 칩을 사용하면 매우 전력 효율적이면서 작고, 비용 효율적인 웨어러블 VSM 시스템을 제작할 수 있다.
최근 몇 년 사이 건강 상태 모니터링 기술이 어떻게 변화했는지 설명해 달라.

과거에는 의료 시장이 의사 중심적이었다. 즉, 몸에 이상을 느끼거나 사고를 당하는 등 건강에 확실한 이상이 생겨야 의사를 찾았다. 그러다가 기술, 특히 전자 산업이 전체 헬스케어 시장에 커다란 영향을 미치면서 보다 환자 중심적인 접근 방법이 탄생했다. 이제 우리는 소비자(또는 환자)로서 우리 자신의 건강 상태를 모니터링하는 방법과 헬스케어와 의료 서비스를 받기 위해 선택할 수 있는 더 많은 옵션을 갖게 되었다.

과거에는 건강에 무언가 이상을 감지해서야 문제를 인식했지만, 이제 웨어러블 기기를 활용할 수 있게 되면서 우리는 매일 중요한 생체 신호를 모니터링하고 과거에 비해 훨씬 빠른 조기 단계에 변화와 이상 징후를 감지할 수 있게 됐다. 이처럼 생체 신호를 모니터링해서 이상 징후를 조기에 감지할 수 있게 된 것의 가장 큰 이점은 질병이 진행돼 신체에 영구적인 손상을 입히기 전에 특정 질병에 대한 치료를 시작할 수 있다는 것이다.

고혈압 질환을 예로 들어보자. 일부 고혈압 증세들은 잘 알려져 있지만, 뚜렷하게 이렇다 할 증세를 유발하지 않는 경우도 많다. 고혈압이 장기화하면 뇌졸중, 심장마비, 심방세동이나 그 밖에 다른 여러 가지 위험한 질병을 유발할 수 있다. 고혈압은 생활 습관을 개선하거나 약물을 복용하면 매우 쉽게 치료할 수 있어 합병증 유발 위험을 낮출 수 있다. 이처럼 뚜렷한 증세가 없어 환자 자신이 질환을 인지하지 못하는 경우, 중요한 생체 신호를 모니터링하는 웨어러블 기기는 생명을 구하고 영구적인 손상으로 이어질 수 있는 건강상의 사고를 미연에 방지할 수 있다.

웨어러블 기기가 우리의 삶을 향상시킬 수 있는 또 다른 좋은 예로 당뇨병을 꼽을 수 있다. 심각한 정도에 따라 처치는 다르지만, 당뇨병 환자는 하루에 여러 번 포도당 수치를 검사하고 인슐린을 투여해 혈당 수치를 조절해야 한다. 대부분의 당뇨 환자는 시간이 지남에 따라 이러한 일상에 익숙해지기도 하지만, 이러한 작업들은 일상 생활을 방해하는 불편하고 부담스러운 일이 될 수 있다.

이제는 포도당 수치 확인 작업의 추세가 기존의 혈당 측정(BGM) 방식 대신 웨어러블 감지 기술로 인해 가능해진 연속 혈당 측정(CGM) 방식으로 옮겨가고 있다. 연속 혈당 측정 기술은 혈당 수치를 하루 종일 지속적으로 측정할 수 있고, 필요한 인슐린 양을 인슐린 펌프가 주입하여 적정 수준을 유지한다. 이 방식은 폐쇄 루프 방식이므로 소비자(또는 환자)의 부담을 덜어준다.

이는 당뇨병 환자를 기존의 불편함으로부터 벗어날 수 있게 함으로써 일상 생활에 커다란 영향을 줄 수 있다. 기술, 특히 웨어러블 기기는 예방 조치의 측면에서나 이미 잘 알려진 질환으로 진단받은 사람들을 위해서도 이루 말할 수 없을 만큼 많은 이점을 제공할 수 있다는 것을 입증하고 있다.

아나로그디바이스는 삶의 질 향상에 기여하는 의료 시장을 위한 많은 센서 및 센서 솔루션을 제공한다. 보다 자세한 내용은 analog.com/healthcare에서 확인할 수 있다.
 

저자 소개

얀 하인 브로더스(Jan-Hein Broeders)

얀 하인 브로더스(Jan-Hein Broeders)는 아나로그디바이스 EMEA 지역 헬스케어 사업 개발 매니저이다. 헬스케어 업계와 긴밀히 협력하여 헬스케어 산업의 현재와 미래의 요구사항을 아나로그디바이스의 선도적인 리니어 및 데이터 컨버터 기술을 기반으로 하는 솔루션들과 디지털 신호 처리 및 전원 제품들로 구현하고 있다. 얀 하인 브로더스는 FAE로 경력을 시작해 20년 이상 반도체 업계에서 일해 왔으며, 2008년부터 현재의 헬스케어 업무를 담당해 오고 있다. 네덜란드 스헤르토헨보스 대학에서 전기공학을 전공했다. 문의: jan.broeders@analog.com

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