※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1880호(2019. 1. 22. 발행)에 기고한 원고입니다.


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이탈리아에서 당뇨병성 발궤양 환자용 기기를 공급하는 ‘Optima Molliter(옵티마 몰리터)’CES 2019 전시회에 발궤양 치료를 위한 IoT 부츠 ‘MOTUS Smart(모터스 스마트)’를 전시


당뇨 발궤양은 당뇨 합병증의 하나로 몸의 말단이 다리에 궤양이나 괴저가 쉽게 발생하여 최악의 경우는 다리를 절단하게 되는 병인데, 절단하게 되면 환자 본인의 삶의 질 저하는 물론 의료비 증가로 이어지기 때문에 어느 나라나 건강상의 큰 문제가 되고 있음


발궤양의 치료는 환부를 보호함으로써 악화시키지 않고 치료를 촉진시키는 것이 중요한데, 걸음을 걸을 경우 발바닥의 신축이나 압력에 의해 증상이 악화되기 때문에, 부츠 형태의 깁스로 고정시켜 보호하는 것이 일반적 방법


그러나 이 방법은 부츠 안의 열기로 인한 불쾌감 때문에 환자가 마음대로 보호 장비를 떼버리거나, 신경 장애로 고통을 인지하지 못해 걸음을 많이 걷게 되어 증세가 악화되기 십상


옵티마 몰리터의 발궤야 치료기인 모터스 부츠는 스키 부츠 모양으로, 발바닥은 둥글게 되어 있어 체중 이동만으로 자연스럽게 앞으로 나갈 수 있고, 발바닥이 받는 하중을 분산시킴


깔창 하나가 발가락쪽, 발중간, 발뒤꿈치쪽의 세 부분으로 나뉘는 것이 특징이며, 강도에 따라 세 가지 깔창이 있어, 환부에 닿는 부분은 부드러운 것을 사용하여 부담을 줄이고 정상 부분은 딱딱한 것을 사용하여 압력을 지탱하게 함


부츠 내 온도와 습도를 낮추기 위해 구멍이 뚫린 소재를 채택했는데, 현재 모터스 부츠 자체는 이미 실용화되어 있는 것이라고 함


<자료> Optima Molliter

[그림 1] 당뇨 발궤양 치료 부츠 모터스 부츠


이번에 전시회에 선보인 모터스 스마트는 모터스 부츠에 센서를 더한 것으로, 센서를 통해 걸음 수나 활동량 외에 부츠를 착용하고 있는지 여부를 감지할 수 있게 하였음


치료 단계에 따라 조금씩 걸음으로써 올바른 걸음을 늘려 나가는 것이 목적이기 때문에 정해진 걸음 수를 초과하는 경우에는 본인이나 의사에 경고 메시지가 전달되며, 환자는 취침 시간 이외에는 항상 부츠를 신어야 하므로 계속 신고 있지 않아도 경고 메시지가 표시됨


미국이 Sensoria Health(센서리아 헬스)가 개발한 무게 8g의 센서에는 압력 센서와 9축 센서, 블루투스 통신 모듈, 배터리가 내장되어 있으며, 발을 넣는 부위의 앞쪽에 고정됨


부츠의 센서는 블루투스 통신을 통해 스마트폰이나 스마트워치 등과 연계되며, 측정 데이터를 클라우드로 보내 의사와 데이터를 공유 할 수 있도록 하였음


<자료> Sensoria Health

[그림 2] 모터스 스마트의 스마트폰 앱 화면


CES 2019에서 혁신상을 받은 모터스 스마트 부츠는 이탈리아 피사 대학과 로마 대학 부속병원 등과 함께 임상 시험을 실시했고, FDA 인증도 획득했으며, 20196월부터 상용화 될 예정



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※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1863호(2018. 9. 12. 발행)에 기고한 원고입니다.


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약물 치료 대체할 ‘전자 의약’, 제약과 의료IT의 경쟁적 협력 요구.pdf



[ 요 약 ]


제약기업들의 적극적 산학연구 결과 개발된 항체 의약품은 효과성과 안전성 면에서 획기적 치료법이 되었으나 높은 가격으로 인한 환자와 정부 재정의 부담이라는 문제를 낳았음. 이런 문제를 해결하기 위해 ‘beyond the pill(의약품을 넘어)’라는 기치 아래 생체전자공학 기술에 기반한 전자 의약품개발 노력이 전개되고 있는데, 혁신적 성과로 이어지기 위해서는 새로운 기술과 전통 제약산업 사이의 충돌보다는 협력적 경쟁이 요구되고 있음



[ 본 문 ]


‘Beyond the Pills(의약품을 넘어)’라는 기치를 내걸고 의약품 이외부문에서 사업 기회를 모색하는 제약기업들이 증가하고 있음


선진국의 제약업계는 신약 개발에서 판매에 이르는 정밀한 관리 프로세스를 구축한 후, 사람들의 건강에 기여하는 의약품을 개발해 왔으며, 그 결과 오랫동안 안정된 사업 기반을 확보할 수 있었음


동시에 제약 산업은 보건당국의 규제와 의료보장제도에 종속적이며, 과학 및 기술의 발전과 한계에도 크게 좌우되는 산업이기도 함


최근 제약 산업을 둘러싼 급격한 내·외부 환경의 변화는 기존 가치 사슬의 틀을 넘어선 새로운 사업 모델의 구축이나 기존과 다른 기술영역으로 진출을 요구하고 있음


오늘날 제약 산업이 맞닥뜨리고 있는 3가지 결정적인 내·외부 환경변화는 의료보험 재정 악화에 따른 수가 인하, 신약 개발 대상의 고갈, 수익성의 약화


우리나라를 비롯, 공공 부문의 건강보험제도를 운영하고 있는 국가에서는 재정 약화를 이유로 매년 약품의 수가를 인하하는 조치가 이루어지고 있음


우리나라의 경우도 올해 두 차례 약가 인하가 있었는데, 41일에는 리베이트를 제공한 11개 제약사의 340개 의약품에 대해, 91일부터는 2017년에 건강보험 청구금액이 급증한 35종의 의약품에 대해 가격을 인하하는 조치가 취해졌음


<자료보건복지부

[그림 1] 리베이트 제공 제약사에 약가 인하 조치


국민건강보험공단은 의약품 청구금액이 전년 대비 60% 이상 증가한 경우와 10% 이상 증가하는 동시에 그 증가액이 50억 원 이상인 경우에 재정위험을 분담하는 차원에서 제약사와 공단이 당사자 간 협상을 통해 약가를 인하할 수 있는 제도를 운영 중임


건강보험공단은 보건복지부장관의 협상 명령이 내려지면 각 약제마다 제약사와 60일 동안 협상을 진행하게 되는데, 올해의 경우 35개 약제가 대상이 된 것이며, 약가 인하는 건강보험 재정 절감 효과를 낳게 됨


이번 조치로 35개 품목의 약가는 평균 27.1% 인하되었으며, 가장 많이 내린 약제는 일회용 점안제로 55.4%가 인하되었고, 점안제 제약사들은 이해 반발해 약가 인하 집행정지 가처분 소송을 제기한 상태임


이는 비단 우리나라만의 현상은 아니며 국가 차원의 건강보험 제도를 운영 중인 국가들에는 공통적으로 나타나는데, 의료보장비에서 약제비 지출이 차지하는 비중은 약 20% 내외이지만, 여러 가지 수단을 통해 약가를 인하하려는 조치를 마련하고 있음


대부분의 국가들이 신자유주의의 저투자·저성장 기조에 따라 재정 수입 약화의 문제를 겪고 있고, 여기에 고령사회화가 급격히 진전됨에 따라 의료보장비용 절감을 위한 약가의 인하 기조는 장기적으로 계속 유지, 강화될 것으로 예상해 볼 수 있음


저분자를 중심으로 한 신약 개발의 대상이 고갈되고 있으며, 기존 연구 방법의 연장선상에서는 신약의 단초가 나오기 어려워지고 있다는 점도 제약업계의 고민거리


헬스케어 분야 시장조사기관인 The Human Protein Atlas에 따르면, 인간의 게놈에 코딩되어 있는 단백질은 약 2만 개가 존재하지만 그 중 아직 약제가 승인되지 않은, 신규 약제의 표적으로 삼을 만한 단백질은 1,200개 정도임


그러나 이들 1,200개는 이미 제약 기업들의 검증 결과 안전성, 효율성, 상업성의 관점에서 부정적 평가가 내려진, 분자 표적치료의 대상이 되는 단백질일 가능성이 높음


설사 그러한 검증을 거친 유망한 표적이 있다고 해도 제약 기업들이 너나없이 노리는 표적이 되므로 경쟁 환경은 치열해질 수밖에 없음


결과적으로 저분자 의약품과 항체 의약품 등 고분자 의약품을 중심으로 한 약물 개발에 의존하는 사업 구조가 성립하기 어려워지고 있기에, 제약업계가 새로운 형태로 전환 및 기타 신규 사업 개발을 검토할 필요가 높아지고 있는 것임


그러나 항체 의약품을 중심으로 한 새로운 형태로 전환한 곳도, 새로운 사업이 매출에서 차지하는 비중이 증가할수록 제조비용이 높아져 수익성이 약화되는 문제에 직면


원래 바이오로직스는 제조비용이 높기 때문에 생산 역량의 관점에서 바이오 CMO(바이오 의약품을 위탁생산하는 전문 생산사업)의 협상력이 높아지게 되고, 이는 결과적으로 기존 약제의 수익성에 부정적 영향을 미치고 있음


새로운 형태의 제품에 대한 투자와 희귀 질환 분야 진출, 암 치료를 중심으로 진전되고 있는 개별화 의료 수요 증가는 환자 인구통계학의 세분화로 이어지고, 결과적으로 약품당 연구개발 비용은 더욱 치솟게 되었음


게다가 이러한 새로운 형태의 제약, 개별화 의료, 특수 영역에 집중하게 되면서 전통적인 제약업계의 마케팅 전략인 SoV(Share of Voice), 즉 병원이나 약국을 방문하여 약품에 대한 지속적으로 설명하는 판매 전략이 통하지 않게 되었음


메디컬 전시회, 마케팅, 영업 등 임상 현장에서 뛰어야 하는 직원들이 질병 바이오로직스 및 개별 기술에 대해 반드시 깊이 이해를 해야 할 필요성이 생긴 것이고, 이는 교육훈련과 인재 채용 측면에서 불가피한 비용 상승을 초래하고 있음


<자료한국경제

[그림 2] 국내 6대 제약사 최근 5년 영업이익률


◾ 이처럼 제약산업이 안팎으로 어려움을 겪는 가운데, 강렬한 임상적 영향력이 예상되는 파괴적 혁신 기술들도 출현하고 있어 제약 업계의 어려움을 가중시키고 있음


이 혁신 기술들은 기존 제약산업과 타 산업 간의 경계에서 나타나나고 있는데, 가령 의료기기 및 검사·진단 기술의 발전, 의료 ICTIoT의 진전, 헬스케어와 기능성 식품의 진화 등을 들 수 있


말초 신경계의 이상 신호를 모니터링하고 조정함으로써 자가면역 질환과 정신 건강을 치료하는 신경 조절(뉴로 모듈레이션, Neuro Modulation) 장치, 소위 전자 약은 타 산업의 첨단기술을 응용해 기존 약물 치료를 대체할 수 있는 대표적 사례임


복합적인 치료법의 등장 또한 서로 다른 업종 간의 접점 강화를 가속화하고 있는데, 여러 약제, 의료기기, 식사·운동·재활 치료의 조합이 급진전되고 있고, 이런 방식이 치료 효과의 향상을 가져올 것으로 기대를 받고 있음


물론 이런 신기술이나 새로운 패러다임의 등장이 제약 회사들에게 위기요소이기만 한 것은 아니라는 분석도 있으며, 제약업계 내에서도 적극 대응하려는 움직임도 나타나고 있음


융합 기술의 등장으로 이전과는 전혀 다른 경쟁 지형에 놓이고 사업환경이 가혹해진다 하더라도, 이 기술들을 자신들이 보유한 비즈니스 및 기술 자산과 잘 조합하여 활용함으로써 새로운 사업 기반을 구축하는 사례도 적지 않음


제약업계로서도 의약품 이외의 사업 기회를 모색하고 차세대 의료의 패러다임을 앞서 파악할 수 있는 기회로 삼을 수도 있으며, 무엇보다 신규 사업을 검토하는 과정에서 얻게 되는 자산은 본업인 의약품의 기술 및 사업 기반을 강화시킬 수도 있을 것임


보수적이기로 유명한 제약기업들이문샷(Moonshot, 달나라로 사람을 보낸다는 계획처럼 획기적인 인식의 전환)’을 기치로 내걸고 신규 사업 개발에 박차를 가하고 있는 모습은 제약산업이 느끼는 위기감과 혁신에 대한 갈망을 동시에 보여주는 단면임


제약산업이 위기를 기회로 전환하려면 먼저 위기의 본질을 정확히 이해해야 하는데, 사실 혁신 기술들이 등장하게 된 이유는 제약산업 자체, 즉 높은 의약품 가격에서 기인함


1990년대부터 2000년대 초반까지는 고혈압, 당뇨병, 이상지질혈증 등 저분자의 생활습관병 치료제가 의약품 시장의 대부분을 차지하고 있었음


그러다 2000년대 중반부터는, 1990년대 중반부터 판매되기 시작한 리툭산(Rituxan)’ 등 항체 의약품이 자가면역질환과 암 부문에서 글로벌 매출의 상위를 차지하게 되었음


현재 전세계에서 매출액이 가장 큰 의약품은 미국 애비(AbbVie)’ 사의 관절염 치료제 휴미라(Humira)’인데, 적용 확대가 지속되면서 블록버스터급 매출을 기록하고 있는 항체 의약품으로 2017년 글로벌 매출은 200억 달러를 넘어섬


최근에는 애비와 암젠(Amgen), 밀란(Mylan), 삼성 바이오에피스 사이의 바이오시밀러(biosimilar, 특허 만료 생물의약품에 대한 복제약) 판매 개시시기에 관한 협상 소식이 화제가 되기도 하였음


 1990년대까지는 항체 의약품이 이 정도까지 보급될 것으로 예상하지 못했지만, 제약 회사들이 학계나 바이오 기술업체와 공동으로 키메라 항체, 인간화 항체 등 항체공학기술을 만들어 내고, 항원성이라는 기술 과제를 극복하는 데 성공하며 기존 치료방법에 비해 효과성과 안전성의 균형을 갖춘 의약품들이 출현하게 되었음


[1] 2006~2016 전세계 의약품 매출 상위 10대 약품의 변화 (단위: 백만 달러)

순위

2006

 

2016

약품명

유형

질환영역

매출

약품명

유형

질환영역

매출

1

Lipitor

저분자

대사이상

13,700

Humira

항체

자가면역

16,514

2

Advair

저분자

호흡기

6,098

Enbrel

항체

자가면역

9,246

3

Plavix

저분자

순환기

6,055

Remicade

항체

자가면역

8,880

4

Nexium

저분자

소화기

5,182

Revlimid

저분자

6,974

5

Norvasc

저분자

순환기

4,866

Avastin

항체

6,886

6

Zyprexa

저분자

중추신경

4,364

Herceptin

항체

6,885

7

Aranesp

단백질

혈액

4,121

Lantus

단백질

대사이상

6,324

8

Singulair

항체

3,756

Rituxan

항체

5,911

9

Rutuxan

저분자

호흡기

3,579

Prevnar

백신

감염증

5,718

10

Seroquel

저분자

중추신경

3,560

Xarelto

저분자

순환기

5,528

<자료> Informa Pharma Intelligence

 

 


◾ 새로운 의약품이 산학 연구의 산물인 만큼, 제약회사들이 투자비를 회사하고 차세대 의약품 연구개발에 재투자하기 위한 약값을 요구하는 것은 정당한 일이나 문제는 그 정도임 

이들은 산학연 혁신의 산물이며, 따라서 제약 회사들은 당연히 그 대가를 누리고 차세대 의약품 연구개발에 재투자하기 위한 수준의 가격을 요구할 정당한 권리가 있음


그러나 문제는 그 가격 수준이었는데, 항체 의약품을 비롯한 바이오로직스는 매우 고액이며 적용과 투약 용량에 따라 다르기 때문에 일괄적으로는 말할 수 없지만, 환자당 연간 수천만 원의 약값을 지불해야 하는 것은 이제 드문 일이 아님


의사나 병원으로서는 높은 비용을 받을 수 있고 최선의 치료효과를 기대할 수 있기 때문에 항체 의약품을 처방하지만, 이는 환자 개인과 국가의 재정에 큰 부담이 되고 있음


또한 의약품이 가격은 연구 개발비뿐 아니라 제조비용과도 관련이 있는 만큼, 향후 바이오시밀러 보급이 폭발적으로 진행된다 해도 단기적으로는 극적인 가격 인하 효과를 기대하기는 어려운 상황임


이런 문제를 해결하기 위해 전세계의 연구자들이 가격 인하를 위한 연구를 진행하고 있는데, 이들 가운데 치료방식의 패러다임을 바꾸는 파괴적 혁신 기술도 나타나고 있는 것임


문제 해결의 접근방식은 크게 두 가지인데, 우선 바이오로직스의 생산 효율성을 높이거나 약제의 지속성을 강화하는 연구 개발을 진행하는 것임


가령, 유가 배양(fed-batch culture)에서 관류 배양(perfusion culture)으로 변경하여 생산 효율을 향상시키거나, 리사이클링 항체처럼 약효이 지속성을 연장시킬 수 있는 의약품의 개발이 진행되고 있음


또한 임상 현장에서도 약병 최적화(drug vial optimization)나 의약품 추천 목록(포뮬러리, formulary)의 도입을 통한 필사적인 약제비 절감 실증 연구가 진행되고 있는 중임


그러나 이러한 접근은 기존 기업에 필요한 점진적 혁신이기 때문에, 치료 접근방식 자체를 전환시키는 파괴적 혁신은 없는지 고민하는 사람들도 나타나고 있음


또한 의료 산업이 사회보장 시스템에 구조적으로 의존하는 이상, 의료연구 혁신을 평가하는 기준에 약효에 대한 평가와 함께 의료비용 관점에서 평가를 추가할 수밖에 없는 문제가 발생하는 것은 아닌가 의구심을 제기하는 사람들도 나타나고 있음


전통적인 제약산업과 전혀 다른 접근방식을 택한 연구 결과물 중 하나가 전자 약인데, 대표적 사례는 미국방위고등연구계획국(DARPA)일렉트릭스(ElectRX)' 프로젝트임


DARPA1950년대 후반 구소련의 스푸트닉호 발사에 충격을 받아 국방에 중요한 혁신적 신기술에 대한 개발 투자를 목적으로 설립된 조직으로, 인터넷이나 GPS 등 오늘날 우리 삶의 근간을 지탱하는 기반 기술을 창출한 곳이기도 함


DARPA에는 6개 부서가 있고 그 중 하나가 BTO(Biological Technologies Office, 생물학기술 부문)인데

전장에서는 약물 치료의 제공과 수술 실시가 곤란하므로 의약품에 의존하지 않는 치료법의 개발 및 관련 프로젝트 지원에 주력하고 있음


지원 프로젝트 중 하나가 일렉트릭(ElectRx)’인데, 말초신경계의 이상 신호를 모니터링한 후 조정함으로써 자가면역 질환과 정신 건강을 치료하는 뉴로 모듈레이션 장치, 소위 전자 약을 개발하는 연구임


일렉트릭스 프로젝트는 당분간은 자가면역 질환(류마티스, 전신염증반응증후군, 염증성 장질환) 및 정신 건강(외상후스트레스장애(PTSD, 우울증) 등을 연구 대상으로 하지만, 장기적으로 다른 질환까지 다루는 것을 목표로 하고 있음


예를 들면, 장기 기능을 제어하는 특정 말초신경의 회로를 표적으로 첨단 센싱 및 자극 기술을 활용하거나, 건강 상태를 실시간으로 모니터링 하고 건강을 회복하기 위해 필요한 치료 자극 패턴을 환자마다 설계하고 필요시 개입하는 것 등임


<자료> DARPA

[그림 3] DARPA 일렉트릭스 프로젝트 컨셉


◾ ‘전자 약’ 개발 흐름은 민간 기업에서도 이미 나타나고 있는데, 차세대 신경 조절 장치 개발이나 전자약학에 주력하고 있는 ‘GSK’와 구글의 자회사 ‘베릴리(Verily)'가 대표적


이전부터 전기 자극을 이용한 치료는 파킨슨병, 난치성 통증, 강직 개선 등에 이용되고 왔지만, 최근에는 그 외연과 적용이 확대되고 있으며 제약산업이 의료기기 산업의 접근방식을 이용한 치료법의 연구개발에 착수할 때 좋은 출발점이 되고 있음


GSK는 차세대 뉴로 모듈레이션이나 전자약학(electroceutical, 일렉트로수티컬)에 주력하고 있는 기업으로 2016년에 베릴리와 합작으로 생체전자공학 의약품(bioelectronic medicines) 개발을 목표로 한 갈바니(Galvani Bioelectronics)’를 설립하였음


GSK와 베릴리 양사는 7년간 최대 54천만 파운드(7,600억 원)을 공동 출자하기로 했는데 이는 거대 제약회사의 투자 규모에 상응하는 금액임


베릴리는 구글 X의 생명과학 프로젝트에서 스핀아웃한 기업으로 다양한 의약품 및 의료 기기 업체와 공동으로 최소 침습 혈당측정계(CGM), 혈당측정 콘택트렌즈, 임상시험용 시계 등 다양한 차세대 혁신 의료기기의 연구개발로 유명한 기업임


갈바니 바이오일렉트로닉스가 2023년경 승인을 목표로 연구개발 중인 것은 한차례 시술로 효과가 수십 년간 지속되는 내장 형식의 전자약학기기임


이는 체내의 신경 신호와 활동 전위의 부조화를 제어하는 것으로 염증성 질환 및 대사 계 내분비 계통의 질환 치료를 목표로 하고 있음


갈바니는 개발하는 제품의 정확성 정도를 정밀기기 수준으로 한다는 목표를 세우고 있는데, 만약 실현된다면 맥박 조정기나 매립식 전기자극장치 등 기존 바이오 일렉트로닉스와 뉴로 모듈레이션 장치보다 훨씬 소형이 됨


한편 갈바니를 주도하고 있는 GSK에는 여러 벤처캐피탈에서 투자를 하고 있는데, 그 중 하나가 APVC(Action Potential Venture Capital)생체전자공학 의약(bioelectronic medicine)’ 부문에 특화된 벤처캐피탈임


APVC의 포트폴리오 기업 중 하나가 세트포인트 메디컬(SetPoint Medical)' 인데, 이 기업 역시 갈비니와 같은 컨셉으로 무선 충전이 가능한 아이패드에서 전위를 제어할 수 있는 내장형 소형 전위조정기기를 개발하고 있음


이미 임상 연구 및 임상 개발을 진행하고 있으며, 관절염에 대한 1차 대인 시험(First-in-Human), 크론병에 대한 개념 검증 시험(Proof-of-Concept)에서 좋은 결과를 거두었다는 사실이 올해 6월에 공개된 바 있음


만일 전자 약의 안정선과 효과성이 입증되고 상용화가 진행된다면, 치료의 편리성이나 비용 측면에서 제약산업에 상당한 충격을 가져올 것으로 예상됨


전자 약은 약물 부작용 및 거부 반응을 일으키는 환자들에게 효과적인 면도 있고, 기존 약제의 효과의 증강 및 보강 효과도 있기 때문에 임상 도입이 빠르게 진전될 수도 있음


개념 검증 결과가 축적되고 안전성 검증이 진행되면 현재 약물 치료에 비해 부작용 감소, 통원 빈도의 감소, 반영구적 치료 효과 등의 강점이 있을 것으로도 기대되고 있음


무엇보다 중요한 것은 치료비용의 절감이 기대되는 것인데, 만일 현재 DBS(뇌 전기자극장치)의 보험급여 가격 수준이 적용된다면 2천만 원 정도의 단발 치료로 끝나게 됨


이런 경우 자가면역질환의 항체 의약품이나 대사·내분비계 질환의 단백질 제제의 대체재로 전자 약을 선택하다고 가정하면 수백억 달러의 시장 잠재력을 가지게 되는 셈


전세계 의약품 시장 규모를 유형(모달리티)·질환별로 보면 매출 상위를 차지하고 있는 바이오로직스의 대상 질환은 전자 의약품이 대상으로 하는 질환과 거의 겹쳐 있음


<자료> Informa Pharma Intelligence

[그림 4] 2016 질환별/모달리티별 의약품 시장


◾ 이러한 전자 약은 지금까지와 전혀 다른 기술 기반과 파트너십을 요구하므로, 향후 제약산업에 요구되는 역량은 경쟁우위가 아닌 타산업과 ‘협력적 경쟁’ 능력이 될 것으로 보임


전자 약의 접근방식은 제약회사들에게는 완전히 새로운 혁신적 방식이 될 수 있고, 위기이자 동시에 기회가 될 수 있어 적극 대응할 필요가 있으나, 문제는 지금까지와 전혀 다른 기술 기반과 제휴가 필요하다는 점


가령 DARPA의 경우도 프로젝트의 선결 과제로, 질병 및 생리적 상태를 생물체내(in vivo)에서 지속적으로 모니터링 할 수 있는 신경 조절 시스템 디자인과 혁신적 탐지 기술 및 신경 인터페이스 기술을 내포하는 최소 칩습(비침습) 컴포넌트를 제시하고 있음


이러한 기술 기반은 기존 기기제조 업체들이 보유하지 못한 공학적 지식, 센싱 기술, 시스템 및 UI 구축 능력 등을 전제로 하는 것이며, 제조업체들에게는 기존의 바이오로직스 지식과 신기술 기반을 융합시키는 것이 요구되고 있음


이를 위해서는 지금까지 교감을 나눠 온 영역과는 다른 학문 분야, 스타트업, 파트너 기업의 선정 및 이들 이해관계자와 협력이 필요하게 되며, 여기에는 전통적인 제약산업의 플레이어들이 보유하고 있는 자산도 포함이 됨


그러나 문제는 대형 의료기기 기업들은 전통적으로 외부 스타트업과 제휴에 소극적이며, 제약회사들은 자신들이 가진 유무형 자산이 무엇인지 잘 모르는 경향이 있다는 점


따라서 현재 상황은 이들을 아우를 수 있는 사업자가 새로운 지평을 열 수도 있고, 기존 의료기기 업체나 제약업체들이 신기술을 수용해 성장을 지속하거나 혹은 혁신 기술에 밀려 도태될 수도 있는, 여러 다양성이 공존하는 혼돈의 시기라 할 수 있음


신규 사업을 개척하는 데 있어 어느 한 회사가 단독으로 기술 창출과 사업 개발을 하며 가치사슬 전체를 커버하기 어려운 시대로 접어든 만큼, 앞으로 제약 및 의료기기 산업에는 적자생존의 경쟁이 아닌 협력적 경쟁 능력이 요구된다 할 수 있음

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엔비디아, 의료영상 분야 위한 ‘프로젝트 클라라’ 시작.pdf



엔비디아가 의료영상 분야를 겨냥한 새로운 클라우드 서비스를 위해 프로젝트 클라라(Project Clara)’를 시작하였음


프로젝트 클라라는 영상 진단기기를 위한 가상의 확장 가능한 GPU(그래픽 처리 프로세서) 환경을 클라우드로 제공하는 것인데, 의료영상 분야는 원래 높은 연산 능력이 요구되지만 향후 AI(인공지능)와 결합으로 더 많은 컴퓨팅 파워가 요구되는데 따른 것임


엔비디아에 따르면, 의료영상 분야에 요구되는 연산 능력은 지난 6년간 약 10배 증가했으며 특히 최근 들어 급증하고 있는데, 이미지 재구성 등에 큰 연산 능력이 필요하게 되었고 AI 도입으로 인한 부하도 더해졌기 때문


<자료> NVIDIA

[그림 1] 엔비디아의 의료영상 처리 속도 향상을 위한 프로젝트 클라라


이런 상황 변화에 맞춰 엔비디아는 프로젝트 클라라의 런칭에 즈음하여 글로벌 영상 진단기기 제조업체들과 협력 관계를 강화하기 위한 제휴를 잇달아 발표하였음


먼저 201711월에는 GE 헬스케어와 함께 지난 10년간의 협력관계를 보다 심화시켜 의료 분야에서 AI의 활용을 위해 협력할 것을 발표하였음


‘RSNA(북미영상의학회) 2017’ 학회에서 발표된 양사의 제휴는 전세계에 설치되어 있는 약 50만 대에 이르는 GE 헬스케어의 영상 진단기기에 AI를 접목하여 의료 데이터의 처리 속도를 향상시키는 데 목적을 두고 있음


GE 헬스케어에 따르면, 자사의 XCT 장치 신제품인 ‘Revolution Frontier(레볼루션 프론티어)’ 모델에 엔비디아의 AI 플랫폼을 활용했는데, 이미지 처리 속도가 기존 제품 대비 2배가량 증가했다고 함


처리 속도가 개선되면 간 병변의 검출이나 신장 병변의 분석에서 신속한 처리가 가능해지므로, 불필요한 경과 관찰을 생략할 수 있어 결과적으로 신장 기능 장애를 가진 환자 등이 혜택을 누릴 수 있음


AI 플랫폼 채택 외에도 GE 헬스케어는 초음파 영상진단 장치에 엔비디아의 GPU를 채택한다고 발표했는데, 이로써 혈류의 재구성 및 시각화가 가능해졌고, 더 우수한 2D 영상과 4D 영상이 가능해졌다고 함


한편 엔비디아는 올해 4월에 캐논 메디컬 시스템즈와 제휴를 맺고 의료연구기관을 대상으로 한 딥러닝 연구 인프라의 개발 및 판매에 관해 협력한다고 발표하였음


캐논 메디컬 시스템즈는 의료 기관이 보유한 데이터를 쉽게 수집·통합·공유할 수 있게 해주는 의료정보 통합 관리 시스템을 20181월부터 제공하고 있는데, 이를 엔비디아의 AI 컴퓨팅 플랫폼인 ‘DGX Station’으로 고속 처리하는 것이 양사 제휴의 목적임


의료 현장에서는 질병의 조기 발견과 진료를 지원하는 시스템으로 딥러닝에 의한 빅 데이터 분석에 기대를 모으고 있는데, 양사의 솔루션 결합 시도는 이러한 현장의 요구에 부응하기 위한 것이라 할 수 있음


엔비디아는 글로벌 의료기기 대형업체뿐 아니라 의료 벤처 및 스타트업과의 거리도 급속히 줄여나가고 있는데, 스타트업 지원 중 가장 큰 비중을 차지하는 것이 의료분야임


엔비디아는 인셉션 프로그램(Inception Program)’이라 부르는 액셀러레이션 프로그램을 통해 딥러닝 기술에 강점을 가진 스타트업 2,800개 사에 대해 지원하고 대기업고 매칭해주고 있음


엔비디아 헬스케어 부문 부사장인 킴벌리 파월에 따르면 인셉션 프로그램 참가 기업 중에는 의료분야가 가장 많은데, 의료영상 분야를 중심으로 의료 벤처기업 약 300개 사가 액셀러레이션에 참가하고 있음


<자료> NVIDIA

[그림 2엔비디아의 액셀러레이터 프로그램‘인셉션(Inception)


엔비디아가 지원하는 의료분야 스타트업들은 특히 제약분야에서 활동하는 기업들이 많은데, 이는 엔비디아가 제약 기업의 혁신을 가속화하는 데 AI가 중요해진다고 보기 때문


엔비디아는 이미지 분석 다음으로 AI 활용 시도가 향후 증가할 것 같은 분야로 게놈 분석 및 신약 개발을 꼽고 있음


파월 부사장은 인셉션 프로그램에 참가하는 스타트업을 가능한 한 많은 제약 업계에 소개하고 싶어 하며, 제약업계에서 사용되는 게놈 분석 및 극저온 전자 현미경 병리 진단 등을 스타트업이 경험하도록 하기 위해 이미 AI와 고성능 컴퓨팅 기반의 제공을 추진하고 있음


이 밖에도 엔비디아는 관련 당국에 대한 로비도 강화하고 있는데, AI의 의료분야 응용 이슈와 관련해 FDA(미 식품의약국)와 지속적으로 의견 교환을 하며, 몇 주에 한 건씩은 승인이 날 수 있도록 속도를 높이고 있음


엔비디아는 미국뿐 아니라 다른 국가에서도 규제가 완화되도록 하기 위해 각국의 영상 진단기기 제조업체 등과 공동의 노력을 전개해 나간다는 방침

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※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1846호(2018. 5. 16. 발행)에 기고한 원고입니다.


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모세혈관까지 선명, 8K 고화질 영상이 가져올 수술의 변화.pdf



◾ 일본 국립암연구센터 등은 2018년 3월 대장암 환자를 대상으로 ‘8K 슈퍼 하이비전 기술’ 을 이용한 복강경 수술 시스템의 임상 시험을 시작하였음


▸ 3월 14일에는 첫 임상 사례로 8K(화소수 가로 7680 X 세로 4320 픽셀) 복강경을 이용해 40대 여성의 대장암 수술이 이루어졌는데, 수술 집도의는 고화질의 깨끗한 영상을 통해 수술의 질이 향상되었다고 평했음


▸ 또한 8K 기술의 도움으로 ‘머리카락만큼 가느다란 두께’의 모세혈관도 명확하게 볼 수 있었기 때문에, 수술 중 출혈량은 불과 5mL 정도였다며 만족감을 표했음


▸ 이번 임상 시험은 일본 국립암연구센터 외에 NHK 엔지니어링 시스템, 올림푸스, NTT 데이터 경영 연구소가 공동으로 참여하고 있으며, 일본의료연구개발기구(AMED)의 지원사업으로 개발된 복강경 수술 시스템을 사용하고 있음


▸ 공동 연구팀에 따르면 2017년 수술 시스템 개발 과정에서 2차례 수술이 있었으며, 2018년에는 총 23명을 수술할 예정이고, 안정성과 실효성을 검증한 후 선진 의료기술을 실용화한다는 목표를 세우고 있음


<자료> xTech

[그림 1] 8K 복강경을 이용한 대장암 수술


◾ 8K 복강경은 현재 주로 사용되는 2K 풀HD 복강경에 비해 16배의 고화질 영상을 촬영할 수 있으며, 장기 손상도 줄이고 수술 참여 의사 수도 줄일 수 있는 이점이 있음


▸ 복강경 수술 건수는 최근 급속하게 증가하고 있으며, 특히 대장암 수술의 70% 이상이 복강경 수술로 이루어지고 있음


▸ 그러나 복강경 수술은 모니터에 영상을 비추고 수술을 하기 때문에 화질이 수술의 질에 영향을 주고, 조작에 제한이 생기거나 사각이 발생하는 등의 문제가 있으며, 개복 수술에 비해 수술 환자의 장기를 손상시킬 확률이 두 배 높은 것으로 나타나고 있음


▸ 8K 시스템의 가장 큰 장점은 수술의 전체상과 환부의 확대상을 동시에 볼 수 있다는 점인데, 일반 복강경 수술은 해상도가 낮기 때문에 수술 부위를 확대하려면 복강경을 환부 가까이로 옮겨야 해서 환부 확대 이미지와 전체상을 동시에 확인할 수 없었음


▸ 이번 임상시험에 사용하는 8K 복강경 수술 시스템은 일반적으로 사용되는 2K 기술에 비해 16배 고정밀 영상을 얻을 수 있기 때문에, 고정 카메라에서 항상 전체상을 촬영하기만 하면 되며, 확대하고 싶은 부위가 있다면 전체상의 일부를 떼어 확대하면 됨


<자료> xTech

[그림 2] 확대 부위(左, 4K), 전체상(右, 8K)


▸ 기존 2K 복강경 시스템에서는 특정 부위 확대를 위해 카메라를 이동하는 과정에서 좁은 수술 부위에 카메라와 수술 기구가 충돌하며 장기를 손상시키는 문제도 발생하였음


▸ 8K 시스템의 수술실은 2개의 모니터를 설치하는데, 전체상과 특정 환부의 확대 영상을 각각 모니터에 띄우고 이를 실시간으로 보면서 수술을 진행할 수 있게 한 것이 특징임


▸ 삽입한 복강경은 환부에서 떨어진 곳에 고정해도 되기 때문에 보다 넓은 작업 공간을 확보할 수 있어 수술 도중 장기 손상의 가능성을 낮출 수 있음


▸ 또한 기존 2K 시스템이 카메라를 이동시켜야 하기 때문에 집도의를 포함 보통 3명의 의사를 필요로 했다면, 고정 카메라를 사용하는 8K 복강경 시스템에서는 2명의 의사만으로 수술을 실시할 수 있어 의사 부족 문제 해소에도 기여할 수 있을 전망


◾ 복강경 수술은 개복 수술처럼 직접 장기를 보고 만질 수는 없지만 화질이 매우 선명하기 때문에 직접 보는 것 이상으로 촉감을 보완할 수 있다고 함


▸ 공동 연구팀과 수술 참여 의사들에 따르면, 8K 시스템으로 보는 영상은 개복 수술 시에 육안으로 보는 것과 흡사하거나 그 이상으로 선명하다고 함


▸ 한 의사는 8K 시스템으로 촬영한 영상을 반나절 이상 보고난 다음날 2K 복강경 시스템을 이용한 수술을 집도했는데, 백내장에 걸렸나 싶을 정도로 영상이 조악했으며, 마치 안개가 낀 것 같은 영상을 보면서 충격을 받았다고 표현하고 있음


▸ 복강경 수술은 개복 수술과 달리 직접 장기를 만질 수 없는 한계가 있지만, 8K 시스템은 직접 보는 듯한 느낌을 주는데, 이는 3D TV가 아니더라도 화소 수가 높아질 경우 심도(depth)가 잘 표현되어 마치 입체감을 느끼게 되는 것과 같은 이치임


◾ 이번 임상 시험은 복강경 수술의 정확도와 퀄리티를 개복 수술과 비슷한 수준으로 올려 놓는 것을 목표로 하고 있는데, 주요 평가항목 중 하나는 수술 중 출혈량임


▸ 일본임상종양연구그룹(JCOG)의 ‘진행 중인 대장암에 대한 복강경 수술과 개복 수술의 완치율에 관한 무작위 비교 시험’ 결과에 따르면, 복강경 수술의 수술 출혈량 중앙값은 30mL이었음


▸ 이에 비해 2017년에 실시한 2건의 8K 복강경 수술 사례에서는 출혈량이 각각 5mL와 0mL로 억제되었으며, 올해 실시할 23건의 임상시험에서는 출혈이 30mL 이상인 환자의 비율을 전체의 25% 이하로 억제한다는 목표를 세우고 있음


▸ 출혈량 이외의 부수적 평가항목으로는 수술의 부작용 발생 비율과 완전 절제율, 개복 수술로 전환 비율, 외과 의사 2명에 의한 수술 완수 비율 등이 있음


◾ 한편 8K 복강경 수술 시스템이 장점만 있는 것은 아니며 개선 과제도 도출되고 있는데, 카메라의 소형화와 커뮤니케이션 속도의 단축이 필요할 것으로 지적되었음


▸ 8K 시스템은 복강경을 고정하고 있기 때문에 한 시점에서의 영상 밖에 얻을 수 없는데, 확대상을 얻기 위해 복강경을 환부 가까이 이동시키지 않아도 되는 것은 큰 장점이지만, 촬영 범위가 고정되어 있어 환부를 이리저리 돌려 촬영하는 것은 어렵게 되었음


▸ 따라서 향후에는 카메라를 돌려 가며 촬영할 수 있도록 유연성을 개선한다는 방침이며, 복강경에 탑재하는 카메라를 소형화하여 여러 대를 설치하는 방법도 검토 중임


▸ 집도의가 전체상에서 확대하고 싶은 부분을 잘라내는 작업을 하는 직원에게 지시를 하는 과정의 번거로움도 문제로 지적되었음


▸ 편집 직원이 수술대에서 떨어진 위치에 있는 콘솔에서 영상을 잘라내는 작업을 수행하므로, 집도의는 확대될 부분에 집게를 대고 매번 ‘이 부분을 확대해 달라’고 알려주어야 할 필요가 생기기 때문


▸ 지시한 사항이 처리될 때까지 집도의는 손을 멈추고 수술을 진행할 수 없는데, 이러한 '틈'이 생겨 버리면 의사의 리듬과 집중력이 흐트러질 위험성이 높아지게 됨


▸ 기존의 시스템은 집도의의 옆에 있는 조수가 복강경을 움직여 확대 이미지를 촬영하기 때문에 지시에 따른 번거로움은 적었는데, 8K 시스템에서도 어떻게 수술 작업의 틈이 없이 이미지 확대를 실현하느냐가 향후 개선 과제가 됨


<자료> Pinterest

[그림 3] 고화질 영상 수술 시스템의 이점


◾ 이번 임상 시험으로 얻어지는 결과는 대장암뿐만 아니라 향후 다른 영역의 치료 및 진단에 활용하는 것을 염두에 두고 있음


▸ 예를 들어, 카메라의 소형화에 성공하면 내시경 검사에도 응용할 수 있을 것이며, 고화질의 특징을 살리면 화면상으로 종양의 양성/음성 여부를 판단 할 수 있을 것으로 기대되고 있음


▸ 특히 고화질 영상을 학습한 이미지 판독 인공지능(AI)과 결합할 경우, 사람이 아닌 시스템에 의해 보다 정확한 진단이 가능할 것으로 전망되고 있음


▸ 실제로 이번 시범사업에 참여하고 있지 않지만 샤프는 자체 실증 시험을 통해 8K 이미지와 딥러닝 등을 활용한 병리 진단 시스템 구현을 목표로 하고 있으며, 이미 5G와 8K 모니터를 조합한 원격의료 시스템 개발을 진행하고 있음


▸ 샤프는 8K 이미지가 세포 단위의 입도로 조직의 팽창 여부와 색상을 표시할 수 있기 때문에, 육안으로 발견하지 못하는 작은 종양, 전이, 병변 등도 8K 이미지와 AI를 이용해 검출할 있을 것으로 기대하고 있음


▸ 또한 AI와 8K 모니터를 결합한 새로운 사업으로, 다리 등에 생긴 미세한 이상 현상을 검지하거나 거동이 수상한 사람을 구별해 내는 등 8K의 고화질 이미지 특징을 살린 비즈니스를 지속적으로 개발해 나간다는 방침

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※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1840호(2018. 4. 4. 발행)에 기고한 원고입니다.


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영국, 독감 확산 속도 예측을 위한 ‘시민 참여 실험’ 프로젝트 진행.pdf



ž 케임브리지 대학과 런던 위생 및 열대의학 대학원은 약 3 만 명의 실험 참여자 데이터를 기반으로 영국의 독감 유행 예측 모델을 설계하였음


Ø 인플루엔자의 유행은 매우 위험한 것으로 전세계 전문가들은 언제 치명적인 독감 유행이 발생할 지를 수시로 논의하고 있으며, 영국 정부 역시 시민들에게 가장 위험한 것은 독감이라는 생각을 가지고 있음


Ø 이런 배경 하에 영국에서는 인플루엔자의 유행 속도를 예측하는 시민참여 실험(citizen science experiment)이 이루어지고 있으며, 그 결과가 최근 감염 의학 전문 저널인 에피데믹(Epidemic)에 게재되었음


Ø 3만 명의 시민 참여로 모은 데이터에 기반해 모델링 한 결과에 따르면, 영국 인구의 약 65% 4,300만 명이 독감에 감염 될 수 있으며 감염된 사람 중 88 6천 명이 사망할 가능성이 있는 것으로 예측되었음


ž 시민 참여 실험을 진행하게 된 이유는 지금까지 인플루엔자에 감염 확산 모델의 예측은 놀라울 정도로 제한적이고 기존 연구에서는 작은 인구 샘플 밖에 사용하지 못했기 때문


Ø 연구팀에 따르면 사람들이 매일 이동·교류하는 가운데 바이러스가 어떻게 사람에서 사람으로 감염되어 확산되는지를 이해하기 위해서는 예측 모델이 필수적인데, 독감 유행의 예측은 모델링의 품질에 따라 완전히 달라지게 된다고 함


Ø 이번 연구에서는 시민 참여자들이 스마트폰 앱을 이용하게 하여 어떻게 움직이는지 추적하고 매일 어떤 상대를 만나는지 기록하게 했는데, 영국의 전염병 유행 연구와 관련해 최대의 데이터 세트 생성을 목표로 하고 있음



<자료> Julia Gog


[그림 1] 영국의 인플루엔자 확산 예측 모델



Ø 연구팀의 예측 모델을 바탕으로 인플루엔자 감염이 어떻게 확산되어 가는지를 가시화 한 도표에 따르면 늦춰 잡아도 14 주면 영국 전역에 독감이 만연할 수 있음


Ø 연구팀은 실험 연구 참가자 모집이 성공함에 따라 수집된 데이터는 기존의 데이터와 비교해 놀라울 정도로 풍부하게 되었고, 이번 조사로 수집된 데이터 세트가 인간의 움직임과 접촉 패턴을 모델링 할 때 골든 스탠더드(황금률)이 될 것이라 자평하고 있음


ž 연구 종료 후, 수집된 데이터는 익명화 되어 전세계 모든 연구자에게 제공되기 때문에 향후 보다 정확한 예측 모델을 제작하는 데 도움을 줄 것으로 기대됨


Ø 인간의 움직임과 접촉 패턴에 대한 연구는 2018년 말까지 계속 될 예정이며, 영국 거주자라면 앱스토어와 플레이스토어에서 앱을 다운받아 설치하고 조사에 참여할 수 있음


Ø 수집된 데이터는 연구 종료 후 익명으로 제공될 예정이며, 연구팀은 이번 연구가 독감 확산에 대한 예측 모델을 만들기 위한 것이지만 향후 영국이나 다른 나라에서 다른 질병의 감염 확산 속도를 추정하는 데에도 이번에 축적한 데이터가 도움이 될 것으로 보고 있음

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※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1840호(2018. 4. 4. 발행)에 기고한 원고입니다.


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잔여 수명을 예측하는 AI, 암 발병률을 예측하는 유전자 분석.pdf



[ 요 약 ]


인간의 건강과 생명을 다루는 의료 분야는 새로운 기술의 도입에 가장 보수적이기도 하지만기존 방식보다 낫다고 검증되면 적극적으로 수용하는 경향이 있음최근 의료 서비스 시스템에 변화를 야기하는 신기술은 인공지능(AI)과 개인 유전자 분석 서비스인데말기 환자의 잔여생명을 추정하는 스탠퍼드 대학의 AI 알고리즘과 FDA에 의해 유방암 발병 확률 테스트 도구로 인정받은 23andMe의 유전자 분석 서비스가 병원 및 의사들의 관심을 모으고 있음



[ 본 문 ]


ž 의료 분야는 보수적이기도 하지만 기술 발전에 의한 패러다임 변화가 빠르게 진행되기도 하는 독특한 곳인데, 최근 AI와 유전자 분석 기술의 도입 여부가 이슈가 되고 있음


Ø 자동차 산업과 마찬가지로 의료분야는 새로운 기술의 도입에 보수적일 수밖에 없는데, 사람의 생명과 직결되어 있기 때문에 기존 방식보다 낫다는 것이 확실히 입증될 때까지는 도전적, 모험적 시도라는 것을 쉽사리 허용할 수 없기 때문


Ø 반면, 그러한 속성 때문에 기존보다 낫다는 것이 입증되면 기술 도입에 아주 적극적이 되기도 하는데, 의료기술이라는 용어가 이상하지 않을 정도로 현대 의학의 발전은 기술과 떼어 놓고 생각할 수 없음


<자료> Med Gadget


[그림 1] IT 의존도가 높은 현대 의학


ž 선진국의 병원에서 병의 진단은 각종 진단기기를 통해 이루어지며 이전보다 더 많은 수의 질병을 발견해 내고 있고, 의사의 역량은 환자에 대한 촉진이 아니라 의료 이미지와 영상을 얼마나 정확히 판독해내느냐에 따라 결정되고 있음


Ø 최근 의료분야가 도입 여부, 도입 속도, 도입 범위 등을 놓고 고민하게 만드는 신기술은 인공지능(AI)과 유전자 분석인데, 두 기술에 의해 제시되는 데이터를 아직 확증할 수 있는 단계는 아니어서 병원과 의사들은 수용과 유보 사이에서 다양한 모색을 해나가고 있음


ž AI를 이용한 병의 진단은 이미 시도되고 있고 이에 대한 실효성 논란도 진행 중인데, 최근에는 AI에 의한 사망 시기 예측을 의료 서비스에 활용하려는 움직임이 시작되었음


Ø AI가 언제 죽을 것인지를 예측한다는 말은 그 자체로 거부감을 불러 일으킬 수 있으나, 치료를 해야 하는 병원과 의사 입장에서는 AI가 의사보다 더 정확하게 사망 시기를 예측할 수 있다면 이것은 중요하고 유용한 정보가 될 수 있음


Ø 스탠퍼드 대학의 연구팀은 2017 11월 입원 환자의 수명을 딥러닝으로 예측하는 연구의 결과를 담은 논문을 발표하였음


Ø Improving Palliative Care with Deep Learning(딥러닝을 통한 말기 환자 간병의 개선)이란 제목의 논문에 따르면 이 알고리즘은 환자의 수명을 의사들보다 정확히 예측할 수 있음

Improving Palliative Care with Deep Learning.pdf



ž AI를 이용한 잔여 수명 예측 연구는 말기 환자를 대상으로 한 의료 서비스가 지금보다 잘 운영되도록 하기 위한 목적으로 시작되었음


Ø 스탠퍼드 대학은 말기 특화 의료 서비스를 제공하고 있는데, 이런 서비스는 보통 Palliative Care(말기 환자 간병, 고통 완화 치료, 팰리어티브 케어)라 부름


Ø 수명이 일년 이내 남은 환자를 대상으로 치료를 진행하되 본인의 의사를 존중해 고통과 불안을 완화하는 처치를 병행하는 것으로, 팰리어티브 케어는 환자와 그 가족의 삶의 질을 향상하고 인간의 존엄을 지키는 것을 목적으로 하고 있음


Ø 스탠퍼드 대학을 비롯해 팰리어티브 케어를 운영하는 병원들의 고민은 이 치료가 필요한 환자를 제대로 파악하지 못하고 있다는 데 있음


Ø 말기 완화 치료가 필요한 환자는 수명이 3~12개월 남은 환자라고 정의되는데, 이 케어를 제대로 하려면 사전 준비로 3개월이 걸리고, 또 만일 12개월 이상 치료를 계속 해야 한다면 의사나 간호사 수가 부족하게 되는 문제가 발생하게 됨


Ø 현재는 담당 의사가 수명이 3~12개월 정도 남은 것으로 보이는 환자를 특정하여 팰리어티브 케어로 이관하는 구조로 되어 있는데, 대부분의 의사는 환자의 잔여 수명을 길게 추정하는 경향이 커서 많은 환자들이 말기 치료를 받지 못하고 사망하고 있다고 함


Ø 의사는 환자의 전자 의료 기록을 참조하여 지금까지의 경험을 토대로 수명을 추정하는데, 같은 인간으로서 연민 때문인지 몰라도 잔여 수명을 길게 산정하는 경향이 크기 때문


ž 스탠퍼드 대학의 연구팀은 20만명 이상의 환자 데이터로 알고리즘을 교육시켰으며, 일선 병원에서 도입할 수 있을 정도로 잔여 수명 예측 정확도를 달성하게 되었음


Ø 잔여 수명 산정 알고리즘의 개발에는 스탠퍼드 대학병원의 환자 데이터베이스인 Stanford Translational Research Integrated Database Environment 사용되었는데, 환자의 전자 의료 기록 정보를 집약한 것으로, 알고리즘의 교육 및 정확도 검증에 이용되었음


Ø 교육된 알고리즘에 환자의 의료 데이터를 입력하면 사망 시기를 산정하는데, 보다 정확히 말하면 딥러닝 모델이 환자가 3개월 내지 12개월 사이에 사망할 것인지 아닌지 여부를 판정(Binary Classification, 이분법적 분류)하게 됨


Ø 알고리즘 교육을 위해서는 총 221,284명 환자의 데이터가 사용되었는데, 이 중에는 3개월에서 12개월 사이에 사망한 환자 15,713명과 12개월 이상 생존한 환자 205,571명의 데이터가 포함되어 있었다고 함


Ø 이 데이터를 사용하여 딥러닝 알고리즘을 교육하고 그 결과를 검증·시험하였는데, 알고리즘은 Deep Neural Network(DNN)으로 입력층, 중간층(18), 출력층으로 구성됨


Ø 입력 계층은 13,654 디멘션(13,654 종류의 데이터를 입력)이 되며 출력 계층은 3~12개월 사이 사망 여부를 판정하는데, 네트워크 구조는 시행착오(trial and error) 방식으로 많은 모델을 시도하게 됨


ž 완성된 알고리즘은 다양한 각도에서 평가했는데, 대상 식별 판정의 정확도(AUC)True Positive(진짜 양성) 비율이 0.93일 때 False Positive(가짜 양성) 비율이 0.3이었음


<자료> Stanford Medicine


[그림 2] 말기 환자 판정 정확도


Ø 이는 실제 말기 환자에 해당하지 않는 환자 중 30%가 말기 환자로 판정하는 오검출률율 30% 정도로 허용할 경우 실제 말기 환자 100 명 중 93명을 정확히 판정한다는 것임



ž 또한 평가 지표로 Precision Recall(정밀도 재현율)을 사용했는데, 알고리즘의 Precision(정밀도) 0.9일 때 Recall(재현율) 0.34을 기록했으며, 정확도가 0.8일 때 재현율은 0.50을 기록하였음


Ø 이는 검출율을 높이기 위해 재현율을 50%까지 높이더라도 알고리즘의 정확도가 80%에 이른다는 뜻인데, 이 정도 알고리즘 정확도면 병원에서 사용할 수 있는 수준이라고 함


<자료> Stanford Medicine


[그림 3] 말기 환자 판정 정밀도 재현율


ž 스탠퍼드 대학의 연구에서는 알고리즘의 정확성뿐만 아니라, AI의 도입 여부를 둘러싼 최대 논점인 알고리즘의 판단 근거를 분석하려는 시도도 이루어졌음


Ø 의료, 자율운전, 금융 서비스 등 AI를 도입하고 있는 분야의 최대 고민은 결과적으로 AI의 판단이 사람의 판단보다 더 낫다고 증명되기는 하지만, AI가 무슨 근거로 그런 판단을 내렸는지는 알 수가 없는 상황에서 무조건 AI의 판단을 따를 수 있느냐 하는 것임


Ø 스탠퍼드 대학 연구팀은 복잡한 구조의 네트워크를 직접 분석하는 것은 어렵기 때문에 입력 데이터의 매개 변수를 변경함으로써 알고리즘이 환자의 생존율을 판단하는 근거를 이끌어 내보려 했는데, 즉 알고리즘의 블랙 박스를 열고 그 구조를 엿보려 한 것임


Ø 입력 데이터의 종류는 다양해서 건강 상태뿐 아니라 치료 조치와 검사 횟수 등 다양한 정보를 포함하는데, 매개 변수 변경 결과 알고리즘이 사망시기를 판정 할 때 중시하는 항목은 방광 종양, 전립선 종양, 병리 검체 적출 조치, 방사선 검사 횟수 등으로 나타남


Ø 질병의 종류에 의해 수명이 결정되는 것은 직관적으로 이해할 수 있지만, 알고리즘은 병리 검사 대상 추출이나 MRI 검사 등의 횟수에서 사망시기를 산출했는데, 구체적 설명은 없지만 MRI 검사를 자주 받는 것을 암이 전이되는 것을 방증으로 본 것으로 추측됨


ž 미국에서 많은 병원이 말기 환자 치료의 도입을 추진하고 있으나 실제 이용률이 높지 않다는 통계가 있는데, AI의 도입으로 이 같은 상황에 반전이 올 지 관심이 모이고 있음


Ø 미국에서는 이미 2008년에 전체 병원의 53%가 팰리어티브 케어 서비스를 제공하고 있었고, 2015 년에 이 비율은 67%로 증가하였음


Ø 그러나 통계에 의하면 말기 완화 치료를 제공하는 병원이 늘고는 있어도 실제 이러한 치료가 필요한 환자의 7~8% 밖에 이용하지 못하고 있는 것으로 나타남


Ø 공급과 수요의 이러한 격차는 병원 측의 자원 부족 이외에 앞서 언급한 바와 같이 담당 의사가 여러 가지 이유로 케어 대상이 되는 환자를 정확하게 판정하는데 실패하고 있다는 문제에서 발생하고 있음


Ø 따라서 AI를 이용한 잔여 수명 예측이 향후 광범위하게 도입된다면, 말기 환자 치료의 패턴은 지금까지와 달라지게 될 가능성이 높고, 연명 치료나 존엄한 죽음의 권리 등에 대한 사회적 담론이 보다 활발히 전개될 수 있는 근거가 마련될 것으로 기대되고 있음


ž AI의 도입 외에 미국의 의료 서비스에 새로운 변화를 가져오고 있는 것은 유전자 분석 서비스인데, 최근 미국의 일부 병원에는 유전자 분석 전문 상담원이 등장하고 있음


Ø 다소 생소한 이름의 이 직책은 현재 중요한 역할을 담당하고 있는데, 병원 의료팀의 일원으로 유전적 질병(Genetic Disorder)에 관해 환자에게 상담을 해주는 일을 하고 있음



Ø 특히 실리콘밸리와 가까운 샌프란시스코 지역에 가까울수록, 그리고 대형 병원일수록 유전자 분석 전문 상담원을 두고 있는 경우가 많은데, 카이저 퍼머넌트 메디컬 센터(Kaiser Permanente Medical Center)가 대표적임


<자료> Kaiser Permanente


[그림 4] 병원의 유전자 분석 상담 프로그램


Ø 병원에 이 새로운 직종이 등장하게 된 것은 개인 유전자 분석 서비스가 급증하면서 분석 결과를 올바로 이해해야 할 필요성이 커졌기 때문으로, 카운슬러는 유전자 분석 결과를 피험자에게 알기 쉽게 설명하고 필요하다면 전문의를 소개하는 역할을 함


ž 미국에서 개인 유전자 분석 서비스의 범위는 점점 더 넓어지는 추세인데, 올해 3월 미 식품의약국(FDA)은 유전자 분석을 통한 유방암 발병 위험도의 검사를 허가하였음


Ø FDA로부터 개인 유전자 분석 서비스 승인을 받은 곳은 헬스케어 벤처기업 23andMe로 이미 지난 2008년에 피험자의 유전자 배열 변이를 통해 어떤 질병이 발병할 것인가를 예측하는 서비스를 내놓아 미국 의료 시장에 센세이션을 일으킨 바 있음


Ø 그러나 2013 11FDA는 예측 정확도가 충분하지 않고 소비자가 필요 없는 수술을 받게 할 위험이 있다는 이유로 업무 정지 명령을 내렸고, 23andMe는 의료 분석 서비스를 중지하고 인종 분석 서비스 전문 사업을 진행해 왔음


Ø 서비스 중단 이후 23andMe는 사업 내용을 일부 수정하였고, 2017 4 FDA 10 가지 질병에 한하여 유전자 분석 서비스를 허용했는데, 여기에 파킨슨 병이나 알츠하이머 병이 포함됨에 따라 소비자들은 치매 발병 위험을 파악할 수 있게 되었음


Ø 그 후 다시 1년 만에 FDA는 유방암이나 자궁 경부암에 대한 유전자 분석 서비스를 추가로 허용한 것인데, 병원에서 이미 유전자 분석을 이용한 유방암 검사를 받을 수 있긴 하지만, 이젠 집에서 간편히 23andMe 서비스를 통해 암 발병 위험을 알 수 있게 되었음


Ø FDA23andMe의 유전자 분석 기술을 승인함에 따라 이제 미국에서는 개인 유전자 분석 서비스가 한층 더 확산될 수 있는 모멘텀을 확보하였음


ž 23andMe의 유방암 검사는 암 발병을 억제하는 기능을 가지고 있어 암 억제 유전자(Tumor Suppressor Gene)로도 불리는 BRAC1 BRAC2에 대한 분석을 통해 이루어짐


Ø BRAC1 BRAC2은 상처받은 유전자를 복구하는 단백질을 생성하는데, BRAC1 BRAC2이 충격을 받게 되면 복구기능에도 영향을 미쳐 암 발병 위험이 높아진다고 함


Ø 특히 여성의 유방암과 자궁 경부암의 발병률이 높아진다고 하는데, 여성뿐 아니라 남성에도 해당 사항이 있으며 특히 전립선 암의 발병 위험이 높아지는 것으로 알려져 있음


<자료> New York Times


[그림 5] BRAC 변이의 높은 유방암 발병율


Ø BRAC1 BRAC2의 유전자 변이는 아슈케나지 유대인(Ashkenazi Jewish, 중동부 유럽의 유대인 후손 그룹에서 많이 볼 수 있는데, 이 그룹은 40명 중 1명이 이 유전자 변이를 가지고 있으며, 변이를 가진 여성의 45~85%70세까지 암이 발병된다고 알려져 있음


Ø 여배우 안젤리나 졸리는 2013년에 BRCA1 유전자 변이가 발견되었다며 예방을 위해 양쪽 유방을 절제하는 수술을 받았다고 발표한 바 있는데, 이 뉴스는 BRAC 유전자 변이와 유방암의 관에 대한 인식이나 유전자 검사에 대한 관심을 높이는 계기가 되었음


ž 그러나 23andMe의 유방암 진단은 그 범위가 한정되어 있어 분석 결과가 제한적이며, 따라서 올바른 해석의 필요성이 대두됨에 따라 분석 전문 상담원이 등장하게 된 것임


Ø BRAC1 BRAC2에 이목이 집중되고 있지만, 이들 유전자의 변이가 발견되지 않는다고 해서 암 발병 위험이 제로라는 뜻은 아님



Ø 23andMe의 테스트 범위도 한정되어 있어 암 발병 위험을 모두 망라하는 것은 아닌데, BRAC1 BRAC2의 유전자 변이 수는 1천 개가 넘지만 23andMe는 이 중 세 유형 만을 대상으로 검사함


<자료> 23andMe


[그림 6] 제한된 범위의 23andMe 서비스


Ø 또한 암 발병은 생활습관과도 크게 관련이 있다고 알려져 있지만 23andMe는 이 요소는 감안하지 않으며, 오직 대표적인 BRAC1 BRAC2 변이에만 특화되어 리스크를 평가함


Ø 이렇듯 유전자 분석은 복잡한 작업이고 분석 결과가 완전한 것이 아니기 때문에, 23andMe에서 보내 온 결과지를 어떻게 해석해야 할 지 모르겠다는 이용자들도 많아지고 있음


Ø 이에 대해 23andME의 창업자이자 CEO 인 앤 워짓스키는 자신들의 유전자 분석 검사는 질병을 진단하는 것이 아니며, 따라서 피험자가 검사 결과를 보고 치료 방안을 결정해서는 안 된다고 말하고 있음


Ø 검사 결과의 해석은 의사와 상담 후 정확한 판단을 기다리라는 것으로, 23andMe는 유전자 분석 전문 상담원(Genetic Counselors)을 통하여 조언을 받을 것을 권장하고 있음


ž 현단계 개인 유전자 분석 서비스는 분석과 의료적 치료 사이에 간격이 있어 소비자들로서는 완결적이지 않으며 오히려 다소 혼란함을 주는 측면이 있음


Ø 의료 전문가들과 의사들 대부분은 소비자가 독자적으로 유전자 분석을 받는 것에 대해 부정적인 생각을 가지고 있음


Ø 병원에서는 가족 중 유방암 병력이 있는 환자에 한해 유전자 분석 등으로 ​​선별 검사를 실시하고 있는데, 이 조건에 해당하지 않는 환자가 유전자 검사를 받는 것은 실용적이지 못하며 또한 심리적 부담이 크다고 보기 때문


Ø 그러나 의사들의 생각과는 반대로 많은 소비자가 이미 23andMe의 유전자 검사를 받고 있으며, 지금까지는 BRAC1 BRAC2에 대한 분석 결과를 피험자에게 고지하지 않았지만, 이번 FDA의 허가 조치에 따라 23andMe는 회원들에게 순차적으로 결과를 통지하게 됨


Ø 향후 상담을 받을 의사가 어떻게 대응할 지는 아직 알 수 없지만, 병원에서는 보다 자세한 검사를 실시하고 정기적으로 스크린 검사를 받게 할 것 등이 예상됨


Ø 23andMe의 서비스는 유전자 분석 결과를 나타내는 데 그치고, 그 이후의 의료 조치는 전문 상담원과 의사에게 넘겨지는 형태가 되는 셈인데, 소비자로서는 둘 사이에 갭이 있다고 느낄 수 있으며 서비스가 완결되거나 통합적이지 않다고 느낄 수 있음


ž 아직 미완의 서비스이지만 병원은 급증하는 유전자 분석 서비스를 어떻게 수용할 지 고민할 것으로 보이며, 이 과정에서 혁신적 의료 서비스가 나올 가능성도 점쳐지고 있음


Ø 23andMe에서 유전자 검사를 받고 알츠하이머 발병 위험이 높다고 진단 된 소비자가 노인간병 보험에 가입하는 움직임이 급속히 확대되고 있고, 질병의 위험을 미리 파악하여 그에 따라 생활 패턴을 수정하는 사람이 늘고 있음


Ø 사람들은 자신의 미래의 건강 상태를 알고자 하는 욕구가 강하고, 따라서 불완전하고 문제가 있다는 것을 알면서도 개인 유전자 분석 서비스 이용 요구가 급증하고 있으며, FDA의 허가 범위가 늘어날수록 이용량은 폭발적으로 증가할 수도 있음


Ø 의료 IT와 스마트 헬스케어 기술이 발전할수록 이러한 변화는 점차 되돌릴 수 없는 것이 될 것이므로, 병원과 의사들은 이런 흐름을 어떻게 수용할 것인지 판단을 내려야 함


Ø 가능성 높은 시나리오는 개인 유전자 분석 서비스 기업과 병원 간 협업을 통해 진단부터 치료까지를 일원화하는 것인데, 이는 ICT 기업과 의료기관 간 협업 및 새로운 법적 기제를 필요로 하는 것이며, 의료 서비스의 패러다임은 또 한번 큰 변화를 맞이하게 될 것임

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※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1830호(2018. 1. 24. 발행)에 기고한 원고입니다.


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손톱에 붙이는 소형 칩으로 자외선 자동 측정, 로레알의 ‘UV 센스’.pdf


ž 최근 수년 동안 헬스케어 관련 제품을 CES에 출품해 온 프랑스의 화장품 기업 로레알이 올해 CES에서는 손톱에 붙이는 자외선 측정 칩 UV 센스(Sense)를 발표하였음


Ø 미디어 소개용 제품의 전시 공간인 CES 언밸리드(Unvaild)에 선보인 UV 센스는 손톱에 붙이는 원형의 작은 칩으로 자외선 측정 기능이 있는데, 자외선 양을 수시로 확인함으로써 자주 자외선 차단제를 바르도록 유도하려는 것이 목적임


Ø UV 센스는 전원이 필요 없는 손톱보다 작은 칩으로 두께 약 2mm, 직경 약 9mm이며, 칩으로 상시 측정한 자외선의 강도는 NFC(근거리 무선 통신)로 연결된 스마트폰의 전용 앱을 통해 곧 바로 확인할 수 있음


<자료> Allure


[그림 1] 로레알의 자외선 측정 칩 UV센스


Ø 로레알 그룹의 스킨케어 브랜드인 라로슈포제를 통해 발매될 이 칩의 가격은 공개되지 않았지만 미국 내 보도에 따르면 40 달러 전후가 될 것으로 보이며, 2018년 미국 일부 지역에서 발매를 시작으로 2019년에 전세계적으로 판매망을 확장한다는 계획


ž 로레알은 최근 들어 기술에 대한 관심과 투자를 강화하고 있는데 2016 CES에는 씰 형태의 자외선 측정 스티커 마이 UV 패치(My UV Patch)를 출품한 바 있음


Ø 마이UV패치는 스티커의 색상을 변화시킴으로써 자외선 양의 증가를 표시하는 방식이며, 전용 앱으로 촬영하면 자외선 양을 인식해 수치로 표시해 주는 서비스도 제공하고 있음


Ø 마이UV패치는 출시 후 전세계 37개 국에서 100만 장 이상 판매되었는데, 로레알의 조사에 따르면 이용자의 34%가 더 자주 자외선 차단제를 사용하게 되었으며 37%는 피부를 자외선으로부터 지키려는 노력을 더 많이 하게 되었다고 함



Ø 올해 로레알이 발표한 UV센스는 씰 모양에서 칩을 장착한 디바이스로 제품의 형상을 변경한 것인데, 마이UV패치는 씰 형태였기 때문에 며칠 밖에 사용할 수 없었지만 UV센스는 몇 주 동안 사용할 수 있고 스마트폰 앱 이용을 통해 자외선 양의 확인도 더욱 쉬워졌음


Ø 한편 로레알은 2017 CES에서 산하 케라스타즈 브랜드로 헤어 코치(Hair Coach)라는 세계 최초 스마트 빗을 선보인 바도 있는데, 이 제품은 빗질 세기나 모발 상태를 모니터링 하여 이용자에게 머리 손질 조언을 해 줌


ž 로레알 외에도 최근 화장품 업계에서는 글로벌 기업을 중심으로 ICT 기술을 어떻게 자사 제품에 융합해 나갈 것인가가 주요 화두로 부상하고 있음.


Ø 가령 시세이도는 2018년 봄에 개인의 피부 상태에 맞춘 맞춤형(personalized) 화장품을 제공하는 옵튠(Optune) 상품을 발매할 예정임


Ø 시세이도는 2017년에 개인 맞춤형 파운데이션을 판매하는 마치코를 인수하는 등 화장품의 개인화 컨셉을 중심으로 기술의 응용에 적극 나서려는 움직임을 보여준 바 있음


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※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1821호(2017. 11. 8. 발행)에 기고한 원고입니다.


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아이폰과 연결해 사용하는 휴대형 초음파 진단 장비, 암 진단 성공.pdf



ž 아이폰과 연결해 사용하는 모바일 초음파 장비를 테스트 하던 의사가 자신의 암을 발견한 것으로 알려져 화제


Ø 외과의사 존 마틴은 의료기기 스타트업인 버터플라이 네트워크(Butterfly Network)에서 수석 메디컬 책임자로 일하고 있는데, 이 회사는 아이폰에 연결하면 초음파 검사기로 이용할 수 있는 소형 모바일 장치 버터플라이 아이큐(Butterfly iQ)를 개발하고 있음


Ø 어느 날 존 마틴은 장비를 테스트 하던 중 목에 거북함을 느껴 버터플라이 아이큐 기기로 자신의 목을 체크해 보다 종양이 있음을 발견하게 되었음


Ø 마틴은 암 전문의는 아니지만, 아이폰에 비춰진 3 센티미터 정도의 검은 물체를 보고 자신의 몸에 변고가 일어나고 있음을 깨달았다고 함



<자료> Butterfly Network

[그림 1] 휴대형 초음파 장비 버터플라이 iQ


Ø 일반적인 경우라면 몸에 이상을 느끼더라도 병원을 찾기가 쉽지 않고, 병원을 찾더라도 검사를 받는 데까지 적지 않은 시간이 걸렸겠지만, 버터플라이 iQ를 통해 신속하게 자가 검사를 함으로써 조기에 발견하여 치료 시작 시점을 당길 수 있게 된 것임


Ø 버터플라이 아이큐는 FDA의 승인을 얻은 영상 진단 장비로, 심장 스캔, 태아 및 산모 검사, 근골격 검사 등 총 13개에 달하는 진단에 사용할 수 있다고 함


Ø 내년에 정식 시판될 버터플라이 아이큐는 고가의 전용 초음파 영상 진단 장비를 이용하는 대신 아이폰을 사용하기 때문에 2,000달러 미만에 공급될 예정인데, 병원에서 사용하는 초음파 진단 장비의 가격은 10만 달러를 상회하며 휴대형 진단 장비도 8~2만 달러 수준임



<자료> Butterfly Network


[동영상] 아이폰을 이용한 초소형 초음파 진단 장비 Butterfly iQ


ž 버터플라이 네트워크는 기기 개발에 1억 달러 이상의 투자 유치에 성공한 바 있으며, 향후 의료인이 아닌 일반인을 위한 장비 개발에도 나설 것을 검토 중에 있음


Ø 2011년 회사를 설립한 조나단 로쓰버그는 반도체 기술을 생물학에 응용하는 전문가로, 회사 설립 전에는 반도체 제조 기술을 사용한 DNA 염기 서열 해독하는 방법을 개발한 바 있음


Ø 버터플라이 iQ 개발 계획을 내걸고 1억 달러 투자 유치에 성공하였는데, 보통의 초음파 검사기가 결정을 진동시킴으로써 초음파를 만들어내는 반면, 버터플라이 iQ는 반도체 칩에 있는 9천 개의 작은 드럼을 울림으로써 진동이 만들어지는 것이 특징임



<자료> Butterfly Network

[그림 2] 아이폰에 나타나는 초음파 영상


Ø 또한 초음파 영상 이미지들을 한 장의 칩으로 구현한 초음파 온 칩(Ultrasound on a Chip, UoC)이라 혁신적 의료 기술이 사용되고 있는데, 초음파 스캔 장치를 인체에 갖다 대면 아이폰에 초음파 이미지가 생성되는 것도 바로 이 UoC 기술 덕분임


Ø 현재 버터플라이 iQ는 일반인이 아닌 의료인을 위해 개발되고 있지만 향후 개인용 자치 개발도 고려하고 있으며, 이를 위해 초음파 검사 기술뿐 아니라 인공지능을 통해 검사 결과가 무엇을 의미하는지 알려주는 소프트웨어도 함께 개발 중임


Ø 조나단 로쓰버그는 향후 초음파 진단 장비의 가격을 더욱 낮추고 일명 초음파 온 칩(Ultrasound on Chip) 기술을 확대 적용해 환자를 모니터 할 수 있는 초음파 진단 패치와 암을 발견할 수 있는 알약도 개발할 계획이라 밝히고 있음


Ø UoC와 인공지능을 탑재한 저가 휴대용 장비로 헬스케어 분야에 혁신을 가져오겠다는 것이며, 궁극적으로 대부분의 가정이 체온계를 구비하고 있는 것처럼, 초음파 장비 같은 고가 의료장비도 가정에 흔하게 보급되는 장비로 만들겠다는 야심찬 비전을 가지고 있는 것임


Ø 버터플라이 iQ와 같이 아이폰과 연계가 가능한 고성능 저가의 진단 기기가 등장하는 것은 의료기기 분야 진출을 위해 애를 쓰고 있는 애플에게도 좋은 소식이 될 전망임


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※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1809호(2017. 8. 16 발행)에 기고한 원고입니다.


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빈 의과대학, 거미줄로 인간의 끊어진 신경을 재건하는 수술 연구.pdf



ž 오스트리아 빈 의과대학(Medical University of Vienna) 성형외과는 무당거미의 줄을 신경 재건 수술의 신소재로 사용할 수 있는 가능성을 연구하고 있음


Ø 탄자니아에 서식하는 무당거미의 일종은 매우 강도 높은 실을 토해내는 것으로 알려져 있는데, 그 실은 내인열성(耐引裂性)이 나일론보다 강하고 탄성은 강철의 4배 이상이며, 250도의 열에 견디는 동시 방수성도 갖추고 있는 데다가 항균 작용까지 있다고 함


<자료> Medical University of Vienna


[그림 1] 신경 연결에 이용되는 무당거미 실


Ø 이런 특성 때문에 이 무당거미의 실은 신소재로 관심을 끌고 있으며, 바이오 의료의 관점에서도 활용 가능성에 주목해 왔는데, 빈 의과대학의 연구도 그 일환임


Ø 인간은 신경 일부가 손실되면 그 손실된 부분을 메우기 위해 남은 신경들이 신경 섬유를 빈 부분으로 늘려 빈틈이 없도록 재연결 하게 되는데, 신경들이 올바른 방향으로 뻗기 위해서는 가이드라인 역할을 해 줄 구조가 필요함


Ø 일반적으로 사람이 말초 신경계에 상처를 입은 경우 신경을 다시 연결하기 위한 구조로 합성 도관을 사용하지만, 합성 도관으로 연결할 수 있는 경우는 4cm의 상처가 최대치로, 종양의 절제나 사고로 5cm 이상 말초 신경계가 손상된 경우 합성 도관의 사용은 어렵다고 함


Ø 빈 의과대학의 연구팀은 이 합성 도관을 대신해 거미줄을 사용할 수 있는 가능성에 대해 연구하는 것인데, 끊어진 신경 사이에서 사용되는 거미줄은 장미를 심을 때 사용하는 격자 울타리와 같은 역할을 하게 됨


Ø 장미 넝쿨이 울타리를 타고 위로 뻗듯이 신경 섬유가 거미줄을 따라 다른 신경과 재접속 하도록 도와주고 유도하는 역할을 하는 것임


ž 무당거미의 실을 합성 도관으로 이용하는 연구는 현재 임상 실험 단계에는 이르지 못했으나 임상 시험이 통과되면 여러 심각한 신체 손상의 치료에 응용될 것으로 예상됨


Ø 동물을 대상으로 한 실험에서는 6cm의 피해를 입은 신경을 거미줄을 이용해 복구하는 데 성공했는데, 신경 섬유들이 약 9개월 만에 다시 연결 기능을 되찾았다고 함


Ø 신경의 재연결에 사용되는 많은 소재들은 신경의 성장을 억제하는 일이 있는데, 거미줄은 자연에서 유래한 물질이기 때문에 신경의 기능을 저해하지 않는 장점이 있고, 최종적으로 인간의 체내에서 분해되기 때문에 거부 반응이 일어나지도 않는다고 함


Ø 연구 팀은 현재 21 마리의 거미를 확보하고 있으며 일주일에 한 번 거미줄을 채취하는데, 신경에 발생한 6cm의 상처를 치료하는 데 수백 미터의 거미줄이 필요하지만 200m의 거미줄을 모으는 데 필요한 시간은 15분 정도이며 채취 중에 거미가 해를 입는 일도 없다고 함


Ø 2017 8월 현재 임상 시험은 시행되지 않고 있지만 일단 임상 시험을 통과해서 실제로 거미줄이 수술에 사용된다면, 신경의 재연결뿐만 아니라 인대나 반월판의 손상, 심한 화상의 치료 또는 세포 이식을 필요로 하는 신경 질환 치료에도 응용될 것으로 기대되고 있음

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※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1802호(2017. 6. 28 발행)에 기고한 원고입니다.


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가상현실(VR)이 일으키고 있는 실리콘밸리의 의료 혁명.pdf



[ 요 약 ]


VR(가상현실기술의 발전으로 콘텐츠 및 하드웨어 측면에서 점차 진용이 갖춰져 가는 가운데현재 미국에서 가장 활발하게 VR의 응용이 이루어지고 있는 곳은 의료분야임병원과 클리닉에서는 의사들이 먼저 VR 기술의 도입을 적극적으로 요청하고 있으며활용범위도 환자의 정서 안정 지원에서부터 의료 교육수술 지원뇌와 VR 연결을 통한 난치병 환자의 생활 지원까지 매우 폭 넓음의료 수요의 전세계적 보편성을 감안할 때 VR 기반 의료 서비스는 급속히 확산될 수 있을 전망



[ 본 문 ]


ž VR(가상현실) 기술의 생태계가 점차 갖춰져 가면서 기업과 소비자 양 측면에서 관심이 높아지고 있는데, 응용 분야 중 현재 가장 활발한 움직임을 보이는 곳은 의료분야임


Ø 통상 신기술은 제공하는 IT 기업 쪽이 적극 나서 설득해야 하는 어려움이 있지만, 의료분야의 경우 기술을 받아들여 이용하는 병원이 새로운 VR 기술을 적극적으로 도입하려는 흐름이 있어 활용 시도가 적극적으로 전개되고 있음


Ø 의료분야에서는 환자의 치료 지원, 의사에 대한 교육, 인체의 정밀한 3차원 (3D) 모델을 이용한 수술 지원, 뇌와 VR을 연결한 난치병 환자의 생활 지원 등 폭 넓은 응용이 진행되고 있어, VR 기술 업계도 의료 서비스가 대표적인 B2B 고객이 될 것으로 보고 영업력을 집중하고 있음


Ø 특히 새로운 혁신 기술의 요람인 실리콘밸리 인근 지역은 VR 기술업체들과 병원 간 새로운 활용 시도와 파일럿 프로젝트들이 활발히 이루어지고 있어, VR 산업의 이해관계자들은 물론 VR에 관심이 많은 소비자들의 이목도 집중시키고 있음.


ž LA에 있는 시더스 시나이 메디컬 센터(Cedars-Sinai Medical Center)는 치료 및 수술과 관련된 통증과 불안을 해소하는데 VR 기술을 이용하고 있음


Ø 통증과 불안을 해소하는 데 도움을 줄 수 있는 게임과 편안한 영상을 VR 헤드셋을 통해 환자에게 제공하는 이 시스템은 VR 기술 벤처기업인 어플라이드VR(AppliedVR)이 개발한 것으로, 시더스 시나이 병원 외에도 여러 병원이 시범적으로 도입하고 있음


<자료> AppliedVR


[그림 1] VR을 이용한 환자 불안과 통증 완화


Ø 이 병원의 VR 도입에는 협력관계를 맺고 있는 스타트업 액셀러레이터 테크스타스 (Techstars)의 도움이 컸는데, 테크스타스는 대기업과 벤처기업을 연결시켜 신규 사업의 ​​창출을 촉진시키기 위한 프로그램을 다수 운영하고 있음


Ø 테크스타스는 2016년 초부터 의료 분야에 특화된 액셀러레이터 프로그램을 실시하고 있는데, 이 프로그램은 이미 2기에 걸쳐 18개 기업을 배출하고 있으며, 시더스 시나이 병원에 시스템을 제공한 어플라이드VR1기 참여기업이었음


Ø 어플라이드AR의 시스템은 가령 수술 전 불안을 안고 있는 환자에게 편안한 영상과 음악을 체험하게 하며, 치료 중이거나 치료 후 통증으로 고통받고 있는 환자에게는 통증을 잊거나 완화시키기 위해 VR 게임을 제공함


Ø 시더스 시나이 병원의 테스트 결과, 어플라이드VR의 시스템을 사용한 환자 중 통증이 누그러졌다고 답한 비율은 25%, 불안과 스트레스가 완화됐다고 응답한 비율은 60%였다고 함


Ø 현재 VR 헤드셋을 제공하고 있는 삼성전자는 어플라이드VR의 병원 영업을 지원하고 있는데, 이미 약 120개 이상의 병원이 파일럿 도입 의향을 표명했다고 하며, 특히 소아과에서 도입 효과가 기대되고 있음


ž 샌프란시스코에 본사를 둔 비비드 비전(Vivid Vision)은 약시를 비롯한 시각 장애의 치료에 VR 활용을 시도하고 있는 기술기업임


Ø 비비드 비전의 창업자이자 CEO인 제임스 플라하는 어릴 때부터 게임을 좋아했지만 그 스스로 시각 장애에 시달리고 있었는데, 치료를 위해 VR 게임인 디플로피아(Diplopia)를 개발해 약 1년간 직접 시험했는데 시각 장애가 크게 개선된 것을 체험했다고 함


Ø 약시의 경우 어린 시절에 눈과 뇌가 제대로 협응하여 작동하지 않아 눈으로 들어오는 신호에 뇌가 제대로 반응하지 않는 것이 원인이 되고 있는 경우가 많다고 함


Ø 제임스 플라하가 개발한 게임은 좌우의 눈에 미묘하게 다른 이미지를 투사함으로써 잠자던 뇌를 자극하고, 이를 통해 눈과 뇌의 연계를 복원하여 강화하는 원리임


<자료> Vivid Vision


[그림 2] 양쪽 눈에 미세하게 다른 영상을 투영


Ø 게임을 통해 증상이 개선된 경험을 바탕으로 제임스 플라하는 2015 3월에 비비드 비전을 설립했으며, 공동 창업자 3명 중 한 명인 튀엔 트란은 안과 의사로서 콘텐츠 감수를 통해 비비드 비전의 게임이 시각치료용 콘텐츠인 것을 보장하고 있음


Ø 비비드 비전은 우선 안과 의사와 병원을 대상으로 VR 게임을 이용한 치료 프로그램을 제공하고 있는데, 이미 미국 내 90개 이상의 병원이 이 프로그램을 도입하고 있음


Ø 현재 비비드 비전의 프로그램을 체험하려면 안과 의사의 지도가 반드시 필요하다는 제약이 있으며, 환자의 편의성을 높이기 위해 이 기업은 2017년 말을 목표로 시각 장애 환자가 직접 구매하여 가정에서 사용할 수 있는 버전을 출시한다는 계획을 세우고 있음


Ø 가정용 버전의 올해 말 출시를 위해 비비드 비전은 올해 5월에 220 만 달러의 투자자금을 조달했다고 발표한 바 있음


ž 기술기업 서지컬 씨어터(Surgical Theather)가 개발한 VR 기반 3D 모델링 시스템은 의학 교육 및 시뮬레이션 등의 분야에서 VR의 활발한 활용을 보여주는 사례임


<자료> Surgical Theather


[그림 3] 3D 모델링으로 구현한 환자의 뇌


Ø 컴퓨터 그래픽(CG)을 이용한 인체의 3차원 모델을 의과 대학의 교재로 사용하거나, 외과 의사가 3D 프린터로 만든 환부의 3D 모델을 보면서 수술을 미리 시뮬레이션 해보는 등의 사례는 이미 잘 알려져 있음


Ø 서지컬 씨어터는 자기공명영상장치(MRI)나 컴퓨터 단층촬영장치(CT)의 이미지를 바탕으로 섬세한 3D 모델을 구축할 수 있는 프리시즌 VR(Precision VR) 솔루션을 개발하였음


Ø 이 시스템을 이용하면 VR 헤드셋을 통해 3D 모델을 가상 공간에 투영하여 수술 전에 환부를 확인할 수 있으며, 의사가 환자와 함께 3D 모델을 보면서 수술의 내용을 설명할 수도 있고, 환자가 궁금한 것을 의사에게 질문하는 것도 가능함


Ø 서지컬 씨어터는 이스라엘 군의 파일럿 겸 엔지니어 두 사람이 설립한 스타트업으로 군의 비행 시뮬레이터 기술을 의료 분야에 응용한 것이며, 현재 HTC 등으로부터 투자를 유치해 적극적으로 사업을 확대하고 있는 중


Ø 이 기업은 현재 LA에 본사를 두고 자신들의 시스템을 도입할 병원이나 파트너십을 체결할 의료기기 제조업체를 적극 물색하고 있음


ž 로스엔젤레스 소아 병원 역시 오큘러스(Oculus) VR 콘텐츠 개발 기업 등과 제휴하여 VR을 이용한 소아 및 유아의 응급 구명 상황 의료 훈련을 시행하고 있음


<자료> Children 's Hospital Los Angeles


[그림 4] VR을 이용한 유아 응급상황 대처 훈련


Ø 이 병원은 에이아이솔브(AiSolve)라는 인공지능 프로그램에 따라 수술 과정이나 응급 상황 시 대화 등을 VR로 재현하여 보다 현실과 유사한 환경에서 훈련을 제공하고 있음


Ø LA 소아 병원에서는 지금까지 마네킹을 사용해 훈련을 해왔는데, 여기에 소요되는 교육 비용은 연간 43만 달러로 적지 않았으며 훈련 준비에도 많은 시간이 필요한 단점이 있었지만 VR 훈련을 도입하면서 비용과 시간 면에서 효율적인 훈련이 가능해졌다며 긍정적 평가를 하고 있음


Ø VR 기반 훈련은 무엇보다 현실적인 경험을 얻을 수 있는 것이 가장 큰 장점이며, 원격지에 떨어져 있는 사람도 VR 이용을 통해 시간과 장소에 유연하게 훈련을 받을 수 있는 점도 장점


ž 올해 4월 네브래스카 대학 메디컬 센터가 발표한 구상은 의료 교육 분야에서 VR에 대한 기대가 크다는 것을 보여주는 대표적 사례임


Ø 이 병원은 향후 1 1,900만 달러를 투자해, 18,000 평방미터의 부지에 교육 센터를 개설하는데 최신 VR AR(증강현실) 기술을 도입하여 의사와 간호사의 교육에 활용할 계획임


Ø 이 계획의 목표는 이론 학습이 아니라 VRAR을 통한 실무 교육으로 학생들은 VR/AR 기반의 3D 모델을 사용하여 인체의 구조를 학습하게 되며, 센터가 완공되면 수술을 앞둔 외과 의사들은 환자의 데이터에 기반해 VR 공간 상에서 수술을 시뮬레이션 할 수 있게 됨


ž 오큘러스(Oculus)를 인수한 페이스북 역시 VR의 의료분야 연구에 관심을 기울이고 있는데, 뇌와 컴퓨터의 연결을 통해 생각한 것을 직접 입력하기 위한 연구를 진행하고 있음


Ø 페이스북은 올해 4월 열린 연례 개발자 컨퍼런스 F8에서, 뇌와 연결하여 텍스트 입력이 가능한 -컴퓨터 인터페이스(Brain-computer Interfaces, BCI) 연구를 진행 중이라 발표


<자료>CNET

[동영상] BCI를 이용한 전신마비 환자의 타이핑


Ø 발표회장에서는 전신 마비 환자가 생각만으로 컴퓨터 화면에 문자를 입력하는 동영상을 보여주었는데, 페이스북은 이를 실현하기 위해 60명의 엔지니어를 투입해 개발 중이라고 함


Ø 페이스북이 연구 중인 것은 수술을 통해 뇌에 센서를 삽입하는 등의 침습적 방식이 아니라, 광학 판독장치를 사용해 몸의 외부에서 뇌의 움직임을 읽어내는 것임


Ø 페이스북은 우선 분당 100 글자를 입력할 수 있는 정도를 목표로 한다고 발표했는데, 미래에는 BCI 기술을 VR/AR 시스템의 입력 수단으로 활용할 계획이라고 함


Ø 한편 테슬라의 일론 머스크 역시 다음 도전 영역으로 뇌와 컴퓨터의 융합 분야를 선택했는데, 올해 3월에는 BCI를 연구하는 스타트업 뉴럴링크(Neuralink)'를 새롭게 선보였음


Ø 아직 정확한 연구 내용은 공개하지 않고 있지만, 일부 언론에 따르면 페이스북과 달리 뉴럴링크의 목표는 인간의 뇌에 직접 센서를 내장하여 사람들의 커뮤니케이션을 효율화하고 뇌의 기능을 크게 향상시키는 데 있다고 함


Ø 이런 시도의 배경에는 인공지능(AI)의 발전과 보급 확산에 따른 위기감이 있다고 하는데, 머스크는 인류가 AI에 대항하게 하기 위해 뇌에 AI를 통합하는 것을 목표로 하고 있음


ž 동부 해안의 스타트업 뉴러블(Newrable) 역시 페이스북과 마찬가지로 BCI 연구에서 VR/AR로 활용해 컨트롤러를 대체하려는 흐름을 주도하고 있는 기업임


Ø 때로 너무 급진적인 실리콘밸리에 비해 보수적이라 평가 받는 동부 해안에서도 최첨단 영역인 BCI 연구가 싹트고 있는데, 미시건 대학에서 신경과학 박사 학위를 취득한 람세스 알케이드는 2016년 여름 보스턴에서 BCI 연구 스타트업 뉴러블(Newrable)을 창업하였음


Ø 뉴러블이 채택한 접근 방식 역시 페이스북과 같은 것으로, 뇌의 외부, 즉 머리에 부착한 여러 센서가 뇌파(Electroencephalography, EEG)를 읽고 입력 신호로 변환하는 것인데, 향후에는 VR/AR을 입력 단에서 컨트롤러로 사용할 것을 목표로 하고 있음


<자료> Newrable

[그림 5] 뇌파를 읽어 휠체어를 조작하는 모습


Ø 뉴러블은 이용자가 카트의 레버를 머리 속에 떠올리는 것만으로 실제 카트가 움직이게 하거나, PC 키보드의 영상을 보고 문자를 입력하는 등의 데모를 공개하고 있는데, 올해 가을에 프로토타입 공개를 목표로 연구를 진행 중이라고 함


Ø 아직 투자자금을 200만 달러 밖에 조달하지 못한 스타트업임에도 불구하고 내걸고 있는 목표는 페이스북이나 뉴럴링크 보다 야심 차다고 할 수 있는데, 올 가을 프로토타입의 성과에 따라 추가 투자 유치 및 향후 전망이 어느 정도 가늠될 전망


ž 의료분야의 VR 수용은 비단 실리콘밸리만의 일은 아니며, 의료적 요구의 보편성에 따라 점차 전세계로 확산될 전망인데, 국내에서도 이미 유사한 시도들이 적잖이 이루어지고 있음


Ø 미국의 병원들 중에는 고소공포증의 완화 및 치료에 VR을 이용하는 곳도 있는데, 국내 기업 중에서는 VR STAR가 현재 파주, 송도, 김포, 춘천, 김해, 부산, 통영 등에 체험관을 설치하고 고소공포증을 극복할 수 있는 콘텐츠를 제공하고 있음


Ø 삼성전자는 독일, 러시아, UAE 7개국에서 7,500명을 대상으로 VR 치료 실험인 두려움 없는 사람이 되자(Be Fearless) 이벤트를 4주간 진행하여, 고소공포증과 대인기피증 등 사회적 공포증 치료에 VR의 효과성을 검증하였음


Ø 삼성전자는 VR 헤드셋과 스마트워치를 연결해 치료 실험에 참여한 사람들의 심장박동수 등을 실시간으로 측정해 DB로 구축했는데, 실험 결과 대인기피증 치료에서는 참가자 88%가 평균 18.7%의 완화 효과를, 고소공포증 치료에서는 참가자 88% 23.8%의 완화 효과를 거뒀음


<자료> Samsung Newsroom


[동영상 2] VR을 이용한 발표 공포증 치료 모습


Ø 국내 기업 감성놀이터는 올해 미국에서 열린 GDC 컨퍼런스에서 VR 기술을 이용해 따뜻한 느낌의 가상현실 세계를 만들어 사용자에게 심리적 안정감을 줌으로써 각종 공포증과 불안 장애를 천천히 치료할 수 있는 기술을 발표한 바 있음


Ø 분당 서울대병원은 재활의학 분야에 VR 기술을 접목해 가상 공간에 등장하는 과일이나 물건을 잡게 함으로써 환자가 직접 움직이며 재미있게 재활을 할 수 있도록 돕고 있음


Ø 그 밖에 중앙대병원, 조선대병원 등 다수의 의료 기관에서 신체 각부와 장기의 동작 원리, 진단 요법 학습에 VR 기술을 이용하고 있고, 정밀한 수술 시뮬레이션에도 VR을 활용함으로써 수술 성공률을 높이고 있음



Ø 국내 의료계가 도입하고 있는 VR 기술의 내용은 미국의 병원들과 비슷한데, 한국과 미국의 의료전달체계나 보험 시스템 및 의료 산업 구조가 다르기 때문에 궁극적인 사업 모델에서 차이가날 수는 있지만, 의사와 병원의 VR 요구 사항은 보편적이란 점을 확인할 수 있음


Ø 의료 자체가 점차 ICT 기술 의존적으로 진화하면서 전세계적으로 의료의 모습이 비슷해지고 있기 때문에 VR의 의료분야 적용 역시 전세계적으로 확산될 가능성이 있으며, 이는 VR 기술 및 서비스와 콘텐츠를 개발하는 기업들에게는 좋은 사업기회가 될 전망임

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