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바이오-ICT 융합기술 개발동향과 기술 개발 로드맵

박세환 한국산업기술진흥협회 ReSEAT프로그램 전문연구위원
박세환 전문연구위원l승인2018.10.31 09:01:42l수정2018.10.31 09:13

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바이오-ICT 융합산업이 빠르게 확산되고 있다. 고령화 사회의 급속한 진행과 함께 전 세계적으로 노령 질환 및 만성질환자들이 지속적으로 늘어나고 있는 추세다. 특히 한국은 전 세계에서 유례없이 빠른 속도로 고령화가 진행되면서, 2017년 11월 1일 기준으로 65살 이상 노인인구가 712만 명으로 전체 인구의 14%를 웃도는 고령사회 진입이 확정됐다(UN에서는 노인인구 비중이 7% 이상이면 고령화 사회, 14% 이상이면 고령사회, 20% 이상이면 초 고령사회로 구분하고 있다). 이는 2016년 대비 34만 명이 늘어난 것이며, 전체 인구에서 차지하는 비중도 13.6%에서 14.2%로 증가된 것이다.

고령사회의 진입은 지난 수십 년 간 경제성장을 이끈 인구효과가 앞으로는 한국 경제의 최대 리스크 요인이 될 것이라는 우려가 있다. 이에 바이오-ICT 융합기술(개인맞춤형으로 최적화된 건강진단과 질병예방 기술)을 활용해 웰빙(Well-being) 마인드를 지향한 효율적인 의료 서비스가 필요하다. 이를 통해 평균수명과 활동연령을 연장할 수 있을 것이다.

이를 위해서는 개인의 유전이나 건강상태에 따른 맞춤형 건강진단과 질병예방 기술이 요구된다. 개인맞춤형으로 최적화된 의료서비스를 제공하기 위해서는 IoT 기반 바이오-ICT와 모바일 헬스케어 기술, 질병과 환자 관리를 위한 바이오센서와 생체인식 기술, 의료정보화와 원격의료 시스템 기술 등 다양한 바이오-ICT 융합기술이 적용돼야 한다. 이러한 기술들을 구현하여 최적화된 의료서비스를 제공하기 위한 바이오-ICT 융합 기술트리를 [표 1]에 나타낸다.

▲ [표 1] 최적화된 의료서비스를 위한 바이오-ICT 융합 기술트리

이 글에서는 개인맞춤형으로 최적화된 건강진단과 질병예방 기술을 활용한 바이오-ICT 융합 3대 핵심기술(웨어러블 플랫폼 설계기술, 웨어러블/스마트폰 연동기술, 유전체분석 기술)을 중심으로 바이오-ICT 융합 기술과 서비스 개발동향에 대해 알아본다. 이를 토태로 바이오-ICT 융합기술을 구현하기 위한 스마트 헬스케어 기술 개발 로드맵(TRM)을 제시하겠다.

웨어러블 플랫폼의 표준화와 프레임워크 구성 필요

IoT 기반 스마트 헬스케어 플랫폼: 개인맞춤형으로 최적화된 건강진단과 질병예방 기술을 활용한 바이오-ICT 융합 3대 핵심기술 중 하나인 ‘맞춤형 건강진단과 질병예방을 위한 웨어러블 기기 플랫폼 설계기술’은 SNS를 통해 커뮤니티를 기반으로 상호작용하는 다원적 서비스로 발전하면서 IoT 기반 스마트 헬스케어 산업의 전방위 기술시장을 형성하고 있다.

글로벌 ICT 기업들이 적극적으로 시장에 진출하면서 미래 성장산업으로 자리매김하고 있으며, SNS를 통한 이용자의 능동적인 참여와 이용자간 협력을 유발시키고, 서비스 효과를 상승시켜가고 있다. 이를 통해 재미와 흥미 요소를 가미한 게임화(Gamification)를 도입해 서비스 지속성을 상승시켜가고 있다.

인터페이스 플랫폼: 바이오센서와 웨어러블기기, 스마트폰 사이의 인터페이스 플랫폼 기술은 미국의 글로벌 대기업과 벤처기업을 중심으로 다양한 솔루션이 출시되고 있다. 이를 통해 운동량 정보(칼로리 소모량, 거리, 걸음걸이 수 등), 족적 정보(움직임, 족압 등), 심전도, 칼로리 등 다양한 생체정보를 측정할 수 있는 서비스를 제공하고 있다.

현재 출시되고 있는 인터페이스 플랫폼들은 개방형 보다는 폐쇄형 플랫폼을 지향하고 있어 이로 인해 플랫폼 간, 서비스 간 호환성과 연동성이 보장되지 않는 단점이 있다. 특히 대부분 가장 유력한 국제표준인 ISO/IEEE 11073 PHD(Personal Health Device) 표준이나 oneM2M 국제표준과 부합되지 않아 향후 이를 적극 고려할 필요가 있다. 이런 인터페이스 플랫폼을 구현하기 위해 네트워크 인프라와 단말 소프트웨어 플랫폼과의 연동으로 구성된 차세대 모바일 소프트웨어 플랫폼 표준기술이 개발됐다.

스마트폰 기반 센서 단말 소프트웨어 플랫폼 기술은 스마트폰에 내장된 센서를 활용해 새로운 응용 서비스를 만들어 내는 능력과 프레임워크를 제공하면서 발전하고 있다. 이를 통해 사용자와 개발자의 편의에 따라 내장 센서의 값을 활용해 다양한 센서 기반의 응용 서비스 개발을 가능하게 하고 있다.

웨어러블/스마트폰 연동기술이 핵심

인체감지 센싱 기술: 인체감지 센서를 이용한 웨어러블 기기 플랫폼과 스마트폰 연동기술은 웨어러블 스마트 디바이스 산업의 본질적인 가치 중심의 서비스 관점에서 기술융합이 필요하다. 즉, 상호 연계보다는 개별적 기술구축 중심이나 통합연계를 통한 유용성 중심의 헬스케어 서비스를 발굴할 필요가 있다.

- 생체현상 감지기술, 이상신호 측정과 알림기술
- 만성질환 모니터링 서비스
- 헬스센터나 의료기관을 통한 증상 원격상담과 원격진료 예약 서비스
- 개인 평생건강기록으로 병력, 검사결과, 투약정보 공유 등

이 연동기술은 점차 고도의 입력기술, 출력기술, 처리기술로 발전하고 있다.
입력기술은 단순한 동작만으로도 웨어러블 기기 간 데이터를 주고받을 수 있는 제스처 인식기술로 발전하고 있다. 이를 수용할 수 있는 접촉식(Non-visual tracking)이나 비접촉식(Visual tracking) 센서 개발이 필요하다.

출력기술은 인체에 무해한 기판일체형 디스플레이 방식의 시각기술이 주목받고 있다. 여기에는 단일기판 내장을 통한 초소형화 제작기술, 3D프린팅 등 융복합 웨어러블 디스플레이, 경량화기술 기반 초소형 디스플레이, 시야각과 고해상도 기술이 필요하다.

마지막으로 처리기술은 실시간으로 생체정보를 진단하고, 신축성/유연성/인체무해성을 갖춘 투명소재를 개발할 필요가 있다. 아울러 변형방지, 노이즈 제거, 미세 패터닝 기술 등이 적용된 핵심기술을 개발해 기술 표준화에 주력할 필요가 있다.
인체감지 센서를 이용한 웨어러블 기기는 직물결합형 시대로 진입하면서 악세사리형(2013~)에서 직물결합형(2017~)으로 발전하고 있으며, 2020년이 되면 인체결합형으로 진화할 것으로 예상하고 있다. [표 2]

[표 2] 웨어러블 스마트 디바이스 기술트리

웨어러블/스마트폰 플랫폼 연동기술: 웨어러블 기기 플랫폼과 스마트폰 연동 기술은 실시간 환자상태정보 플랫폼과 스마트폰 간의 연동기술을 통해 환자상태정보 서비스 기술과 HIT(Health Information Technology)가 접목된 융합기술로 발전하고 있다. 이를 통해 보다 효과적인 정밀의료 서비스를 구현하고 있으며, 환자의 유전정보와 의료정보를 이용해 실제 임상 적용을 목표로 하고 있다. 이러한 연동기술을 효과적으로 정착시키기 위해서는 대규모 코호트(Cohort) 구축, 개인맞춤형 치료와 예방법 개발, 개인의 유전체정보 공유 플랫폼 개발과 표준 제정, 프라이버시 보호와 신뢰 프로세스 구축방안 등이 필요하다.

유전체분석 기술과 빅데이터 분석 기술의 결합

빅데이터 분석기술: 빅데이터 분석기술을 활용한 유전자분석 기술은 암을 포함한 난치질환과 유전체학(Genomics) 등의 분야에 대한 빅데이터 분석기술로 발전하고 있다. 의료 빅데이터 분석 분야의 선도 기업으로 글로벌 ICT 기업(마이크로소프트/아마존/구글/페이스북 등)들이 글로벌 기술시장을 주도하고 있다. 빅데이터 분석기술을 활용한 유전자분석 기술을 효과적으로 정착시키기 위해서는 미래 맞춤형 의학 프로그램에서 직면하게 될 빅데이터 분석을 정보과학에 적응시켜 해결할 필요가 있다. 이를 위해 맞춤형 의학과 컴퓨터 지원 진단학문이 직접적으로 환자를 이롭게 하는 것을 증명할 수 있는 연구가 필요하다.

웨어러블 플랫폼과 스마트폰 연동을 통한 주요 빅 데이터 분석사례로는 eMRG(Electronic Medical Records & Genomics) 프로젝트가 있다. 빅 데이터 분석기술을 활용한 유전자분석 기술은 초고속 컴퓨팅 기능과 인터넷을 통해 대량의 유전자분석 정보를 바이오의학에 안전하게 생성-유지-이동-분석해 데이터를 환자 임상데이터와 같은 다른 데이터세트와 통합하는 데 필요한 사회기반시설(Infrastructure)이 부족하다.

현재로서는 유전자분석 데이터를 분석하고 저장하는 것 보다 이들 데이터를 생성하는 비용이 높은 편이다. 또한 한 곳의 데이터를 다른 장소로 이관시키는 일이 용이하지 않다는 것 또한 문제다. 그 이유는 데이터이송이 주로 내부정보를 가진 외부 드라이버를 통해 이루어지기 때문이다. 이런 문제를 해결하기 위해서는 최신 디코딩(Decoding) 기능을 가진 우수한 안전장치의 사용, 유전자분석 정보의 암호화 알고리즘을 가진 보안시스템 구축이 필요하다.

질병위험도 예측 기술: 유전체 분석을 통한 질병위험도 예측기술과 같은 마이크로비옴(Microbiome) 연구에서 직면하게 될 가장 중요한 도전의 하나는 실험실에서 확보한 결과를 일상생활에 적용하는 것이다. 인간 마이크로비옴의 연구목표를 구현하기 위해서는 보다 많은 의료 빅데이터를 수집하고 분석할 필요가 있으며, 분석도구의 표준화(시료의 수집-취급-저장-처리)가 필요하고, 보건자료 제공자에게 혜택을 주고, 나아가 마이크로비옴 연구를 발전시킬 수 있는 지속적인 임상교육이 필요하다.

이런 예측기술을 효과적으로 정착시키기 위해서는 마이크로비옴 연구에서 생성된 의료 빅데이터를 보다 정확히 평가하고 활용할 수 있는 도구, 파이프라인, SOP를 개발하는데 주력할 필요가 있다. 마이크로비옴 연구는 인류의 건강과 질병관리, 농업과학 등 다양한 분야에 응용되고 있다. 특히 인간의 난치병을 해결하는 데 매우 중요한 방안을 제시하고 있다. 선진 마이크로비움 연구를 위해서는 의료 빅데이터를 효율적으로 이용할 수 있는 법·제도적 뒷받침이 필요하다.

기술 개발 로드맵에 따른 핵심 기술 개발 필요
바이오-ICT 융합기술을 구현하기 위해서는 [표 1]에 나타낸 것과 같은 3대 핵심기술과 이에 따른 세부 기술 분야에 대한 R&BD가 필수적으로 요구된다. 이를 위해 바이오-ICT 융합기술의 전방위 산업군으로 포지셔닝돼 있는 스마트 헬스케어 기술개발 로드맵에 따라 핵심 기술을 개발하는 데 주력할 필요가 있다.[표 3]

[표 3] 스마트 헬스케어 산업 기술개발 로드맵

이런 기술개발 로드맵 추진을 통해 바이오-ICT 융합기술 개발을 위한 기초전략을 수립하고, 세부 기술개발 방향을 설정하여 글로벌 시장진출을 위한 전략이 필요하다. 세부 기술개발 요소는 맞춤형 건강진단과 질병예방을 위한 웨어러블 기기 플랫폼 설계기술, 웨어러블 기기 플랫폼과 스마트폰 연동기술, 정밀의료 서비스를 위한 ICT를 활용한 유전체 분석기술 등이 될 것이다.

프라이버시 보호와 신뢰 프로세스 구축 방안 필요

바이오-ICT 융합기술은 스마트폰 기반의 센서 단말 소프트웨어 플랫폼 기술을 통해 새로운 응용서비스를 만들어 내는 프레임워크로 발전하고 있다. 제한요인으로는 센서의 크기나 가격, 제한된 공간, 다양한 센서들을 모두 일일이 내장해 관리해야 하는 번거로움과, 다양한 사용자의 욕구를 충족시키는 데 한계가 있을 수 있다. 이를 해결하기 위해서는 주변의 센서들을 스마트폰에 내장된 센서처럼 인식하여 서비스를 창출하는 시도가 필요함을 시사하고 있다.

인체감지 센서를 이용한 웨어러블 기기 플랫폼과 스마트폰 간 연동기술의 최종목표는 스마트폰을 통해 유전정보와 생활습관 등을 분석해 질병발생 징후를 사전에 예측하고 소비자의 주권을 강화하는 것이다. 특히 실시간 환자상태정보 플랫폼과 스마트폰 간 연동기술을 토대로 맞춤형 환자상태정보 서비스를 개발하기 위해서는 개인의 유전체 분석정보 기반의 맞춤형 치료/예방법 개발, 개인의 유전체정보를 공유할 수 있는 웹 플랫폼(Web platform) 구축과 이를 통해 개인의 유전체정보의 유출로 인한 악의적인 피해를 예방할 수 있는 프라이버시 보호와 신뢰 프로세스 구축방안이 필요하다.

 

박세환 | 한국과학기술정보연구원 ReSEAT 프로그램 전문연구위원
기술법인 엔펌(ENF) 전문위원

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