웨어러블 기술을 통한 의료 혁신
스마트 워치와 링의 광학 기술은 이제 의료 등급 생체 신호 모니터링을 지원합니다.
소비자용 웨어러블 기기의 의료 모니터링
20세기와 지금까지 21세기 대부분의 기간 동안 의료 서비스는 전문가들이 특정 시간에 병원이나 진료소에서 실험실에서 제공하는 검사 결과를 바탕으로 수행하는 서비스였습니다.
이번 세기의 2분기에는 급진적인 변화를 보게 될 것입니다. 새로운 웨어러블 기기의 도입으로 환자가 어디에 있든, 집, 직장, 심지어 침대에서 잠을 자더라도, 24시간 내내 지속적으로 모니터링, 진단 및 치료를 할 수 있게 될 것입니다.
이 기술은 의료 시스템이 개인화(personalized), 예측(predictive), 예방(preventive) 및 참여(participatory) 가능할 때 의료 전문가의 개입을 줄이고 비용을 절감하여 더 나은 결과를 제공한다는 개념인 의학의 새로운 '4P' 패러다임을 실현하는 중요한 요소 중 하나입니다.
이 4P 모델은 급속한 인구 고령화라는 인구학적 시한폭탄에 직면한 선진 산업 국가들에게 매우 매력적입니다. 고령자의 복잡한 의료 수요는 은퇴자 대비 근로자 비율이 감소함에 따라 줄어드는 세원을 압도할 위험이 있습니다. 이러한 국가들은 웨어러블 기술을 통해 다음을 포함하는 많은 이점을 얻을 수 있습니다.
- 질병이 심각해지기 전에 경고 신호 감지
- 수술 후 또는 기타 의료 개입 후 환자를 24시간 모니터링하여 나중에 발생할 수 있는 합병증 위험 감소
- 개인이 심장병이나 당뇨병과 같은 질환의 위험을 줄이고 더 긴 건강 수명을 누릴 수 있도록 생활 습관 선택에 도움이 되는 맞춤형 진단 데이터 생성
의료 등급 웨어러블 기기를 위한 첨단 광학 기술
스마트 워치, 스마트 링, 이어버드, 스마트 패치와 같은 새로운 세대의 소비자용 웨어러블 기기에 의료 기능을 제공하는 것은 정교한 광 반도체 기술로, 가시광선 또는 근적외선 스펙트럼에서 엄격하게 지정된 파장의 빛을 방출하는 LED, 이미터와 동일한 파장으로 조정되는 초감도 광검출기(포토다이오드) 등이 있습니다.
건강 모니터링 기능을 갖춘 웨어러블 기술에는 일반적으로 포토다이오드의 신호를 증폭하고 디지털화하는 전용 아날로그 프론트엔드(AFE)가 포함되어 있습니다. 또한, AFE는 심전도(ECG)와 같은 전기적 측정, 심장 상태나 이상 감지, 갈바닉 피부 반응(GSR) 및 생체 임피던스에 대한 신호 조절을 수행합니다.
광학 시스템은 광혈류 측정(PPG)이라는 기술을 사용하여 신체 조직에 산란되고 손목, 약지 또는 귀의 혈관에서 헤모글로빈에 의해 부분적으로 흡수되는 빛을 측정하여 다양한 생체 신호를 도출할 수 있습니다. PPG를 사용하면 알고리즘이 다음을 정확하게 파악할 수 있습니다.
- 심박수
- 심박수 변동성
- 혈중 산소 포화도 (SpO2)
ams OSRAM 온도 센서의 심부 체온에 대한 입력과 피부에 닿는 전극의 심전도 데이터를 결합하면 웨어러블 기기는 착용자의 장기적인 건강 상태에 대한 자세한 정보를 제공할 수 있으며, 아무런 증상을 인지하지 못하는 겉보기에 건강한 사람에게서도 초기 단계의 질병 표지자를 발견할 수 있습니다.
의료 모니터링 및 진단 혁신
이 기능은 의학 분야에서 새로운 것입니다. 이전에는 환자에 대한 테스트와 모니터링은 단일 시점의 스냅샷에 국한되었으며 임상 환경의 인위적인 조건에서 측정되었습니다. 낮과 밤을 가리지 않고 수집된 장기간의 데이터와 환자가 일상생활을 하는 동안 수집된 데이터를 분석하는 능력을 통해 진단 정확성과 통찰력은 크게 향상될 것입니다.
이는 오늘날에도 여전히 라이프스타일 액세서리로 여겨지는, 즉, 착용자의 활동도(걸음 수 세기) 또는 운동 세션의 강도(대략적 심박수 측정)는 알 수 있지만 건강 상태에 대한 의학적 평가에는 기여할 수 없는, 소비자용 웨어러블 기기의 사용 방식에 대한 완전한 변화를 의미합니다.
이제 의료 진단과 치료에 정보를 제공할 만큼 정확하고 신뢰할 수 있는 새로운 세대의 웨어러블 기술이 등장하고 있습니다. 물론, 이를 위해서는 의료 표준 준수와 미국 식품의약품청(FDA)또는 중국 국가약품감독관리국(NMPA)과 같은 규제 당국의 승인이 필요합니다.
의료용 소비자 웨어러블 기술의 새로운 발전의 최전선에서 ams OSRAM의 제품은 이러한 기기에 사용되는 센서 구성 요소의 품질과 신뢰성에 대한 표준을 제시합니다.
ams OSRAM은 이미 의료 장비 산업에 반도체 제품을 공급하는 신뢰할 수 있는 공급업체이자 시장 선도업체입니다. 뛰어난 정밀도, 빠른 획득 속도, 낮은 노이즈 및 초저전력 소비를 제공하는 의료 영상용 컴퓨터 단층 촬영(CT) 및 디지털 X-레이 센서에서도 마찬가지입니다.
이제 ams OSRAM의 AS7057 및 AS7058 AFE, SFH 7018 LED, SFH 2705 및 SFH 2706 포토다이오드, AS6221 온도 센서와 같은 PPG 솔루션은 의료 사용 사례를 지원하기 위한 웨어러블 기기에 필요한 기능과 성능을 제공합니다. 이는 ams OSRAM에서 개발한 스마트 워치 레퍼런스 디자인에서 입증되었습니다.
내부 연구에서 ams OSRAM은 SpO2 레퍼런스 클립, 병원에서 사용되는 혈중 산소 모니터, 심박수 측정용 가슴 스트랩의 측정값을 스마트 워치 레퍼런스 디자인의 측정 데이터와 비교했습니다. 이 비교에서 ams OSRAM에서 개발한 알고리즘을 사용하는 스마트 워치가 관련 표준의 사양을 준수한다는 것으로 나타났습니다.
물론, 모든 고객은 자체 설계 구현을 테스트해야 하지만, 당사의 레퍼런스 디자인은 고객이 ams OSRAM 부품을 사용할 경우 스마트 워치의 생체 신호 측정값에 대한 표준을 준수할 수 있다는 확신을 가질 수 있습니다.
그리고 AI 소프트웨어가 점점 더 정교해지면서 생리학적 지표자를 더욱 정확하고 안정적으로 감지할 수 있게 될 것으로 기대됩니다. 광학 및 전기적 센서 기술을 AI와 결합하면 어떤 일이 가능한지에 대한 비전은 저전력 AI 프로세서 제조업체인 ams OSRAM의 파트너, Ambiq의 heartKIT™ AI 레퍼런스 모델 라이브러리에서 확인할 수 있습니다. heartKIT 시스템은 ams OSRAM 센서가 캡처한 생체 신호 측정값을 사용합니다.
소비자용 웨어러블 기기에 더욱 다양한 기능 제공
소비자 웨어러블 기기에서 생체 신호를 정확하게 측정하는 능력은 이미 현대의 디지털화된 의료에 있어 혁신적인 단계에 있지만, 미래에는 더욱 다양한 생체 신호를 추적할 수 있는 범위가 넓어지며, 진정한 개인 맞춤형 예방 의료를 위한 4P 모델의 비전을 실현하게 될 것입니다. 미래에는 스마트 워치나 스마트 링이 스트레스 정도를 모니터링하고, 생리 주기를 추적하며, 심지어 혈류 내 알코올 농도까지 모니터링할 수 있게 될 것입니다. 이 모든 것이 ams OSRAM의 구성 요소가 수행하는 PPG, 온도, 전기 및 스펙트럼 감지 기술의 마법을 통해 가능합니다.
따라서 개인 맞춤형 의료의 미래는 장시간 착용하기에 편리하고 편안한 소비자용 기기로 구현될 수 있습니다.
기술이 의료를 어떻게 변화시키고, 사람들이 더 오래 더 건강하게 살 수 있도록 돕는 잠재력을 보는 것은 매우 흥미로운 일입니다.
첨단 광학 반도체 기술과 고도의 전문성을 갖춘 ams OSRAM은 차세대 웨어러블 제품을 개발하는 장치 제조업체에 완벽한 파트너입니다.