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웨어러블, 헬스케어에 얼마나 도움될까?

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헬스케어용 피트니스 밴드, 스마트 워치, 그 밖에 다양한 웨어러블 기기들은 사용자가 운동하는 동안 심박수를 측정하고, 칼로리 소비를 계산하며, 거리와 고도를 추적합니다. 운동 추적기(exercise tracker)로서 이러한 기기들은 운동 강도와 피트니스 수준에 대한 정보를 원하는 사용자 요구를 충족하는데 큰 도움이 됩니다. 그러면 그 다음 단계는 무엇일까요? 웨어러블이 사용자의 전반적인 건강과 웰빙 상태를 향상시키는 데까지 더 나아갈 수 있을까요? 지금과 같은 편의성을 유지하면서도 그렇게 될 수 있을까요?

오늘날 컨수머용 웨어러블 기기들은 사용자가 별다른 노력을 기울이지 않아도(때로는 전혀 신경 쓰지 않아도) 많은 정보를 확인할 수 있는 사용하기 쉬운 기기로 인정받고 있습니다. 웨어러블은 생체신호 측정(VSM) 등 사용자의 건강 데이터를 상세히 제공할 가능성이 있지만 그 실현 가능성의 열쇠는 기술과 사용성에 달렸습니다. 예를 들어, 임상 등급의 혈압(BP) 측정 기능을 제공하고자 하면 현재 웨어러블의 작동 원리 중 하나인 편리성 및 투명성과 약간 부딪칠 수 있습니다. 그러나 웨어러블이 혈압 및 VSM 측정값을 지속적으로 제공하는 것은 공중 보건에 엄청난 영향을 미칠 것입니다.


웨어러블, 헬스케어에 얼마나 도움될까? 출처: metamorworks / Shutterstock.com)

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지속적인 혈압 측정이 중요한 이유

미국 질병통제예방센터(CDC)에 따르면 미국 성인의 거의 절반이 고혈압 진단을 받았습니다. 고혈압이 심장병과 뇌졸중의 위험을 높인다는 사실에도 불구하고 이들 가운데 고혈압을 조절하고 있는 사람들은 4분의 1 이하에 불과합니다. 한 연구 결과에 따르면, 2017년 기준으로 미국에서 고혈압과 관련한 사회적 비용은 연간 약 1,130억 달러(USD)에 달하며, 관련 사망자 수는 매일 거의 1,300명에 이릅니다.

1차 진료의(primary care physician, PCP)가 혈압을 측정하는 것은 굉장히 쉬워 보입니다. 하지만 혈압을 정확하게 측정하는 것은 수축기 수치의 미묘한 변화 밑에 깔려 있는 심혈관의 영향을 이해하는 것만큼이나 복잡합니다. 혈압 측정은 심장 근육이 수축하여 동맥압이 최고 수준으로 올라갈 때와, 심장 근육이 이완하여 동맥압이 최저 수준으로 떨어질 때 이루어집니다. 정확한 혈압 측정 결과를 얻기가 어려운 이유는 아마도 최상의 임상 혈압 측정 기준이 카테터(catheterization, 도관)를 삽입하는 방법과 연관이 있을 것입니다. 이 방법은 말초동맥 안에 카테터를 삽입하여 동맥혈관 내의 압력을 직접 측정하는 것입니다.

카테터 삽입 방법은 정기적인 PCP 검진 때 이루어지는 혈압 측정 방식과는 확실히 다릅니다. PCP는 왼쪽 팔 위쪽에 커프(cuff)를 감고 공기를 주입하여 혈관을 수축한 다음, 서서히 압력을 풀어주면서 청진기를 사용하여 ‘코로트코프 음(Korotkoff sound)’이라고 하는 독특한 심장 박동 소리를 들으면서 압력계를 확인합니다. 가정용 혈압 측정기는 ‘진동 측정(oscillometry)’이라고 하는 보다 단순하고 덜 정확한 방법을 사용합니다. 이 방법은 압력 센서가 내장된 커프를 사용하여 측정한 진동 압력 진폭에서 발견되는 알려진 관계를 사용하여 혈압을 추정합니다.

가정용 혈압 측정 모니터의 경우에도, 커프를 사용하면 임상적으로 ‘24시간 활동 혈압계(ambulatory blood pressure monitoring, ABPM)’라고 부르는 지속적인 혈압 측정이 사실상 어려워집니다. ABPM은 개인의 실제 혈압을 확인하는 데 있어서 중요합니다. 특히 이는 병원이나 의원에서 헬스케어 서비스 담당자가 혈압을 측정할 때 순간적으로 높은 혈압(백의 고혈압, white coat hypertension)이나 순간적으로 낮은 혈압(가면 고혈압, masked hypertension)으로 인해 고혈압 환자인 것으로 잘못 분류된 사람들의 실제 고혈압을 측정하는 데 있어서 매우 중요합니다. 이들 고혈압 오진 규모는 전체 고혈압 환자의 약 3분의 1에 이르는 것으로 추정됩니다. ABPM 기기는 비싸고 대체로 보험 적용이 되지 않으므로 사실상 일상적인 사용은 이루어지지 않고 있습니다. 따라서 상대적으로 저렴한 커프리스 혈압 측정 웨어러블 기기는 게임 체인저가 될 수 있으며, 고혈압을 식별하고 치료하는 데 필요한 일상적인 ABPM을 실현할 수 있습니다.

-커프리스 혈압 측정 웨어러블 설계의 걸림돌

차세대 커프리스 혈압 측정 웨어러블은 기존 혈압 측정 방법과는 상당히 다른 기술을 사용합니다. 이 웨어러블 기기는 심박수 모니터 및 피트니스 웨어러블에서 광혈류 측정(PPG)에 사용하는 것과 동일한 광학 센서의 데이터를 사용하여 혈압 측정 값을 뽑아냅니다.

PPG는 각 심장 수축과 관련한 혈류량의 주기적인 증가에 따른 피부의 광학적 변화를 이용합니다. 이론적으로는, 동일하게 광학적으로 측정된 혈류량의 변화를 이용하면 몸 전체에 혈액을 공급하는 심실 수축과 관련한 동맥압 파동을 추적할 수 있습니다. 이 펄스 압력파가 특정 거리를 통과하는 데 걸리는 시간을 측정하면 해당 펄스파 속도(PWV)를 계산할 수 있습니다. 다시, 이 PWV는 알려진 혈역학적(hemodynamic) 관계를 사용하여, 혈압을 계산하는 데 사용할 수 있습니다.

커프리스 혈압 측정 웨어러블 설계 엔지니어에게 있어서 첫 번째 과제는 PWV를 정확하게 측정하는 것입니다. 연구자들은 PWV를 측정하기 위해 다음과 같은 두 가지 기본적인 접근법을 개발했습니다:

-▶ PTT (Pulse Transit Time): 특정 거리만큼 떨어진 신체의 두 부분에서 얻은 PPG 측정값을 사용하여 PWV를 계산하는 방법.

-▶ PAT (Pulse Arrival Time): PPG를 사용하여 측정한 펄스파의 도착과, 이 펄스의 관련 R파인 심전도(ECG) QRS파의 피크를 비교하여 PWV를 계산하는 방법.

-연구자들은 PTT 및 PAT 측정에서 커다란 발전을 거두었으며, 지금도 새로운 방법이 계속 등장하고 있습니다. 일례로, 머신러닝 방법은 펄스 파형 자체의 모양을 분석하여 혈압을 추정하는 데 사용됩니다. 하지만 이러한 노력과 성과에도 불구하고, 그 결과를 해석하는 데에는 여전히 중요한 과제가 남아 있습니다. 동맥 혈관벽의 탄력성, 혈액의 점도 등과 같은 동적인 특성들 외에, 개인별 심혈 관계의 차이는 절대적인 혈압 계산 작업을 굉장히 어렵게 만듭니다. 그 결과, 연구자들은 현재의 모든 접근법들은 주기적으로 커프를 사용해서 커프리스 기기를 보정해야 한다는 사실을 알게 됐습니다.

커프리스 혈압 측정이 이처럼 상당한 난점을 갖고 있음에도 불구하고, 연구자들은 적합한 솔루션을 찾을 수 있을 것으로 낙관합니다. 특히 임상 정확도를 달성하고자 하는 의료 서비스 사업자들의 욕구와 최대한의 편리함을 추구하는 사용자의 욕구 사이에서 중간 지점을 찾을 수 있다면 가능성은 더욱 높아질 것으로 기대합니다. 실제로 차세대 헬스케어 기반 웨어러블 제품들은 임상 등급의 VSM 정확성을 강조하는 제품들과, 소비자의 헬스케어와 웰빙을 위해 편의성을 강조하는 제품들의 두 가지 트랙으로 발전할 가능성이 높습니다.

앞으로 헬스케어와 피트니스용 컨수머 기기는 사용자가 보다 건강한 삶을 추구하는 데 기여할 수 있도록 보다 사용자 주관적인 측정 항목들을 추가해 나갈 가능성이 높습니다. 이들 기기는 예상되는 생체신호 측정 외에도 예컨대 아마존(Amazon)의 헤일로(Halo) 웨어러블이 제공하는 음성 분석이나 수면 추적, 신체 구성과 같은 보다 많은 센서들과 감지 기술들을 통합하게 될 것입니다. 향후 새롭게 떠오르는 컨수머 웨어러블 기기들은 사용자 편의성과 정보의 폭을 강조함으로써 웰빙 생활에 실제로 큰 도움이 될 수 있습니다.