영상진단기기·생체현상계측기기의 미래 전망은?

[편집자주] 본란에서는 보건산업진흥원이 발간한 보건산업정책연구 PERSPECTIVE 창간호 ‘진단용 의료기기산업의 경쟁력과 미래 전망’ 분석 보고서 중 영상진단기기와 생체현상계측기기 산업의 특성과 미래 전망을 짚어본다.

미래 의료환경은 기술적으로는 디지털 헬스케어로의 이동과 데이터의 통합이 핵심 요소이고, 방향성은 환자 중심이 될 것으로 전망된다. 보고서는 이에 따라 의사, 장비, 환자, 정보가 물리적으로 병원에 제한돼 배치되지 않으며, 접근성 측면에서 원격의료가 활성화되고, 진료기록, 영상, 라이프 로그데이터까지 효율적인 데이터의 통합과 활용이 추진될 것으로 기대했다. 특히 영상진단 분야에서는 새로운 기술인 인공지능, 데이터 사이언스, Radiomics 기술이 핵심 축을 형성하며 새로운 영상 바이오마커의 발굴 등에도 활발히 활용될 것으로 전망되고 있다. 

◇영상진단기기 

전통적인 영상진단의료기기는 X-ray, CT, MRI, 초음파, 그리고 PET 등을 포함한 핵의학 영상기기가 있는데, 최근에는 빠른 영상 획득과 처리로 효율적인 서비스와 경제성의 향상을 위한 기술 개발이 이루어지고 있다. 

X-ray, CT 등 방사선을 이용하는 경우, 방사선 피폭으로 인한 위해를 최소화하면서 진단적 영상질을 유지할 수 있는 기술 개발이 이루어지고 있다. 또 요오드나 가돌리니움 성분의 조영제 위해를 최소화하기 위해 조영제 투여량을 줄이거나 사용하지 않고도 조영 증강 효과를 나타낼 수 있는 기술 역시 개발되는 추세다. 

최근 몇 년간 잠재력이 커 급격한 발전이 예상되는 영상진단기술은 인공지능, 빅데이터를 필두로 한 디지털헬스 기술이다. 이러한 기술의 발전은 모바일기기, 로봇기술 등과 결합해 의사와 환자 관계, 진단과 치료의 구분, 병원 및 진료전달체계에 큰 패러다임의 변화를 초래하고 있다.

영상진단에서의 인공지능 기술 개발 방향은 △영상진단 및 임상적 결정의 정확성 향상 △영상질 및 진단의 효율성 개선 △인간의 인지를 넘어선 진단능력 향상으로 나눌 수 있다. 영상진단의 정확성 향상에 대한 인공지능 연구와 제품개발이 봇물을 이루고 있으며 비교적 간단한 X-ray 영상 진단부터 CT, MRI 등으로 확장되고 있다. 

기술개발 대상 질환의 폭도 넓어지고 있다. 개발 초기에는 주로 암 진단에 초점을 맞췄으나 점차 감염병, 뇌, 심장질환 등으로 확대되고 있다. COVID-19에 대해서도 인공지능 영상진단 기술이 개발되고 있어 환자의 조기 선별에 이용하거나 심각도에 대한 정보를 제공할 수 있을 전망이다. 

인공지능 기술은 영상 질 개선에도 적용된다. CT의 방사선 피폭을 줄이면서도 영상질을 진단적으로 유지하기 위해 반복적 영상복원(iterative reconstruction)기술이 사용됐으나 최근에는 인공지능을 사용해 한층 효율적인 영상잡음 제거가 가능하게 됐고 이는 GE, Canon 등 상용 CT 제품에 이미 적용되고 있다. MRI에서는 상대적으로 긴 촬영시간의 문제를 해결하기 위해 고속영상기법이 개발되고 있었고 이 분야에서도 인공지능이 우수한 성능으로 기존 기술을 대체하는 추세다. 

다만 의학적 가치의 실현과 안전성에 대한 균형 잡힌 논의가 필요하다. 의료 인공지능 기술에 대한 높은 의료수준의 요구, 양질의 의료데이터 구축의 어려움, 비판적이고 철저한 임상 검증 등의 한계 요소를 긍정적으로 잘 활용하면 보다 실용적이고 효과적인 기술 개발이 가능할 것으로 기대된된다.

또 미래의 의료 환경을 예측해 5G 환경에서 라이프로그 데이터, 원격진료, 인터넷 병원 등에 적용될 신기술을 개발, 적용, 검증하는 고수준의 연구 개발을 지향해야 한다. 

◇생체현상계측기기 

생체현상계측기기에 포함되는 기기로는 청진기, 생체활력징후 측정기기, 내장기능 검사용기기, 호흡기능 검사용기기, 검안과 청력검사용 기기, 지각 및 신체진단용 기구 등이 있으며 스마트화가 지속적으로 이뤄지고 있다. 특히 생체현상계측데이터와 다양한 환자정보가 복합적으로 융합 활용돼 인공지능 기반의 독립형 소프트웨어 의료기기로 발전하는 추세다. 

실제 생체데이터 기반 독립형 소프트웨어 의료기기 시장 규모는 지난 2018년 3억8050만달러(4560억원)에서 2019년 5억1740만달러(6204억)로 연평균 46.7%의 성장을 하고 있어 2023년에는 24억4789 만달러(2조9748억원)로 성장이 기대된다.

무엇보다 코로나로 인한 비대면 진료의 활성화로 생체현상 계측기기의 필요성이 더욱 증대되고 있다. 생체활력징후인 혈압, 맥박, 체온, 호흡수 측정과 센서 기반의 산소포화도, 심전도, 등의 측정은 웨어러블 기기로 실시간 모니터링되고 모인 데이터를 통해 인공지능 분석 알고리즘의 개발로 위험 발생을 사전에 알리는 기능과 이러한 환자정보를 기존 EMR과 연동하는 체계로 발전하고 있다. 실시간 이동 심전도 모니터링으로 정보가 의료진에게 전송되고 검토돼 적절한 진단과 조치가 이루어지는 서비스로 발전하는 셈이다. 

센서기술의 발달로 모바일 디바이스를 통해 생체활력징후와 수면패턴 등 생활습관까지도 지속적으로 모니터링 하는 기술은 스마트워치 형태나 환자침상에서 환자의 생체현상계측 분야의 최신 기술개발 및 활용사례로 이어지고 있다. 

특히 호흡기질환의 진단과 상태측정 및 치료효과를 보기 위한 폐활량 측정 등의 기능 검사는 필수적이다. 최근 고령화와 미세먼지 등 환경적 요인으로 호흡기능검사의 필요성은 더욱 증대됐고 생활거주 공간에서의 실시간 측정의 수요가 증가하고 있다. 측정된 호흡기능검사 결과가 모바일 기구와 연동돼 플랫폼에 저장돼 환자의 상태를 관리하고 EMR과 연동돼 정밀 치료에 활용 가능한 시스템이 필요하다. 이에 환자의 호흡기능검사 결과를 미세먼지측정 등 환경정보와 환자의 다른 신체정보와 연계해 상태를 모니터링하고 AI기반으로 악화를 예측하는 시스템들이 개발되고 있다. 

청진기의 경우, 디지털 청진기로 발전해 원격지에서 의사가 환자의 청진음을 들을 수 있게 됐고, 디지털화로 관상동맥질환 등 더욱 정밀한 부분까지 청진이 가능하며 인공지능의 도입으로 진단력을 확대할 수 있게 됐다. AUM Cardiovascular의 AUM은 심장 청진 소리의 변화를 통해 동맥 질환의 징후를 진단하는 서비스를 제공한다. 향후 디지털 청진기는 초음파 등 영상기기와 융합돼 더욱 빠르고 정확한 진단 보조 장치로 활용될 것이다. 

이외에도 뇌파를 분석해 뇌전증 발작을 예측하거나 기억장애형 경도 인지장애를 진단하는 AI 기반 진단이 시도되고 있다. 

다만 최근의 생체현상 계측기들은 정보통신기술과 소프트웨어 기술이 의료기기에 복합돼 있어 빠르게 변하는 기술을 기기에 반영하려면 계속 인허가가 요구된다. 또 각 의료기관의 정보통신·소프트웨어 기술이 표준화 돼 있지 않은 것도 문제로 지목되는 만큼 인허가상의 절차를 개선하고 빠른 국제표준화 제시와 반영이 필요하다. 

또 의료기기의 사용에 대한 보상은 보험체계 내에서 보상이 이루어지지 않으면 새로운 의료기기의 사용이 쉽지 않다. 임상적 근거를 축적하고 의료현장에 빠른 도입이 가능하도록 혁신의료기술 평가제도가 효율성을 확대해 첨단의료기술이 조기에 적용될 수 있도록 노력이 필요하다.