잠자고·목욕할때…똑똑한 집이 건강 체크
박 광 석
서울대학교 교수, 생체계측 신기술 연구센터
정보통신기술의 발전으로 의료체계는 우리 생활 주변에서 지속적으로 건강 상태를 모니터링 하는 유비쿼터스 건강관리로 발전하고 있다.
유비쿼터스 건강 관리 시스템은 진료의 시·공간적 한계성을 극복하며, 환자의 데이터를 장기간 기록할 수 있고, 만성질환자가 집에서 생활할 수 있도록 지원해줄 뿐 아니라, 질병을 조기에 진단하는 등 기존 병원을 중심으로 한 의료 시스템이 갖는 많은 한계성을 극복해준다. 이에 계측이 진행되고 있다는 사실을 의식하지 않는 상태에서 자연스럽게 건강을 모니터링 하는 무자각적 생체 계측 기술이 유비쿼터스 건강관리를 위한 핵심 기술로 떠오르고 있으며긾 현재 국내의 연구도 높은 수준에 올라 있다.
다음은 현재 서울대 생체계측 신기술 연구센터에서 연구 중인 유비쿼터스 건강관리를 위한 무자각 생체계측 기술의 주 내용이다.
침대에서 무자각적 생체 신호 계측
수면상태를 정확하게 모니터링한다면 환자의 건강 상태에 관한 여러 가지 유용한 정보를 얻을 수 있다.
수면 중에 생체 신호를 측정하는 것은 침대에 여러 가지 센서를 장착하는 방식으로 이뤄지며, 환자가 침대에서 보통 때처럼 잠을 자면 장착된 센서가 여러 가지 신호들을 지속적으로 측정해낸다. 침대에서 계측되는 신호는 심전도와 생체신호를 통한 호흡신호가 있으며, 이는 전도성이 있는 시트를 설치함으로써 이뤄진다.
위 그림은 침대에 설치된 시트형 전극, 잠을 자고 있는 동안 심전도가 계측되는 모습, 그리고 이렇게 계측된 3 채널의 심전도 신호를 보여주고 있다. 이는 집안에 설치된 컴퓨터에서 처리할 수도 있으며, 병원이나 의료정보 센터로 실시간 전송도 가능하다. 또, 심전도 신호에서 도출한 호흡신호를 활용해 수면 중에 환자의 호흡·무호흡 구간을 알 수 있다<그림 2>.
변좌 이용한 생체 신호 모니터링
변좌는 우리가 일상생활 중에서 매일 접하는 것이고, 신체를 노출시키기 때문에 무자각적으로 건강상태를 정기적으로 점검하기 매우 좋은 장치다.
그림 3은 변좌의 하부에 로드셀을 장착해 중량의 변화를 모니터링할 수 있는 측정장치다긽 이 방법을 이용하면, 매일 환자의 체중은 물론 대소변량을 측정할 수 있고, 심장박동 시에 수반하는 체중 변화를 나타내는 심탄도(ballistocardiogram)도 모니터링 할 수도 있다. 이와 같이 측정한 신호들이 그림 4에 나타나 있다긽 또긾 변좌에 전도성 시트를 장착하면 침대에서와 유사한 효과를 낼 수 있으며긾 미세한 전류를 흘려주는 전극을 설치해 체지방을 모니터링할 수도 있다.
변좌를 이용한 무자각적 측정 중 가장 기대를 모으고 있는 부분이 바로 혈압측정이다. 혈압은 우리의 건강 상태를 모니터링 하는 생체신호 중 가장 중요한 것 중 하나다. 공기주머니를 팔뚝 주위에 둘러야하는 과정을 거쳐야 하는데, 변좌에 가압 장치를 장착해 변좌에 앉아 있는 동안에 혈압을 측정하게 되면긾 번거로운 과정이 생략된다.
아직 신뢰도가 높은 연구결과가 나오지는 않고 있으나, 혈압의 무자각적 측정을 위하여 가장 가능성이 높은 시도로 인식되고 있다. 이 밖에도 광학적 방법을 이용해 소변 내 혈당의 양과 같이 소변 중에 포함된 각종 성분들을 분석하기 위한 기술 개발이 일어나고 있으며, 이 경우에는 당뇨병 환자 등 만성질환자의 소변 내 주요 성분도 정기적으로 모니터링할 수 있다.
욕조안에서 생체 신호 모니터링
목욕 중에 건강 상태를 모니터링하려는 기술도 시도되고 있다. 목욕은 일정한 온도의 물속에 환자가 일정시간 들어가 있는 환경을 마련해 진단을 위한 유용한 정보를 제공한다.
물이 빛을 통과시키기 때문에 광학적 방법을 이용하여 신체의 호흡 및 심박동에 의한 용적변화도 시도할 수 있으며긾 물이 전기를 전도시키는 특성도 있기 때문에 욕조에 그림 5와 같이 전극을 설치하면 신체에 전극을 직접 붙인 것과 유사하게 목욕 중에 발생하는 환자의 심전도를 측정 할 수 있다.
그림 6은 욕조에 들어가는 과정에서의 움직임에 의한 잡음과 목욕을 하고 있는 동안에 기록된 심전도 상태를 보여주고 있다.
집안 활동도 모니터링 기술
집안에서의 활동도는 환자의 응급상태와 일상생활의 패턴을 파악하는데 중요한 정보가 된다. 이러한 목적으로 환자의 집안에서의 활동 상
태를 모니터링하기 위하여서 다양한 방법들이 시도되고 있다. 적외선 움직임 센서를 이용한 침실과 거실에서의 움직임 모니터링, 마그네틱 센서를 이용한 문의 열림과 닫힘 확인, CO2 센서를 이용한 침실 등 폐쇄된 공간에서의 사람의 존재 확인, 마이크로폰을 이용한 응급상황 검출 및 환경 모니터링 등의 기술이 개발돼 적용되고 있다. 그림 7은 CCTV 카메라를 이용한 거실에서의 활동 모니터링을 보여주고 있다.
화면 내의 특정 부위의 변화를 통해 집안 내의 환자의 이동 상태를 지속적으로 관찰할 수 있다. 그림 8은 이 방법을 이용해 계측한 집안에 거주하는 환자의 활동 상태를 보여 주고 있다. 환자가 어디에 있었는지, 어디에서 어디로 이동하였는지를 알 수 있으며, 이 패턴을 분석하여 환자의 하루의 일상생활의 중요한 정보를 도출할 수 있다.
계측된 생체 신호 데이터 전송·처리
무자각적 계측 방법으로 계측된 신호들은 센싱 모듈을 통하여 증폭되고 디지털 신호로 변환돼 집안에 설치된 홈서버로 전송된다. 각각의 센싱모듈로부터 홈 서버로의 전송은 유선은 물론 근거리 무선 통신 기술을 이용하는 방법들도 연구되고 있다.
그림 9는 각 방에 설치된 다양한 센싱 모듈에서 측정된 생체 신호들이 불루투스 통신 방법과 Wireless LAN을 통하여 홈서버로 전송되는 과정을 보여 주고 있다. 홈서버로 전송된 계측된 신호들은 홈서버에서 일차적으로 신호처리가 되어 신속한 조치를 하기도 하고, 필요한 경우 바로 접속된 ADSL 또는 고속의 XDSL 등의 인터넷 접속라인을 통하여 중앙의 의료기관으로 전송할 수 있다.
무자각 생체 계측 기술은 우리의 건강을 향상시켜줄 건강 모니터링 기반을 마련하는데 초석이 될 것으로 예상된다. 이러한 기술은 정보 통신·컴퓨터·의료공학 등 관련기술을 기반으로 지속적으로 발전할 것이며, 건강한 삶을 유지하고자 하는 우리의 욕구와 부합해 언제 어디에서든지 우리의 건강을 지속적으로 관리하여 주는 "유비쿼터스 건강관리"의 이상을 구체화 시켜줄 것이다.
김수미 기자
smkim@monews.co.kr