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원격 모니터링 솔루션, 환자 건강 증진을 위한 새로운 방식

전세계의 인구 고령화는 우리 사회의 현실이다. 현재 베이비붐 세대가 노인층에 접어들면서 인구 고령화가 더욱 가속되고 있다. 이와 같이 급격한 인구 변화에 대응하기 위해서는 의료 시스템에도 획기적인 변화가 필요하다. 오늘날 이러한 변화에는 일반 대중이 활용할 수 있는 첨단 센서 및 MCU(마이크로 컨트롤러) 기술을 사용한 최신 진료법과 조기 진단 도구가 있다.

글_ 프리스케일 / 호세 페르난데스 비야세뇨르(José Fernández Villaseñor) 박사, 헤수스 게이탄(Jesus Gaytan)

인구 고령화와 만성퇴행성 질환

WHO(세계 보건 기구)에 따르면 비전염성 질환이 전세계 질병 부담의 약 50%를 차지한다. 그 중에서 가장 발병률이 높은 것은 고혈압(전세계 6억 명의 환자)이 주원인인 심혈관 질환과 같은 만성퇴행성 질환과 당뇨(환자 수 9천만 명)와 같은 대사 질환이다.

만성퇴행성 질환과 대사 질환에서 중요한 문제는 환자가 오랜 기간 동안 항상성(homeostasis) 또는 생리학적 균형을 관리해야 한다는 점이며, 이는 일상 생활에서 혈압 또는 혈당 측정과 같은 새로운 습관을 들여야 한다는 것을 의미한다. 이는 번거롭고 방해가 되는 일로 환자가 게을리하거나 의도적으로 회피할 수 있으며, 그럴 경우 의사는 치료법이 환자의 건강에 어느 정도 도움이 되는지에 대해 아무런 정보도 얻을 수 없다.

당뇨 및 고혈압과 같은 만성 질환은 신체에서 무언가 잘못되었음을 우리에게 알리는 방식을 인지하는 정보와 증상 억제책의 부재로 인해 전세계적인 공중 보건 문제가 되고 있다. 이로 인한 사망을 줄이기 위해서는 이러한 병변의 급성 합병증을 예방하고 조기에 치료하는 것이 매우 중요하다.

더불어 장기 병변은 환자에게 재정적 부담이 될 수 있으므로 의료 비용 또한 문제가 된다. 이러한 이유로, 보험회사의 경우 보상 청구에서 많은 부분을 차지하는 급성 합병증을 기술 및 최신 의료 디바이스를 통해 예방하는 방법을 인지하는 것이 매우 중요하다.

의료진 또는 의료 서비스 제공업체가 언제든지 환자 모니터링 데이터에 액세스할 수 있도록 하는 것도 의사가 환자의 치료를 개선할 수 있는 방법 중 하나이다. 예를 들어, 신체 어딘가 정상이 아닌 경우 모니터링 시스템에서 적합한 진단 판정을 내릴 수 있는 대상에게 데이터 전송을 시작하여 합병증을 예방할 수 있다. 또한 문제가 무증상성 합병증일 수도 있으므로 활력 징후(vital sign) 및 기타 판독 데이터의 체계적인 모니터링을 통해 추가적인 합병증을 예방할 수 있다.

원격 건강 관리 모니터링 시스템을 통해 만성퇴행성 질환의 급성 합병증 예방

원격 건강 관리는 만성퇴행성 질환 문제에 직접적으로 대응하는 솔루션이다.

혈당계(혈당측정기), 심장 박동 측정기, 혈압계, 디지털 체중계 등과 같은 종단 디바이스에서 데이터를 획득하는 지능형 시스템을 통해 환자에게 적절한 다음 측정 또는 투약 시간을 안내할 수 있다. 또한 원격건강관리 시스템은 데이터를 분석하여 의료 서비스 제공업체에 안전하게 전송할 수 있어야 한다.

원격 건강 관리 모니터링 시스템은 환자의 활력 징후 데이터를 수집, 분석 및 모니터링하고, 통신 기술을 사용하여 이 정보를 원격 의료 서비스 제공업체에 전송함으로써 만성퇴행성 질환의 진전 상태를 추적하거나 수술 후 치료 상태를 모니터링하는 등의 추가 분석을 지원한다. 이러한 유형의 원격 건강 관리 시스템은 혈압계, 혈당계, 산소포화도 측정기(혈액 내 산소 포화도 측정용), 디지털 체중계, 체온계와 같은 다양한 데이터 획득 주변기기를 결합하여 맞춤 구성할 수 있다.

이러한 시스템의 수많은 장점 중 하나는 환자의 활력 징후 데이터를 원격 의료 센터에 즉시 전송할 수 있다는 것이다. 이를 위해 보안 VPN(가상 사설 네트워크) 연결을 통한 유선 또는 무선 이더넷이나, 광대역 네트워크에 액세스할 수 없는 전원 지역에 거주하는 환자의 경우 GPRS(General Packet Radio Service, 범용 패킷 무선 서비스) 네트워크 등 다양한 유형의 네트워크를 활용할 수 있다.

원격 건강 관리 모니터링 시스템은 본질적으로 다채로운 GUI(그래픽 사용자 인터페이스)를 통해 활력 징후의 측정 절차 전반을 환자에게 안내할 수 있는 가정 진료 환경을 목표로 설계되었다. 이 문서는 프리스케일 32비트 프로세서 제품군 전반에 이식성을 제공하는 프리스케일 SEL(Solution Enablement Layer)을 사용하여 원격건강관리 모니터링 시스템을 구현하는 방법에 대해 개략적으로 설명한다.

특정 질환 또는 증상에 대응하고 환자의 특정 요구를 충족하도록 원격건강관리 디바이스를 개인화하는 것이 중요하다. 이는 시스템 설계업체와 OEM 업체 모두가 해결해야 할 과제이다. 확장성, 낮은 소비 전력 및 다양한 주변기기 세트는 원격건강관리 시스템 설계 엔지니어에게 핵심적인 설계 고려사항이다. 이 문서는 고혈압 및 당뇨의 의료적인 위험에 대해 논의하고 해당 질환을 겪고 있는 환자를 위한 원격건강관리 솔루션에 대해 설명한다.

고혈압과 당뇨: 예방, 진단 및 평가의 의학적 기준

고혈압의 예방, 진단, 평가 및 치료에 대한 미국고혈압연합회(Joint National Committee) 제 7차 보고서(JNC7)에서는 고혈압의 예방과 관리에 관한 몇 가지 중요한 지침을 발표했다. 보고서의 요점은 다음과 같다.

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• 50세 이상인 사람의 경우, CVD(심혈관 질환)에는 140mmHg 이상의 수축기 혈압이 확장기 혈압보다 훨씬 중요한 위험 요인이다.

• CVD 발병 위험은 115/75mmHg부터 20/10mmHg씩 상승할 때마다 2배로 증가한다. 55세의 정상 혈압인 사람에게 고혈압이 생길 수 있는 평생 위험도는 90%이다.

• 수축기 혈압이 120~139mmHg 사이거나 확장기 혈압이 80~89mmHg 사이일 경우 고혈압 전단계 환자로 판정해야 하며, 건강 증진에 도움이 되도록 생활 습관을 바꿔 CVD를 예방해야 한다.

• 합병증이 없는 고혈압 환자의 경우 대부분 약물 치료에 티아지드(Thiazide)계 이뇨제를 단독 또는 다른 종류의 약물과 함께 사용해야 한다. 특정 고위험 상황의 경우 안지오텐신(angiotensin) 전환효소 억제제, 안지오텐신 수용체 차단제, 베타 차단제, 칼슘 통로 차단제 등과 같은 기타 항고혈압 약물을 초기에 사용하는 것이 강력히 권장된다.

• 대다수 환자의 경우 목표 혈압(140/90mmHg 이하 또는 당뇨나 만성 신장질환이 있는 경우 130/80mmHg 이하)에 도달하는 데 2가지 이상의 항고혈압제가 필요하다.

• 혈압이 목표 혈압보다 20/10mmHg 정도 높을 경우 2가지 약물을 사용하여 치료를 시작하는 것을 고려해야 하며, 그 중 하나로 티아지드계 이뇨제를 사용하는 것이 일반적이다.

• 최고로 세심한 의료진이 가장 효율적인 치료법을 처방하더라도 환자의 의지가 없으면 고혈압을 통제할 수 없다. 환자가 의료진에게 호의적인 태도를 갖고 신뢰할 때 치료 의지가 높아진다. 공감대 형성은 신뢰 구축의 기반이며 잠재적인 동기 부여 요인이다.

고혈압의 급성 합병증

생명을 위협하는 가장 위험한 급성 합병증은 고혈압성 긴급과 고혈압성 응급이다. 고혈압성 응급은 혈압이 180/120mmHg 이상으로 급격히 상승하는 것이 특징이며, 뇌혈관 증상, 폐부종, 관상동맥 국소 빈혈 또는 신부전과 같은 표적 장기의 기능장애에 의해 합병증이 발생한다. 점진적인 표적 장기의 기능장애는 고혈압성 긴급에 포함되지 않는다.

고혈압성 응급과 고혈압성 긴급을 구별하는 것은 적절한 관리에 매우 중요한 요소이다. 환자가 투약하고 있는 약물을 비롯한 환자 이력 데이터가 이미 들어 있는 원격건강관리 디바이스를 활용하면 손쉽게 진단을 내릴 수 있다. 또한 아래 표에 나온 것과 같이 병변과는 관련이 없으나 환자가 겪고 있을 수 있는 다른 징후와 증상을 모니터링하는 데에도 유용하다.

고혈압성 긴급은 외래 또는 당일 관찰 환경에서 경구 항고혈압 약물을 사용하여 관리한다. 고혈압성 응급의 경우 환자를 집중치료실에 입원시킨 후에 비경구 투여로 치료한다. 고혈압성 긴급을 치료할 때 목표는 경구 치료 후 최초 24시간 이내에 MAP(평균 동맥압)을 25% 이하까지 낮추는 것이다.

MAP= DP+1/3(SP – DP)

고혈압성 응급의 경우 MAP을 최초 1시간 동안에는 10%까지, 이후 2~3시간 이내에는 추가로 15%까지 낮춰야 한다. 의료진이 이러한 합병증을 정확하게 관리하려면 해당 상황의 데이터 수집을 자동화하는 것이 절대적으로 중요함은 분명한 사실이다.

당뇨

당뇨의 경우 혈당 수치를 잘 관리하지 못하면 동맥 미소혈전증, 망막병증, 신장병증, 신경병증과 같은 혈관성 합병증이 발생할 수 있다. 이러한 증상은 주로 활성산소 생성, PKC(Protein Kinase C, 단백질 키나아제 C)의 활성, 혈청 글루코실화, 최종당화산물의 생성에 의해 발생한다.

당뇨의 급성 합병증

가장 흔히 발생되는 급성 당뇨 합병증은 저혈당증(혈당 수치가 매우 낮음)으로, 환자가 높은 혈당 수치(고혈당증)를 우려하여 너무 많은 인슐린을 투여했을 때 나타날 수 있다. 고혈당증은 당뇨성 망막병증, 신증, 신경병증, 감염 등과 같은 만성 합병증의 주된 원인이다.

예상 수명이 짧거나, 저혈당 증상을 자각하지 못하거나, 유아와 같이 증상에 대해 소통이 불가능한 일부 환자의 경우 혈당을 엄격하게 통제하는 것만이 상책은 아니다. 단, 혈당계와 인슐린 펌프가 함께 결합된 강력한 폐회로 시스템의 원격건강관리 솔루션을 사용하면 이와 같은 상황에 미리 대처할 수 있다.

고령층 환자에게서 저혈당증이 발병하는 가장 큰 이유 중 하나는 당뇨 치료제의 과다 투여이다. 고령층 환자의 경우 간혹 이미 투약한 사실을 잊고 실수로 재차 투여하는 경우가 있다.

프리스케일, 만성퇴행성 질환 및 대사 질환의 급성 합병증을 예방할 수 있는 기술 지원

SEL(Solution Enablement Layer)
프리스케일 SEL(Solution Enablement Layer)은 Linux 및 uCLinux와 같은 표준 운영 체제에서 실행되는 임베디드 소프트웨어 플랫폼으로, 애플리케이션 프레임워크 기능과 추상화 하드웨어 드라이버(서비스)를 제공한다. SEL은 광범위한 프리스케일 32비트 프로세서에서 컴파일 및 배치 방식의 소프트웨어 재사용성을 지원하도록 설계되었다.

SEL 서비스는 애플리케이션을 하드웨어 전용 소프트웨어 구성요소로 파티셔닝할 수 있도록 설계된 일차 추상화 메커니즘이다. 서비스를 특정 하드웨어에 대해 작성할 수 있으므로, 특정 프로세서에 얽매이지 않고 애플리케이션 소스 코드에 제어 기능과 일관적인 동작을 포함시킬 수 있다. 한 플랫폼에서 다른 플랫폼으로 이전하는 작업은 서비스를 새로운 하드웨어 디바이스에 적합하게 부분적으로 재구현하는 것으로 간단히 수행할 수 있다. 더구나 서비스는 RTOS와 무관하며 다양한 애플리케이션에서 공유할 수 있다. 서비스는 애플리케이션 간 재사용이 가능하도록 설계되었다. 실제로, 프리스케일 및 타사에서는 소프트웨어 솔루션의 중복 부분을 제거하면서 특정 프로세서 기능을 최대한 활용할 수 있는 서비스 제품군을 제공하고 있다.

애플리케이션 프레임워크와 SEL 서비스는 SEL 기술의 핵심 요소이다.

• 애플리케이션 프레임워크란 빠른 시제품 개발과 애플리케이션 개발을 지원하는 사전 검증된 애플리케이션 프레임워크를 의미한다. 대부분의 애플리케이션 프레임워크는 일관적인 애플리케이션 동작, 외관과 느낌을 상호 작용 및 정의하고 경우에 따라 다채로운 사용자 인터페이스를 구현하도록 설계된 C++ 클래스 제품군이다.

• SEL 서비스는 기반 하드웨어 설계에서 소프트웨어 구성요소를 파티셔닝할 수 있는 애플리케이션 파티셔닝 메커니즘으로, 애플리케이션의 재컴파일만으로 한 플랫폼(HW 및 RTOS)에서 다른 플랫폼으로 마이그레이션할 수 있다.

개념상으로 볼 때 SEL은 임베디드 프로세서에서 실행되며 추가적인 애플리케이션 추상화 수준을 제공하는 운영 체제의 확장 기능이다. 따라서 SEL 서비스는 운영 체제에 한정되지 않으며 공유할 수 있는 애플리케이션의 하위 구성요소이다.

SEL 서비스
SEL 서비스는 소프트웨어 솔루션의 구현에서 핵심적인 구성요소이다. 애플리케이션에서 SEL을 사용하기 시작하면, 먼저 하드웨어 전용 코드의 특히 복잡한 부분에 대해 단일 서비스만을 추상화하고, 나머지 애플리케이션은 운영 체제를 직접 호출한다. 시간이 지남에 따라 점점 더 많은 기능이 서비스로 분할될 수 있으며, 이에 따라 기반 하드웨어 기능성의 손실 없이 하드웨어에서 애플리케이션 코드를 점점 더 많이 추상화할 수 있다. 이와 같은 점진적인 프로세스를 통해 사용자는 하나 이상의 프로젝트를 진행 기간 전반에 걸쳐 SEL로 변환할 수 있다.

SEL 서비스의 특성
• SEL 서비스는 OS 및 HW의 상이성으로부터 애플리케이션을 격리하는 역할을 하며 실행 시에 동적으로 로드할 수 있다.

• SEL 서비스 인터페이스는 애플리케이션 또는 명령줄 내에서 직접 사용할 수 있다.

• SEL 확장 서비스는 기존 SEL 서비스를 기반으로 기능을 확장할 수 있다.

원격건강관리 모니터링 시스템 서비스

원격건강관리 모니터링 시스템의 소프트웨어 솔루션부터 하드웨어 구현까지 처리하는 개발회사라면 애플리케이션 코드를 하드웨어 디바이스 및 RTOS 플랫폼 간에 손쉽게 마이그레이션되도록 만들고자 할 것이다. SEL은 다음과 같은 애플리케이션 분할을 지원한다.

• SEL 서비스에 독립적으로 GUI 정의
o 환자 GUI에 표시되는 활력 징후의 항목 개인화를 포함한 주요 제어 기능
o 급성 합병증 증상을 포함한 혈압 GUI
o 급성 합병증 증상 및 중복 투약 방지 기능이 포함된 혈당계 GUI
o 만성 폐쇄성 폐질환 관리를 위한 산소 포화도 측정기 GUI

• 사용자가 32비트 프로세서 제품군으로 손쉽게 마이그레이션할 수 있도록 서비스의 일부를 재구현하는 것과 같은 HW 또는 RTOS 독립적인 애플리케이션 서비스의 정의
o 혈압 서비스(수축기, 확장기 및 평균 동맥압)
o 혈당계 서비스
o 산소 포화도 측정기 서비스
o 체온계 서비스(전염성 질환 합병증)
o 디지털 체중계 서비스(울혈성 심부전 환자의 체내 수분 측정용)

원격 건강 관리 시스템 애플리케이션은 소프트웨어 파티셔닝에 이어 프리스케일 i.MX, MPC51xx 또는 ColdFire® 프로세서와 같은 고급형 프로세서에서 다수의 서비스를 실행하거나, 저가형 프로세서에서 두어 개의 서비스를 구현하도록 맞춤 구성될 수 있다. 그림 4에 의료 서비스 제품군을 사용한 전체 원격건강관리 시스템이 나와있다.

결론

현대 사회는 급속하게 고령화되는 인구와 병리학적 인구 통계로 인한 공중 보건 문제에 직면하고 있다. 이는 활력 징후 및 약물 투여량을 원격으로 모니터링할 수 있는 시스템을 제공함으로써 병원 응급실에 수송되는 환자의 높은 비용 부담으로 이어지는 급성 합병증을 예방해야 함을 의미한다.

프리스케일은 이러한 문제를 해결하고자 의료 장비 설계업체 및 OEM 업체에게 소프트웨어와 하드웨어의 동시 개발이 가능하며 하드웨어 설계자가 솔루션을 더욱 신속하게 제품화하도록 지원하는 하드웨어 도구와 새로운 소프트웨어 플랫폼(SEL)을 공급하고 있다.

SEL 서비스를 재사용하고 32비트 프로세서 제품군까지 그 활용폭을 넓힌다면 의사와 환자 간에 가상의 다리를 연결해주는 원격건강관리 애플리케이션을 빠르고 정확하게 개발할 수 있다.

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호세 페르난데스 비야세뇨르는 의학박사이자 전기공학자로, 프리스케일 반도체에서 의료용 제품 마케팅 담당자로 근무하는 한편 병원에서 의사로도 일하고 있다. 또한 자동차, 산업과 의료 엔지니어링 시스템 및 애플리케이션과 더불어 반도체 제품 개발 분야에서 8년 이상의 경력을 가지고 있다. 그는 현재 프리스케일 마이크로 컨트롤러 솔루션 그룹에 속해 있다.

헤수스 게이탄은 멕시코 과달라하라에 있는 프리스케일 확장형 소프트웨어 플랫폼 팀의 소프트웨어 팀장이며 2006년부터 프리스케일에 근무해왔다. 그는 컴퓨터 공학 학사 학위를 받았다.

아이씨엔 매거진 2009년 10월호

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