[바이오 세션] 글로벌 의료사물인터넷 동향

[바이오 세션] 글로벌 의료사물인터넷 동향

 

 

 

• ■사물인터넷(IoT)은 AI의 초지능과 융합된 지능형 사물인터넷(AIoT)으로 발전하여 사물들의 자율적 협업과 학습 및 추론을 통해 정보유통 세계를 혁신
  

• ○사물인터넷의 하위 집합인 의료사물인터넷(IoMT)은 인터넷에 연결된 의료기기 및 애플리케이션을 의미하며 인공지능, 블록체인, 클라우드 컴퓨팅, 엣지 컴퓨팅, 5G 네트워크, IoT 기술이 융합된 스마트 헬스케어의 주요 동인
  

• ╺︎의료사물인터넷 사용 목적은 환자 참여 및 치료 순응도 추적, 원격 환자 치료, 약물 및 의료 시스템의 효율적 관리와 의료 비용 절감
  
• ╺︎의료사물인터넷 증가로 인해 실시간 진단 데이터 기반의 사전 예방적인 환자 치료 시스템으로 전환
  

• ○5G 네트워크 확대 및 커넥티드 디바이스의 보급으로 사물인터넷 시장 성장
  

• ╺︎세계 의료사물인터넷 시장 규모는 2024년 약 1,086억 달러에서 2028년 1,677억 달러로 연평균(2024~2028) 11.47% 성장률 예상

[그림 4] 헬스케어 사물인터넷 시장 현황 및 전망(2018-2028년, 단위: 십억 달러)

 

 1. 의료사물인터넷의 개요

   1) 개념 정의

• ■1999년 시작된 인터넷의 광대함과 사물의 다양성을 결합한 사물인터넷(IoT)의 개념이 연결형, 지능형, 자율형 사물인터넷으로 발전 

• ○의료분야에 도입된 의료사물인터넷은 사이버-물리 시스템(Cyber-Physical system)을 기반으로 의료 서비스 장치들이 지능적으로 상호 작용하여 환자 치료 및 운영 효율성을 향상
  

      - 본 보고서의 의료사물인터넷*은 의료 데이터 관리를 위해 인프라와 통신할 수 있는 의료건강복지(Medicare) 적용 프로그램과 IoT 디바이스를      연결하는 기술로 정의-

         * IoMT, Internet of Medical thing(의료사물인터넷)의 ‘Medical’은 의료지원과 건강복지를 포괄하는 개념이며 의료 IoT 또는 커넥티드        헬스로도 불림

[그림 1] 의료사물인터넷의 Taxonomy

 

   2) 발전 배경

• ■인간 중심, 지속 가능성 및 회복력에 중심 가치를 둔 인더스트리 5.0에 의한 의료 분야 변화

• ○의료분야는 환자 중심의 효율적이고 공감적인 의료 생태계를 촉진하기 위해 인간의 능력과 첨단 ICT 기술을 통합

       - 첨단 기술은 인간의 역량을 지원하고 증폭시키며 의사, 환자 및 기계 간의 협업을 촉진하여 환자 경험을 혁신하는 이점을 제공

            ※ 인더스트리 5.0 (Industry 5.0)은 사물인터넷, 인공지능 및 기계 학습 기술을 통합하여 생산 공정을 최적화하는 산업 자동화를 의미

 

 

 

[그림 2] 디지털 헬스 지원을 위한 인더스트리 5.0 개념과 기술

 

 

 

[그림 3] 인더스트리 진화

 

• ■ 헬스케어 5.0(Healthcare 5.0, 2020년~) 패러다임 등장
  

• ○인더스트리 5.0 기술을 통합하여 헬스케어에 대한 환자 중심의 포괄적인 접근 방식을 요구하는 패러다임

• ╺︎연합 학습과 AI의 통합을 통해 발전. 연합 학습 훈련을 받은 AI 시스템은 의료 연구를 발전시키고, 맞춤형 의료 솔루션을 제공하여 환자 건강을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가짐

• ■헬스케어 4.0(Healthcare 4.0, 2016년~2019년) 패러다임 등장
  

• ○4차 산업혁명의 개념을 의료분야에 적용하기 위해 인공지능, 빅데이터, IoT, 클라우드 컴퓨팅 등 다양한 디지털 기술을 융합하여 기존의 질병치료 중심에서 조기 예방, 맞춤형 치료·관리, 의료 서비스 효율화를 강조한 첨단 의료 패러다임

• ■의료사물인터넷(IoMT)의 등장
  

• ○사물인터넷과 의료 장비를 결합한 IoMT 기술은 인적 오류를 제거하고 모든 필수 매개변수의 모니터링 장비를 통합하여 의사가 질병을 빠르고 정확하게 진단하도록 도움
  

• ╺︎스마트 시티, 스마트 홈, 원격 건강 모니터링, 스마트 헬스케어, 전력 관리 등의 분야에 응용
  
• ╺︎센서, 장치, 의료기기들의 대량의 데이터를 수집·전송·분석 서비스를 통해 환자 결과를 개선 및 의료비용 절감과 의료 서비스 제공의 효율성을 높임

• ■무선 신체 영역 네트워크(WBAN, Wireless Body Area Network)
  

• ○생체 신호 또는 기타 생리학적 데이터 모니터링을 위해 사람의 신체에 부착되거나 이식되는 소형, 저전력 및 최소 침습 센서의 무선 네트워크
  
• ○구성요소

• ╺︎(의료용 센서) 인체 데이터를 수집하는 소형 저전력 장치로 피부 부착, 조직 이식, 및 환자 섭취로 장착
  
• ╺︎무선 트랜시버) 센서와 중앙 모니터링 시스템 간의 데이터 송수신을 담당하는 하드웨어로 무선 통신 기술을 지원
  
• ╺︎(중앙 모니터링 시스템) 분산된 의료 센서에서 데이터를 수신하고 처리하는 네트워크 싱크

[그림 4] e-헬스 시스템 분류

 

 

3) 의료사물인터텟의 변화

• ■사물인터넷의 기술 발전
  

• ○인공지능 및 지능형 사물인터넷 (Artificial Intelligence & Intelligence IoT)

• ╺︎사물이 생성한 데이터를 클라우드로 전송하고 인공지능 기술을 통해 분석 및 진단하여 의사결정을 할 수 있는 기술
  
• ╺︎사물이 생성한 데이터를 클라우드로 전송하고 인공지능 기술을 통해 분석 및 진단하여 의사결정을 할 수 있는 기술
  
• ╺︎초연결, 초지능성, 초융합성의 특징을 가진 지능형 사물인터넷은 부족한 의료 자원의 의료 공백 현상을 극복
  
• ╺︎사전에 장비 고장을 예측하여 유지 보수하고 다운타임으로 인한 경제적 피해 완화

• ○자율형 사물인터넷 (Autonomy IoT)
  

• ╺︎사물과 사물의 분산 협업 및 상호 소통으로 인간의 개입을 최소화하며, 스스로 보정하고 최적화하는 지능 강화 기술
  
• ╺︎스스로 환경의 변화를 인지하고 합리적인 의사결정을 통해 능동적인 대응 및 수행이 가능한 사물지능을 탑재하여 상황 추론 및 예측을 통해 물리 세계를 자율적으로 제어하는 기술
  
• ╺︎근거리 실시간 데이터 처리 기술의 에지 컴퓨팅을 융합하여 데이터 처리 지연을 최소화

• ○IoT을 통해 수집된 데이터를 인공지능으로 분석하는 과정에서 학습 데이터 위변조, 오작동 유도, AI 시스템 보안 취약점, 해킹 등의 보안 위협 발생

[표 1] 사물인터넷의 기술 발전 흐름

 

• ■의료사물인터넷의 기술 요소

• ○사이버-물리 시스템(CPS, Cyber-Physical System)

• ╺︎의료 디바이스를 위한 포괄적 모델링과 설계 프레임워크을 제공

• ○5G 네트워킹 및 저전력 광역 네트워크(LPWAN) 발전

• ╺︎초고속 및 초저지연 데이터 처리를 통해 IoT 연결의 도달 범위와 신뢰성을 증가시켜 원격의료, 상담 및 지능 치료 가능

• ○블록체인 혁신

• ╺︎환자 개인 정보 보호 정책에 위반하지 않으면서 지능형 의료의 필수적인 의료기기와 의료 전문가 간의 데이터를 교환할 수 있도록 의료데이터 케이트웨이를 만들어 안전하게 데이터를 의료 서비스로 전송

• ○병렬 컴퓨팅(엣지 컴퓨팅)

• ╺︎근거리에서 대용량 데이터 수집, 마이닝, 추출, 예측 및 의사결정 모델링의 아키텍처를 실시간으로 처리하는 기술

• ○인메모리

• ╺︎웨어러블 분야의 배터리 구동식 의료 애플리케이션의 인메모리 기술의 변화는 의료 장치의 효율성과 수명을 향상

• ■의료사물인터넷의 AI(자연어 처리 및 머신 러닝) 응용 분야

• ○임상문서
  

  -의사의 메모 또는 퇴원 요약 등의 임상 문서에서 자연어 처리를 통해 정보를 자동으로 추출, 데이터를 분석하고 패턴을 식별, 전자 건강 기록 또는 임상 데이터베이스를 자동으로 입력

• ○의료 코딩 및 청구

  -환자 진단, 절차 및 치료에 적합한 의료 코드를 할당하는 프로세스를 자동화하여 청구 프로세스를 간소화하고 오류를 줄임

• ○임상 의사 결정 지원

  - 환자 데이터, 의학 문헌 및 치료 지침을 분석하여 증거 기반 권장 사항을 제공하여 임상 의사 결정을 지원

• ○챗봇 및 가상 비서

  - 대화형 에이전트는 자연어 쿼리를 이해하고 응답하며, 기본적인 의료 조언을 제공하고 예약 및 개인화된 건강 권장 사항을 제공

 

• ■의료사물인터넷의 과제

• ○무단 액세스, 데이터 침해 및 사이버 위협으로부터 민감한 환자 정보 보호 규정 준수 및 방안 마련

- HIPAA(Health Insurance Portability and Accountability Act) 및 GDPR(General Data Protection Regulation)과 같은 규정 준수

※ HIPAA은 건강보험 양도 및 책임에 관한 법률로 의료 및 의료 보험 산업에서 개인 식별 정보를 사기 및 도난으로부터 보호하는 지침 규정 (출처: WIKIPEDIA)

※ GDPR은 일반 데이터 보호 규정으로 유럽 연합 및 유럽 경제 지역의 정보 개인 정보 보호에 대한 유럽 연합 규정 (출처: WIKIPEDIA)

• ○의료기기, 웨어러블, EHR, 웨어러블, 의료 애플리케이션 장치 간의 상호 호환성을 위한 표준화된 프로토콜(데이터 무결성, 인증, 암호화, 개인 정보 보호, 사이버 보안)과 데이터 교환 형식의 개발

 

[참고] 의료 분야에서 I5.0의 통합에 대한 SWOT 분석

 

1. 의료사물인터넷 시장 분류 및 전망

1) 시장 전망

• ■글로벌 의료사물인터넷 시장은 2028년 약 1,677억 달러 규모로 성장을 전
  

• ○연간 성장률 11.47%로 2024년 약 1,086억 달러에서 2028년 약 1,677억 달러 규모로 성장할 것으로 전망

- 글로벌 의료사물인터넷 시장 규모는 2024년 약 1,086억 달러의 매출을 예상

- 5G 네트워크 및 커넥티드 디바이스의 보급 확대가 사물인터넷 시장 성장을 견인할 것으로 전망

※ 의료사물인터넷(또는 커넥티드 헬스) 시장 수익은 소비자, 기업, 정부의 지출 포함

※ 하드웨어(센서, 칩 등), 플랫폼(IoT 플랫폼, 보안 소프트웨어 등), 연결성(셀룰러, LoRa, SigFox 등) 및 서비스(장비 및 시스템의 통합 유지 관리)의 판매를 통해 생성된 순수 IoT 수익으로 구성됨

• ○가장 큰 시장을 형성한 국가는 미국으로, 스마트 의료기기 및 원격 환자 모니터링 시스템의 채택 증가로 2024년 93억 7,700만 달러 규모로 가장 높은 수익창출로 빠르게 성장할 것으로 예상

• ╺︎아시아 태평양 시장은 건강 인식 증가, IT 인프라 강화 프로그램 확대, 디지털 의료 이니셔티브의 투자 증가 요인으로 빠르게 성장 예상

※ 글로벌 사물인터넷 시장 규모는 2024년까지 1조 3,870억 달러에 달하는 매출 기록 예상

※ 글로벌 사물인터넷 시장의 성장률은 12.59% (CAGR 2024년-2028년)로 2028년까지 22조 2,270억 달러의 시장 규모 예상

[그림 4] 헬스케어 사물인터넷 시장 현황 및 전망(2018-2028년, 단위: 십억 달러)

 

2) 성장동인 및 주요 과제

• ■시장 성장의 동인

• ○의료사물인터넷 시장은 의료 솔루션 제공에 대한 장치 공간과 인간의 개입을 재정의

• ╺︎장치의 광범위한 연결과 제품 구성 요소의 비용 감소

※ 센서 기술, 소형화, 네트워킹 솔루션의 발전으로 합리적인 가격의 의료기기 개발

• ╺︎원격 모니터링 및 의료 관리 솔루션 수요 증가

※ 의료 서비스 제공자는 환자 치료를 유지하면서 대면 상호작용을 최소화하고 의료 회사는 수집한 데이터를 사용해 환자 흐름, 리소스 사용, 운영 효율성을 조사하여 의료 산업의 최적 인력을 구성하고 환자 치료 개선

• ╺︎노령 인구와 만성질환 증가로 인한 사회적 생산성 저하와 건강관리 비용 증가를 방지하고 개인별 의료 원격 지원이 가능

• ■시장 성장을 위한 주요 과제

• ○생명 및 건강 관련 시스템의 특성인 신뢰성, 안정성, 보안성 확보 필요
  
• ○의료 네트워크 보안 침해 문제(장치 하이재킹, 랜섬웨어, 말웨어 공격 등)
  
• ○데이터 침해에 의한 민감한 환자 개인 정보 보안 기술 요구 및 정책 필요
  
• ○물리적 디바이스와 네트워크 보안을 위해 기업들의 IoT 보안 장치 개발 필요
  
• ○예방적 유지 보수 유형인 예측 유지 보수을 위한 서비스 필요