1차 산업혁명은 증기기관, 2차 산업혁명은 전기와 컨베이어 벨트를 활용한 대량생산 기술, 3차 산업혁명은 1980년대 중반 이후 본격화된 컴퓨터와 인터넷의 보급이주도한 정보화 사회이며, 이 과정에서 급격하게 발전된 컴퓨터 기술과 대규모 디지털 지식정보(빅데이터)가 유기적으로 결합하여 AI(인공지능)이 현실화되었다. AI와 연동되어 작동되는 로봇기술이 미래를 변화시키고 있다.
이 과정을 지능정보기술에 의한 지능화로서 ‘4차 산업혁명’이라 하며 사이버 물리시스템(CPS, Cyber-Physical System)의 확산이 전통적인 산업들을 변화시키고 있다. 사이버 물리시스템은 정교한 문제를 해결하기 위한 절차로서 알고리즘이 적용된 컴퓨터 기술로 물건을 제조하고 서비스를 제공하고 콘텐츠를 만들어내는 것을 의미한다.
4차 산업혁명의 이상과 현실
2016년 1월에 열린 WEF(세계경제포럼)에서 ‘4차 산업혁명의 이해’라는 주제 발표가 4차 산업혁명을 촉발시키는 계기가 되었다. 제4차 산업혁명시대에는 변화의 규모와 속도 면에서 파괴적 혁신(disruptive innovation)이 예상되어 지능정보통신기술의 발전에 의해 디지털 혁명의 환경 하에 있다.
우리나라는 인공지능, 사물인터넷, 3D프린터의 상용화를 인식하고 있지만, 산발적으로 정책을 발표, 추진하고 있어 추상적인 경향이 있다. 우리나라의 ICT 산업은 2010년에 GDP의 26%를 차지할 만큼 성장해왔지만, 국가 ICT 경쟁력 지수는 2007년 3위에서 2011년 19위, 4차 산업혁명 준비도 면에서 25위로 낮은 평가를 받고 있다.
4차 산업혁명시대에서 스마트헬스케어산업
스마트헬스케어산업은 ICT와 모바일기술이 건강관리, 의료서비스산업에 융합한 산업으로서 언제 어디서나 개인별 건강상태를 측정ㆍ관리하고 이를 기반으로 맞춤형 건강관리ㆍ의료서비스를 제공하는 신산업이다.
하드웨어는 개인건강기기ㆍ웰니스기기 등이 포함되며, 디스플레이ㆍ센서 등 다양한 분야의 기술이 융ㆍ복합적으로 활용되는 제품군을 포함한다. 소프트웨어에는 의료ㆍ건강 정보 솔루션, 개인건강기록 솔루션, AI 기반 분석 툴, 플랫폼 등이다.
서비스 분야에는 유전자분석으로 진단 서비스, 생활건강 모니터링 서비스를 포함하는 IBM 왓슨, 구글 빅데이터 시스템 등에서 상용화하고 있다.
외국의 4차 산업혁명과 병원에서 적용 현황
4차 산업혁명을 선도하고 있는 미국은 마이크로소프트, 구글, 페이스북, 오라클 등 억만장자 10대 기업의 대부분이 SW기업이며, 혁신적인 아이디어 창조 문화를 확산하기 위해 Maker 운동을 전개하고 있다. 독일은 기계간 통신과 지능적인 학습으로 Industry 4.0 제조혁신, 일본은 단순 업무를 로봇으로 대체하는 로봇혁신이 일어나고 있고, 우리나라는 스마트 팩토리 등 다양한 ICT 정책과 IOT, Cloud, Big data, AI & Mobile 등 ICBAM(지능정보사회) 기반의 서비스 연계와 플랫폼 강화, 사물 협업, 데이터 개방ㆍ공유 등을 통해 거대 공공 SW, ICT 시장 진출을 시도하고 있다.
선진국의 4차 산업혁명 동향과 ICT 트렌드로서 최신 정보화 사회의 특징은 다음과 같다. 첫째, 초 연결화이다. SNS를 통해 사람과 사람이 실시간으로 연결되고, IOT(사물인터넷)로 기계와 사람, 기계와 기계가 연결되는 것이다. 둘째, 초 지능화이다. 지능형 센서, 칩을 가진 인공지능이 인간의 업무를 대체하고 있으며, 스마트한 기계와 서비스가 갈수록 진화하고 있다. 셋째, 초현실화이다. 가상현실 기술이 현실보다 더 현실적인 세계를 구축하고 있으며, 3차원 영상으로 된 입체 사진인 홀로그램, 입력한 도면을 바탕으로 3차원의 입체 물품을 만들어 내는 3D 프린터 등의 기술이 새로운 현실의 표현, 복제 방법으로 등장하고 있다.
이미 실현화된 상용 프로그램 및 제품으로 구글글래스, 오큘러스(가상현실), 뉴로스카이(뇌파로 기기 조정) 등이 있다.
○ 미국
미국은 2016년 연방예산의 약 25%를 보건ㆍ의료 분야에 편성하고, 그 중 약 2,370억원을 정밀의료이니셔티브에 투자하여 ICT가 융합할 수 있는 코호트 구축, 암유전체 연구, 플랫폼 구축, 정보 상호운용성 표준 개발, 개인정보보호 프로젝트를 진행하고 있다.
미국식품의약국(FDA)은 36건의 스마트폰용 질병 진단 앱과 진단기기 허가를 내주었다. 스마트폰의 컴퓨팅 능력과 카메라·센서 성능이 획기적으로 발전하면서 스마트폰을 통한 의료 혁명이 시작된 것이다.
Eatson : 인공지능 Watson은 기존 지식에 건강보험 자료와 보험회사에 등록된 3,420만명에 이르는 환자정보를 통합하고 환자 차트와 의사나 병원에서 보유하는 각종 질병에 대한 기록을 저장하고 있다. 이를 통해 의료진을 위한 임상 실무에 대한 조언 제공 시스템으로 활용하고 있다. 왓슨은 의학자료 60만 건 , 42개 의료 저널 및 임상실험에서 나온 200만 페이지의 텍스트 데이터를 3초 내에 추출ㆍ분석하여 암 치료 현장에서 의료진들에게 실무적으로 조언을 제공하고 있다.
HU : 미국의 벤처기업 HU(Human Longevity, Inc)은 노화를 암, 심장 질환보다 심각한 질병으로 보고 노화를 치료하는 의료기술을 개발 중이다. 질병의 치료 보다 발병의 방지를 목적으로 개인별로 미래에 질병의 발병을 예측하고, 사전에 예방하기 위한 의료서비스를 제공하고 있으며, 신뢰할만한 인증제, 인센티브 도입으로 의료기관의 비용 부담 및 동기부여를 통해 전자건강정보의 도입과 이용률을 확대하고 있다.
○ 영국
2016년 초 대한민국에 알파고 쇼크를 안겨준 영국의 DeepMind사의 의료 인공지능은 영국의 국민건강보험(NHS)의 수십만 명분 진료기록을 열심히 연구하고 있다.
영국 런던 5개 지역의 주민 120만명은 NHS가 운영하는 비(非)응급 의료상담 전화인 111에서
인공지능(AI·Artificial Intelligence) 의사로부터 진단을 받는다. 주민들이 '바빌론' 앱(응용 프로그램)을 이용해 이상 증세를 스마트폰에 입력하면 AI가 3억 건의 진단 기록 등 수많은 의료 정보를 토대로 진단을 한다. AI앱 개발사인 바빌론 헬스는 "진단 비교 실험에서 의사는 73.5%의 정확도를 보였으나 AI는 90.2%나 됐다"며, 진단 시간도 의사는 평균 3분 12초가 걸렸지만 AI는 1분 7초에 그쳤다. 바빌론 개발에는 AI 연구자 100여 명이 참여했으며 AI 바둑 프로그램 알파고를 만든 구글딥마인드도 2,500만달러(약 279억원)를 투자했다.
○ 독일
4차 산업혁명을 구현하기 위한 법률 중 초기에 입법이 된 ‘E-헬스법’은 2016년 1월 1일에 발표한 ‘의료부문에서 안전한 디지털 활용을 위한 법’의 별칭이다. 주요 개정 내용은 ‘사회법전 제5권-법정의료보험’인데 약품 복용 계획서청구권 신설,
고도의 완전 기준에 근거한 전자건강카드 도입, 원격의료협회를 통한 원격의료 인프라 구축 절차의 법적 근거 규정 등이다.
○ 덴마크
덴마크에서의 의료 ICT화로서 의료 서비스의 효율화와 편리성을 목적으로 2000년부터 전자화가 적극적으로 추진되고 있으며 의료 ICT도 순차적으로 도입되고 있다. 전국 어디에서나 의료종사자가 환자의 증상과 치료 관련 정보를 참조할 수 있도록 하여 일관된 치료 프로세스 제공을 목표로, 덴마크 건강의료 서비스에서의 디지털화 전략(2008~2012년)이 책정되고 있는데, 의사, 간호사, 약사 등의 의료 종사자가 전자통신 네트워크 ‘MedCom’ 사용을 통해 목적이 달성되고 있다.
또한 2013년부터 국민을 대상으로 공공 헬스케어 포털사이트 ‘Sundhed’(건강이 라는 의미)가 운용되고 있어, 국민은 이 사이트에 전자서명을 함으로써 ① 건강과 의료로서 약제 투약 정보 참조, ② 일반개업의의 예약, 처방전의 갱신, ③ 병원에 관한 평가 정보, ④ 동일 질병환자간 네트워크, ⑤ 치료에 관한 학술기사 등을 제 공 받을 수 있도록 하고 있다.
○ 싱가포르
싱가포르 보건부는 ‘국민 1인당 1개의 의료기록’을 추진하고자 IT 활용 극대화를 도모하기 위한 IT 워킹그룹을 설립하였다. 이 그룹은 각 국립병원이 관리하던 전자의료기록 시스템 상의 의료 데이터를 공유하기 위한 EMRX(Electronic Medical Record Exchange) 프로그램을 제안했고, 이에 따라 각 공립병원들 간 온라인을 통한 각종 검사 결과 및 처방전 등 진료기록의 정보 공유가 확대되고 있는 추세에 있다.
그러나 다수의 의료 데이터가 산발적으로 존재하고 있으며, 민간 병원의 경우 정부정책 지원 대상에서 제외되는 한계가 있다.
국내 병원에서 적용 현황
한국보건의료연구원에서 발표한 자료에 의하면, 세계적으로 미국과 중국의 주도적인 기술개발 추세 하에 국내 특허는 모바일과 사물인터넷에 집중되었고, 전 세계 특허 비중은 일본에 비해 각각 68%, 90%, 중국에 비해 23%, 21% 수준으로 조사되었다.
뇌졸중 환자 46명을 대상으로 두 그룹으로 나누어 매일 30분씩 기존의 재활치료 프로그램을 수행한 결과와 국내 순수 기술로 개발한 스마트 글러브를 이용한 가상현실 치료프로그램을 수행한 결과, 뇌졸중 이후의 운동기능, 균형, 감각과 관절기능 일부에 대해 측정한 결과, 스마트 글러브의 임상적 개선효과가 2.9배 향상되었다.
○ 부산대학교병원
의료분야 인공지능(AI) IBM 왓슨을 도입했다. 국내에서 ‘왓슨 포 온콜로지’와‘왓슨 포지노믹스’ 2가지 기술을 모두 도입한 것은 부산대병원이 처음이다. 한국IBM은 부산대병원이 ‘왓슨 포 온콜로지(Watson for Oncology)’와 ‘왓슨 포지노믹스(Watson for Genomics)’를 도입한다고 공시했다.
부산대병원은 IBM ‘왓슨 포 온콜로지’와 ‘왓슨 포 지노믹스’ 시연회를 갖고 왓슨을 활용한 진료를 개시했다.
IBM이 작년 뉴욕게놈센터(NYGC)와 협력해 유전자 서열 정보와 의학 정보를 분석해 암환자 맞춤형 치료 제공 목적으로 이를 사용키로 한 것이다. 이 기술은 표적치료 옵션을 포함한 암환자 종양의 유전자 프로파일과 암 유발이 가능한 유전적 변이에 관한 정보를 제공하게 된다.
○ 가천 길병원
가천대 길병원이 오는 5일 미국 IBM사의 인공지능 '왓슨 포 온콜로지(Watson for Oncology)'를 실제 의료현장에 활용한 'IBM 왓슨 인공지능 암센터'를 오픈했다.
왓슨 암센터에는 왓슨 전용 라운지, 왓슨 전용 다학제, 진료실, 코디네이터실 등으로 구성되어 있다. 인공지능 슈퍼컴퓨터 왓슨을 기반으로 총 8개 전문 진료과 30여명의 전문의 그리고 왓슨 전문 코디네이터가 함께한다. 병리과, 내과, 핵의학과, 영상의학과, 외과, 방사선종양학과, 혈액종양내과, 정신건강의학과 등의 전문의가 환자 개개인에 대해 협진을 수행한다.
길병원은 대장암 3기로 진단돼 복강경 수술을 받은 61세 남성 환자의 상태를 왓슨에 입력한 결과 항암치료가 필요하다는 결과를 얻었고, 이러한 왓슨의 조언은 의료진의 의견과 100% 일치한 성과를 이루었다.
왓슨은 의학저널 290종, 의학 교과서 200종을 비롯해 1천 200만 페이지에 달하는 전문자료를 학습한 인공지능 슈퍼컴퓨터다.
○ 건국대병원
대장암 환자를 위한 하이브리드복강경 수술과 난조 종양의 경우 질강경 수술을 위해 듀얼 소스 CT, 3D 심장 영상 촬영이 가능하고 3차원 경식도 초음파 의료기기를 통해 진료를 수행하고 있다.
○ 보건소에서 ‘모바일 헬스케어’ 서비스 현황
만성질환 위험군을 중심으로 ICT와 건강검진 빅데이터를 활용하여 보건소에서 모바일 헬스케어 서비스를 제공하고 있다(2016. 9월 10개소 → 2017년 30개소). 의사․간호사․영양사․신체활동 전문인력이 맞춤형 건강관리계획을 작성․제공하고 스마트기기로 실천 여부 및 건강수치를 모니터링하고 있다.
4차 산업혁명과 병원의 적용 과제
4차 산업혁명시대에 주요 기술 관련 단어로는 AI, 로봇, 빅데이터, IOT(사물인터넷) 등 산업 관련 기반 기술들의 출현 빈도가 높으며, 특히 AI가 압도적으로 높다.
한편, AI에 의해 기회요인인 동시에 자동화로 인한 일자리에 대한 불확실성도 있다. 하지만 로봇, 기계 등이 출현되는 점에도 착안하여 융합형 인재 육성도 긴요해 보인다.
이를 위해서는 전 산업 분야에로 지능정보화 촉진의 기반이 되도록 한다. 즉, 국가 기반의 서비스에 병원산업에 선도적으로 지능정보기술 활용을 촉진하고, 병원산업협력 생태계 조성으로 국가, 공공, 대학과 민간 영역의 혁신 파트너 역할을 수행하도록 한다.
병원산업계에서도 자발적으로 AI 등 4차 산업혁명 관련 R&D에 집중하고, 산업융합형 인재 육성과 의료진의 적극적 참여로 지속적인 신 기술개발, 빅데이터를 기반으로 한 개인 맞춤형 의료 서비스 창출 등 경쟁력을 갖추도록 할 필요가 있다.
4차 산업혁명 시대에 병원산업의 과제로는 다음과 같이 요약된다.
첫째, 새로운 지능정보가치 창출을 위해 인공지능, 개인별 유전자 특성을 분석하여 예방의료ㆍ맞춤진단 등 국민건강 증진과 개인 건강관리기기, 건강정보 제공 앱, 의료정보관리, 플랫폼, DB, 통원 회수 최소화 위한 전자처방전(e-Prescription) 제공,진단서비스, 건강관리서비스 등 스마트헬스케어산업 육성으로 의료비 지출을 감소하도록 한다.
둘째, 의료 일체형 웨어러블 기술을 통해 초현실 가상체험과 증강인간을 구현하도록 한다. 즉 웨어러블 의료기기(안경, 의복 등과 같이 착용), 치매 예방 위한 VR(가상현실) 게임, 골전도 기술을 활용한 청각 장애우용 모자, 스마트 안경, 체내 삽입형 기기를 통해 생체공학 안구, 스마트 임플란트 등 신체 중 일부로 진화하도록하고 새로운 기술을 활용한 의료산업의 확장이 필요하다.
셋째, 진단 영역에서 CDSS(Clinical Decision Support System) 활용으로 인공지능 기술의 융합으로 진단 영역에서 의료인의 진단을 보조하는 역할 수행과 교육에 활용하도록 한다.
넷째, 슈퍼 컴퓨터, 지능형 및 감성형 로봇으로서 간병, 청소, 육아 등에 특화하고, 아울러 생활 보조기기를 개발, 도우미 로봇을 통한 고령층, 장애인 등 취약계층을 지원하여 삶의 편의성과 효율성을 도모하며, 최첨단 기술을 활용한 의료서비스를 제공하는 것이다.
다섯째, 소비자 권익 신장으로 질병의 예방과 치료를 넘어 건강증진, Wellness, Well-Dying, Anti-aging 등 보다 높은 서비스를 요구함에 따라 질병 치료(cure)에서 건강관리(care)로 전환되어 의료 ICT 서비스 욕구의 충족이 필요하다.
여섯째, 병원 의료데이터 활용 기반을 조성하기 위해 병원 간 진료기록 교류 시스템의 구축, 전자의무기록과 유전체 통합시스템(EMGR) 개발, 데이터 연계ㆍ활용ㆍ공유 플랫폼을 구축하도록 한다. 즉 거점 병원과 연계하여 의료기관 간 진료정보를 교류하고 환자가 포털에서 본인 기록을 확인하는 시스템 구축 및 서비스를 활성화하도록 한다.
일곱째, 스마트폰을 활용한 의료기술개발이 필요하다. 스마트폰에 연결해 혈압, 혈당 등을 체크하는 기기와 이와 관련 정보를 병원에 전송하고 의료진이 진단하는 소프트웨어 기술을 개발하는 것이다. Smart 앱에 의한 평생건강관리 정보 제공으로 질병의 사전 예방, 징후 발견, 사후관리 서비스 제공을 하도록 한다. 이를 위해 가벼운 건강관리 예방이나 처방 수준의 경우원격의료 ICT 생태계 구축이 필요하다.
