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성큼 다가온 ‘웨어러블 디바이스’와 ‘무채혈 혈당측정 기술’

2017.12.04 FacebookTwitterNaver

▲ 일상 속에 깊숙이 다가온 웨어러블 디바이스

배터리와 반도체 기술이 빠르게 발전하면서, 군사적 목적으로 주로 쓰이던 웨어러블 디바이스가 우리 곁으로 성큼 다가오고 있습니다. 특히 스마트폰이 등장한 이후로 웨어러블 디바이스는 사물인터넷(IoT) 형태로 발전하면서, 지금은 손목 밴드 모양의 디바이스를 착용한 사람들을 심심찮게 볼 수 있게 됐습니다.

이러한 웨어러블 디바이스는 엔터테인먼트 요소와 결합해, 헬스케어 분야에서 빠르게 확산되고 있는데요. 빅데이터 시대를 맞이해 데이터의 중요성에 관한 인식이 퍼지면서, 웨어러블 디바이스를 통해 일상에서 생성되는 자신의 모든 데이터(Life log)를 정량적으로 수치화하여 건강을 관리하려는 트렌드가 자리잡아가고 있습니다. 이는 개인의 생체 정보를 수집하고 활용하여 적시에 효과적인 예방과 치료 서비스를 제공하는 ‘맞춤의료’ 형태가 메가 트렌드로 자리잡아가는 데 크게 기여하고 있습니다. 또한 이러한 데이터가 실제로 의료비 지출을 억제할 수 있는 대안으로 인식되고 있습니다.

▲ 다양한 형태로 발전한 웨어러블 디바이스

웨어러블 디바이스는 사용자와 일거수일투족을 함께하기도 하는데요. 이 디바이스가 사용자의 신체활동을 24시간 동안 모니터링 하더라도, 특정 질환이나 목적이 있는 경우를 제외하고는 모니터링한 데이터가 갖는 의미와 효과는 미미한 상황입니다. 때문에 오히려 무의미한 데이터들의 수집은 웨어러블 디바이스의 가치를 떨어뜨리고 비효율성만 증가시킨다는 우려도 존재합니다. 하지만 이러한 웨어러블 디바이스는, 질병의 조기 진단이나 지속적으로 관리가 필요한 환자들의 상태 모니터링에선 우려와 관계없이 매우 효과적인 역할을 할 수 있습니다.

예를 들어 신체에 부착되어 연속적으로 심전도를 모니터링하는 ‘NUVANT’라는 제품은 이미 2010년부터 환자들을 대상으로 사용되고 있습니다.

이처럼 심장질환이 있는 환자들은 꾸준한 모니터링이 필요하기에, 웨어러블 디바이스가 그 역할을 똑똑히 하고 있는데요. 이 외에도 당뇨병, 녹내장, 알츠하이머 등 꾸준한 관리가 필요한 질병에 웨어러블 디바이스를 적용하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있습니다. 그 중에서도 당뇨병 환자들을 위한 혈당측정 웨어러블 디바이스 분야는, 구글이나 애플도 여러 차례 언급할 정도로 많은 투자가 이루어지고 있습니다. 구글과 애플은 각각 다른 방식으로 혈당측정 웨어러블 디바이스를 개발하고 있는데요. 이번 포스팅에서는 웨어러블 디바이스에서 혈당을 측정하기 위한 다양한 기술에 대해서 살펴보려고 합니다.

▲ 채혈하여 혈당을 측정하는 모습

현재 가장 일반적으로 쓰이고 있는 혈당계는 보통 침을 이용하여 손가락 끝에서 피를 내어야 하며, 이마저도 측정하는 그 순간의 혈당 수치만 볼 수 있는 것일 뿐 연속적인 혈당 변화의 추이를 볼 수는 없습니다. 그렇기 때문에 ‘무채혈’이 가능한 ‘연속혈당계’는 당뇨병 환자에게 있어서 꿈의 기기와 다름 없습니다. 만약 혈당을 비침습적(인체에 고통을 주지 않고 실시하는 검사하는 방법), 연속적으로 측정할 수 있는 기술이 개발된다면 전 세계 당뇨병 환자들의 진료와 치료에 한 획을 그을 수 있음은 분명합니다.

그런데 웨어러블 디바이스에서 혈당을 측정하기 위해선, 꿈의 기술처럼 보이는 비침습적 혈당측정 기술이 필수적입니다. 채혈을 하는 방식은 연속적으로 혈당량을 모니터링 할 수 없을 뿐만 아니라, 채혈침과 용지를 계속 교환해야 하므로 웨어러블 디바이스에 적용시키기에는 적합하지 않습니다.

채혈을 하지 않고 혈당량을 측정하는 기술은 매우 다양한 방식으로 연구가 이뤄지고 있지만, 크게 3가지로 나눌 수 있습니다. 첫 번째는 광학적인 방법, 두 번째는 전기 생리학적인 방법, 세 번째는 혈액이 아닌 조직액에서 혈당을 측정하는 방식입니다.

먼저 광학적인 방법은 무채혈 혈당 측정기 개발 가운데에서도 연구가 가장 많이 이뤄졌습니다. 빛이 어떤 특정 물질에 닿았을 때의 반응을 이용하여 혈당량을 분석하는 방식입니다.

▲ 빛이 당 분자에 부딪힐 때 반응하는 방식

위 그림처럼 빛은 당 분자에 부딪힐 때 반사, 굴절, 산란, 투과 등 다양한 방식으로 반응합니다.  혈당 농도에 따라 그 반응의 정도가 차이를 보이게 됩니다. 이 때 방출되는 에너지나 산란되는 정도 등을 측정하여 혈당 농도를 측정할 수 있습니다.

여러 광학적 측정 방법 중에서 근적외선을 이용한 라만 스펙트럼 분석기술은, ‘C8 메디센서’라는 회사가 다년간의 연구 후에 상용화 단계에서 실패하고 파산했는데, 이후 애플에서 ‘C8 메디센서’의 전문가들을 영입해가면서 애플에서 해당 기술을 아이워치에 탑재할 것이라는 예측도 나오고 있습니다. 하지만 혈당 외에도 다양한 체내의 성분들이 빛의 반응에 영향을 미칠 수 있기 때문에 상용화까지는 꽤 난관이 있을 것으로 보입니다.

다음은 전기 생리학적인 방법입니다.

피부에 전류를 흘려 주면, 체내에 존재하는 이온들이 움직이게 되는데요. 이때, 당처럼 전하가 없는 물질도 함께 이동하게 됩니다. 이 과정에서 당 분자 하나당 2개의 전자를 발생시켜 전류를 흐르게 합니다. 때문에 전류량과 혈당량은 양의 상관관계를 가지고 있습니다. ‘Cygnus’라는 회사의 ‘GlucoWatch’라는 제품은 이 기술을 이용하여 FDA 승인까지 받았습니다. 하지만 피부에 접촉되는 pad 부분을 12시간 마다 교환을 해주어야 하고, 전기 자극으로 인한 피부 자극이 발생한다는 단점이 있습니다.

▲ 눈물을 이용하여 혈당을 측정하는 스마트렌즈

마지막으로 조직액을 이용하여 혈당을 측정하는 방식입니다. 대표적으로 눈물을 이용하는 방법이 있습니다. 혈액과 마찬가지로 눈물에도 글루코스라는 당분이 녹아있는데요. 눈물 속의 당분 수치가 혈당 수치와 비례관계에 있기 때문에, 눈물의 당분을 측정하여 혈당을 체크할 수 있습니다. 구글에선 2014년에 눈물에서 포도당 수치를 측정할 수 있는 스마트렌즈를 개발 중이라고 발표하기도 했었는데요. 구글의 발표였던 만큼 금세 사용화가 될 것이라고 기대를 한 몸에 받았으나, 상용화에는 난항을 겪고 있는 것으로 보입니다. 실제로 최근에 구글과 함께 스마트렌즈 프로젝트를 추진하고 있는 ‘노바티스’의 라인하트 회장이 해당 프로젝트는 난항을 겪고 있으며, 향후 3-4년 안에 획기적인 결과물이 나올 것 같지는 않다고 말하기도 했습니다.

이처럼 휴대가 간편한 웨어러블 디바이스를 통하여 혈당을 측정할 수 있는 기술 개발이 다양한 방식으로 시도되고 있지만, 각각의 방식은 장단점이 있을 뿐만 아니라 상용화까지는 적지 않은 시일이 걸릴 것으로 보입니다. 하지만 불과 몇 년 사이에 스마트폰이 우리와 가장 많은 시간을 보내는 디바이스가 된 것처럼 수 년 안에 상용화가 될 것이라고 생각합니다. 웨어러블 디바이스가 점점 우리 생활 안에서 자리를 잡아가는 만큼 앞으로 웨어러블 디바이스가 우리에게 더 많은 정보를 줄 수 있는 날이 오기를 기다려봅니다. 그리고 이 글을 읽은 독자들이 헬스케어 웨어러블 디바이스에 더 많은 관심을 갖기를 기대합니다.

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