초록 ▼

□ 핵심기술
Smart device(심박출량계 및 체지방계)를 이용한 개인 맞춤형 대사기능
모니터링 시스템은 고비용을 수반하는 의료전문가의 개입 없이 생활
속에서 자연스럽게 건강관리를 가능하도록 하는 시스템

□ 최종목표
대사성 질환 모니터링을 위한 심박출량계 및 체성분 분석기기 개발

□ 개발내용 및 결과
흉부용 심박출량계 개발
◦ 하드웨어 및 펌웨어(디바이스) 개발
- 각종 센서, 하드웨어 선정, BLE통신이 가능한 MCU선정 및 회로 설계 및 PCB 설계 및 제작

□ 핵심기술
Smart device(심박출량계 및 체지방계)를 이용한 개인 맞춤형 대사기능
모니터링 시스템은 고비용을 수반하는 의료전문가의 개입 없이 생활
속에서 자연스럽게 건강관리를 가능하도록 하는 시스템

□ 최종목표
대사성 질환 모니터링을 위한 심박출량계 및 체성분 분석기기 개발

□ 개발내용 및 결과
흉부용 심박출량계 개발
◦ 하드웨어 및 펌웨어(디바이스) 개발
- 각종 센서, 하드웨어 선정, BLE통신이 가능한 MCU선정 및 회로 설계 및 PCB 설계 및 제작
- 에너지 소모량 / 심박출량분석 / 체중 / 체성분 및 패턴 인식 알고리즘 1차 기능 구현/검증
- 심박출량계 2차 시제품 제작 및 해당 제품의 전기적 안전성 / 유효성 시험성적서 확보
- 심박출량계·체지방계와의 데이터 연동을 통한 심박출량 산출 알고리즘 보완
- H/W, S/W, 알고리즘 성능 보완 및 최적화 수행 후, 허가용 시험 검사 진행
- 개발 최종품 (심박출량계·체지방계)과 Application 및 서버 연동 테스트
- 손목형 심박출량계 및 체지방계 의료기기 인증 획득 및 지식재산권 2건 출원
- 1차적으로 개발된 알고리즘을 탑재하여 시제품 제작 및 검증 진행

◦ 소프트웨어(App) 개발
- Database 설계 및 API 개발을 통한 심박출량계 및 체지방계 데이터 통합분석 알고리즘 구현
- Device, App, DB서버 간 네트워크 통신 구현
- 사용자 서비스 환경 Prototype 디자인 및 기능 구현, 서비스 주요 기능(Function) 정의 및 화면 설계
- Prototype 개발 테스트 및 데이터 유효성 검증
- 서비스 플랫폼 연동 테스트 및 사용자 DB관리 툴 구현
- 사용자 환경 및 기능 개선과 어플리케이션 서비스 개발완료

◦ 임상을 통한 심박출량 및 기초대사량 추정 수식 유효성 검증
- 기 확보된 생리 데이터베이스 기반 심박출량 및 체성분 분석을 이용한 새로운 생리지표 발굴
- 맥파 신호 처리 및 심박출량 추정 알고리듬 개발
- 20~50대 인반인 100명에 대한 심초음파 기반 심박출량 및 맥파신호, DEXA기반 체성분 분석 및 Bio-impedance 신호자료 취득 및 데이터베이스 구축
- 맥파기반 심박출량장비와 체성분 분석장비와의 임상 검증
- 체성분분석장비와 맥파기반심박출량 임상 검증
- 심박출량 및 체성분 기반 새로운 생리지표의 유효성 검증

손목형 심박출량계 개발
◦ 하드웨어 및 펌웨어(디바이스) 개발
- 본 과제를 통해 개발된 흉부형 심박출량계를 바탕으로 손목형 심박출량계 1차 시제품 H/W 및 S/W 개발
- 심박출량계 제품의 상용화를 위한 제품 내/외부 구조 설계 및 LCD GUI 설계
- 손목형 심박출량계와 연동되는 Application 및 서버 개발 및 연동 테스트

□ 기술개발 배경
심뇌혈관 질환은 대표적 만성질환으로, 국내 신규 심뇌혈관 질환자 수는 2004년 이후 연평균 5.2% 이상씩 증가하고 있다. 최근의 증가 추세는 더욱 뚜렷하다. 세계 최고수준의 인구고령화 속도와 서구화된 생활·식습관을 고려할 경우 향후 신규 환자수는 더욱 증가할 것으로 예측된다. 또한 심뇌혈관 질환은 한국인 사망원인 중에서 암에 이어 2, 3위로 매우 높은 사망률을 나타내고 있다. 따라서 정부는 심뇌혈관 질환을 4대 중증질환으로 선정하고 국민의 질병부담을 낮추기 위해 노력하고 있다.

심뇌혈관 질환극복을 위한 혁신적 연구의 결과, 심뇌혈관 질환으로 인한 사망률은 2004년 이후 뚜렷하게 감소하는 추세를 나타내고 있다. 그러나 치료기술의 발달로 사망률이 감소하면서, 많은 환자들이 심기능이 저하된 만성심부전이나 뇌졸중에 의한 후유증 등의 장애를 안고 살아가게 됨으로써 환자 본인뿐만 아니라 가족의 삶의 질이 심각히 저하될수밖에 없다. 이로 인한 환자 개인과 정부의 의료비 및 사회경제적 부담이 급증하고 있다. 환자 수 증가율의 4배에 달하는 진료비 증가율(20.1%)을 근본적으로 해결하기 위해 예방중심의 심뇌혈관 질환극복전략이 필요하다. 심장질환발생 이후 급성기 치료가 사망률 감소에 기여하는 정도는 10% 수준이지만, 고혈압과 이상지질혈증에 대한 규칙적인 치료와 관리는 심혈관 질환의 73%와 뇌혈관 질환의 69%가 예방가능하다고 한다.

심혈관 질환자가 가장 많은 중․장년층들의 혈관, 심장기능 및 호흡기 기능의 평가를 위해 심혈관 기능 지표 파라미터에 대한 지속적인 모니터링이 필수적이다. 그러나 연구․개발되고 있는 대부분의 심혈관계 진단 및 분석 장비들은 개별적 요소(심전도, 혈압, 광용적맥파, 폐기능 검사 등)를 이용한 진단 및 분석 시스템의 형태이며, 종합적 진단 장비들은 고가의 병원용 장비임에 따라 질병에 대한 사전 예측 및 예방에 많은 비용과 시간을 필요로 한다.

본 과제를 통해 개발된 흉부용 및 손목형 심박출량계는 기존 고가의 초음파 방식 또는 침습적인 방법에 의한 카테터 삽입 방식에서 오는 측정에 따른 불편한 시퀀스를 최소화하고, Bio-Impedance의 Impedance Cardiogram (ICG)방식을 통해 Cardiac Output을 추정, 이를 통해 개인용 혈관 및 심폐기능 진단 시스템의 적용 편리함을 증진시킬 수 있다.

더불어 지속적으로 관리할 수 있게 하여 병·의원뿐만 아니라 Wearable 및 Home-Healthcare 산업에 매우 적합한 장비로 그 수요가 매우 높을 것으로 예상됨.

□ 핵심개발 기술의 의의
Instromedix(USA), Fukuda Denshi (Japan), Getemed(Germany)등의 대표적인 기업들이 새로운 심혈관계 평가 장비를 출시하여 시장에서 매우 큰 성장을 보임. 그러나 이러한 기술들의 대부분이 병원용 진단 장비를 중심으로 연구·개발되고 있으며, 가정에서의 정기적 측정 및 지속적인 모니터링을 통한 건강관리 및 휴대용 장치 개발은 아직 이루지 못함.
따라서 본 과제를 통해 개발된 기술은 국내 혈관 및 심폐기능 평가·분석 기술을 세계적 수준으로 향상시키기 위한 노력의 일환임.

국제적으로 경쟁력을 갖는 전략 산업으로 육성·발전시킬 수 있는 하나의 계기가 될 것이며, IT역량이 세계 최고 수준인 우리나라의 장점을 살려 본 과제를 통해 개발된 개인용 심박출량 모니터링 장치는 무선통신 기능이 탑재됨에 따라 가까운 미래에 Health Care산업을 주도할 IT-의료산업의 융합인 U-Healthcare 시스템 시장의 공략도 가능.

□ 적용 분야
개발된 흉부용 및 손목형 심박출량계는 기존 고가의 초음파 방식 또는 침습적인 방법에 의한 카테터 삽입 방식에서 오는 측정에 따른 불편한 시퀀스를 최소화하는 Bio-Impedance의 Impedance Cardiogram (ICG)방식을 통해 Cardiac Output을 추정, 이를 통해 개인용 혈관 및 심폐기능진단 시스템의 적용 편리함과 더불어 지속적으로 관리할 수 있게 하여 병·의원뿐만 아니라 Wearable 및 Home-Healthcare 산업에 매우 적합한 장비로 그 수요가 매우 높을 것으로 예상됨.

심박출량계와 체지방계의 연동을 통한 측정결과 분석으로 기존 활동량계가 가지는 한계를 보완하여 높은 정확도를 구현함으로써 칼로리 소모량, 걸음 수, 이동거리 등의 활동량 모니터링을 위한 피트니스 및 웰니스 제품 분야에 적용이 가능함. 또한 각 가정에서의 건강관리 시스템으로 보급하고자 하며 나아가 각 판매처 별(가정·피트니스 클럽·병의원 및 클리닉) 맞춤형 서비스를 제공이 가능함.

(출처 : 초록- 4. 개발결과 요약 6p)