Wearable Healthcare Device
1. Healthcare Devices & IoT
1. Healthcare Devices & IoT IoT 실현시점 1980년대 - 한국이세계에서두번째로인터넷연결에성공 ( 전자우편,.kr 국가도메인도입 ) 1990년대 - PC통신 ( 최초웹사이트개설, 인터넷상용서비스, 포털서비스 ' 넷츠고 등장 ) 2010년대 - 스마트폰과모바일빅뱅애플아이폰국내첫출시 (100일에 40만대, 9개월에 100만대판매 ) 갤럭시S (3년만에국내스마트폰이용자 37배증가 ) 2020년 - IoT? IoT 실현시점은언제? 인터넷에연결된기기나사물의수가지구상에존재하는총인구수보다많아질때 (IBSG, CICSO 보고서 ) Connected Device 시장전망 (source : Cisco) 2003 년 - 63 억명세계인구 / 인터넷연결기기 5 억대 2010 년 ( 스마트폰등장이후 ) - 68 억명세계인구 / 인터넷연결기기 125 억대 (1 인당 1.84 개 ) - 이미사물인터넷시대가도래했음 2020 년 - 76 억명세계인구 / 인터넷연결기기 500 억대 (1 인당 6.58 개 )
1. Healthcare Devices & IoT IoT 의핵심은 Sensor IoT에필요한기술 1) 온도 / 습도 / 위치 / 모션 / 영상 / 생체신호등의데이터센싱기술 2) 사물로부터받은데이터를저장하고분석하는미들웨어소프트웨어기술 3) 데이터를의미있는결과물로해석, 표현, 처리하는애플리케이션소프트웨어기술 IoT 의핵심은센서기술 스마트폰시장확대와 IoT 시장이본격화되면서센서기술의성장속도는더욱빨라질전망 전세계센서시장 : 2020 년 1,417 억달러로연평균 9.4% 성장전망 국내센서시장 : 2020 년 99 억달러로연평균 10.4% 성장전망 ST-Microelectronics : 연간 6.4 억달러공급 ( 전세계스마트폰 / 태블릿 PC 시장에서 MEMS 센서를가장많이공급하는기업 ) 국내시장에서는스마트폰용이미지센서만자급율이 50% 수준에달할뿐압력, 가속도, 자기, 영상, 레이더등일반시장부터국방분야까지대부분응용분야에서전량수입
2. Paradigm Shift for Medical Devices
2. Paradigm Shift for Medical Devices Body Temperature 수은체온계 전자체온계 귓속형 Tympanic membrane Thermopile Infrared Thermistor 비접촉형
2. Paradigm Shift for Medical Devices Stethoscope 마이크로폰 배터리 / 스피커 Bell/Diaphragm 모드선택 2 분후자동꺼짐 볼륨컨트롤 3M Littman
2. Paradigm Shift for Medical Devices Hypertension 건강보험심사평가원 (2014년 12월 ) : 고혈압환자수 551만명 / 진료비 8,104억원 의약품통계정보데이터 ( 유비스트, 2014년 3월 ) - 국내고혈압의약품단일제부문매출액 : 1조원 / 년 - 고혈압환자의 58.9% 는매일약복용 ( 고혈압방치시심장병, 뇌졸중으로발전되므로적극적처방 ) 국민건강영양조사 ( 고려대병원 / 세브란스병원 ) - 고혈압진단오진율 : 10% ( 고혈압오진에의한의료비손실 : 1,000억원 / 년 )
2. Paradigm Shift for Medical Devices Blood Pressure Monitoring Dipper Normal Dipper Reverse Dipper Non-Dipper Extreme Dipper 신약개발후임상유효성검증 (ASCOT Study) 신약사용에서뇌졸중에의한치사율 23% 감소 신약사용에서심혈관질환과심근경색에의한사망률 16% 감소 그러나, 상완혈압값의변화는없었음 CAFE Study ASCOT (Anglo-Scandinavian Cardiac Outcomes Trial) CAFÉ (Conduit Artery Function Evaluation)
2. Paradigm Shift for Medical Devices Blood Pressure Monitoring ㆍ CBPM( 병원에서의혈압측정 ) 이아닌 ABPM(24 시간혈압 ) ㆍ낮시간이아닌밤시간수면중 ABPM(night-time 혈압 ) ㆍ상완혈압 vs. 대동맥혈압 전통적인방법 ( 비침습적 / 침습적 ) ABPM (Ambulatory BP Monitoring) 자동혈압계 ( 병원용 / 가정용 ) Cuffless 혈압계
2. Paradigm Shift for Medical Devices Blood Pressure Monitoring Automatic BP Cuff / Discrete ABPM(24-hour) Cuff / Disturb sleep Central Aortic BP Invasive / Catheter All in-one Simple and Accurate Care for the Heart
2. Paradigm Shift for Medical Devices Blood Pressure Monitoring
2. Paradigm Shift for Medical Devices Blood Pressure Monitoring 목표개발내용비고 센서아날로그 / 디지털및센싱모듈 저항성압력센서 용량성압력센서 반도체형압력센서 점탄성이높은젤과필름을씌워측정 Applanation tonometry 센서개발 (capacitive 압력센서 ) - 센서 SPEC 설정 - 임상실험을위한단일센서개발 데이터수집프로그램포함 센서샘플개발 - 혈압측정을위한 SPEC 맞춤형 - 센서개발 요골맥파를이용한혈압측정회로 - 아날로그 / 디지털회로, LCD 디스플레이 손목시계형펄스측정회로및시제품 - 검출, 디스플레이, 저장, 전송 압력센서내장요골맥파검출센싱모듈 2 array 센서내장모듈 펌프인가노즐및센서출력단자포함
3. Wearable Healthcare Devices
3. Wearable Healthcare Devices Heart Rate + Omron Heart Monitor Nike Triax Elite Heart Rate (chest Strap) Speed distance Working pace, distance Wireless communication between device and computer Life Guard 2 channels of ECG respiration rate heart rate activity skin temperature SpO2 blood pressure Vivo Responder Heart Rate Breath rate Activity Posture Skin Temperature
3. Wearable Healthcare Devices Heart Rate + Sense Wear (Armband) Total Energy Expenditure (calories burned) Active Energy Expenditure METs Physical Activity Duration Number of Steps Sleep Duration Lying Down MD Keeper Remote Monitoring on the Move - vital signs monitoring Powerful Wearable e-health System - Pulse rate - 1-lead ECG - blood oxygen saturation level MyPulse(Smart Monitor) Sensium
3. Wearable Healthcare Devices Smart Shirts Personal controller SensaTex Heart rate Respiration Body temperature Wireless communication using Bluetooth, Zigbee
3. Wearable Healthcare Devices Code Blue (Harvard Medical School) Wireless pulse oximeter sensor Wireless two-lead EKG Accelerometer, gyroscope, EMG sensor (stroke patient monitoring) The Harvard "Pluto" mote
3. Wearable Healthcare Devices Wrist Devices 최근웨어러블기기시장이부상하면서센서의응용범위가확대 ~ 2012 년 : 1 세대 단순히가속도센서만사용 ~ 2013 년 : 2 세대 압력센서가동시에사용되면서고도측정 ~ 2014 년 : 3 세대 고가의자이로센서, 광센서적용 2015 년 ~ : 4 세대 온 / 습도센서등주변상황의인지가가능한복합센서개발전망 Wearable smart sensor 의진화 (source : Invensense)
3. Wearable Healthcare Devices Oxygen Saturation PaO2 (Arterial oxygen pressure, 산소분압 ) : 정상 80-100mmHg 동맥혈액의산소화상태반영 폐의산소화능력 ( 폐에서산소가잘섭취되는지알수있음 ) 연령이중가함에따라산소분압감소 폐조직의탄력감소로폐에서동맥혈액으로확산하는산소의양이적어지기때문 (60세이후 1세증가에 80mmHg 부터 1mmHg 씩감소 80세는 60mmHg 정도 ) SaO2 (Saturation of arterial blood, 동맥혈산소포화도 ) : 정상 95-100% 전체혈색소중에서산소와실제로결합한혈색소가차지하는비율 (100% = 혈색소가완전히포화 ) SaO2 와 PaO2 는대략일치하지만, PH 와체온에따라영향을받음 SpO2 (Oxygen saturation, 산소포화도 ) pulse oximeter로측정임상에서의 SpO2는 70-100% 범위내에서 SaO2와거의비슷한개념으로쓰임 혈중산소포화도에대한간접적인측정 ( 조직으로의산소운반에대한측정 ) 혈류량의변화에의한 PPG(photoplethysmograph) 제공 맥박수의측정가능
3. Wearable Healthcare Devices Pulse Oximeter 광혈류량측정의원리 - 파장에따라조직에흡수되는빛의흡수율차이를이용 - Beer-Lambert Law : I 0 b I 0 e I : 입력되는빛의강도 : 매질을통과한후의빛의강도 : 감쇄계수 : 매질농도 : 매질을통과하는빛의투과거리 I c cb 적색광 (RED, 660nm) 과적외선광 (IR, 940nm) 을혈관에투사 적색광 ON(125usec), 투과빛검출 (375usec) / OFF(500usec) / 적외선광 ON(125usec), 투과빛검출 (375usec) 산소를포함한헤모글로빈은적외선을더많이흡수하고산소가포함되지않은헤모글로빈은적색광을더흡수이흡수차이의비율이 SpO2 값
3. Wearable Healthcare Devices Pulse Oximeter 조직을통과하여 Photodiode에서검출되는신호 - AC성분 : pulsating arterial blood에의해흡수된부분 - DC성분 : venous blood, capillary blood, nonpulsatile arterial blood 포함 tissue bed에의해흡수된부분 Pulse Oximeter Calibration Curve 97% - 99% : healthy individual > 95% : clinically accepted in a patient with a normal hemoglobin level
3. Wearable Healthcare Devices Pulse Oximeter UC Berkeley (2014. 12. 10) 실리콘을유기물또는탄소에흡착 얇고, 저렴하고, 유연한기기개발 적색과녹색유기 LED를사용하여 Flexible plastic 위에서광검출기를통해시험기존적색광과적외선광을사용했을때의결과와유사함발표
3. Wearable Healthcare Devices Heart Rate Monitoring PPG (photoplethysmograph) 적색광과적외선광이교대로점멸하면서투사되었을때, 반대편 ( 혹은동일편의 ) 광다이오드에도달하는산란된빛의강도가증폭되어나타나는혈액흐름의맥동성분 Apple Watch Samsung GEAR Fitbit Garmin ibody
3. Wearable Healthcare Devices Heart Rate Monitoring 광센서 ( 심박수모니터링 ) / 3 축가속도센서 / 고도센서 ( 이동거리, 칼로리소모량등 ) Fitbit Surge ( 출시예정 ) 광센서, 3 축가속도센서, 고도센서 GPS, 디지털나침반, 환경센서
3. Wearable Healthcare Devices Wearable Devices 스마트깔창 ( 신발온도조절, 자세교정, 칼로리소모량측정 ) 스마트양말 스마트양말 ( 심장박동, 울음소리 ) 스마트슈즈
3. Wearable Healthcare Devices Wearable Devices 구글글라스 스마트벨트 ( 허리띠사이즈자동조정, 허리선추이분석 ) 스마트의류 Ralph Lauren
4. Future for Personal Healthcare Devices
4. Future for Personal Healthcare Devices Future Concepts 2015 년 2 분기의헬스케어기능지원글로벌웨어러블시장규모 : 1,810 만대 - 전년같은기간 560 만대와수준과비교할때 223.2% 증가 소비자들의헬스케어에대한관심이그어느때보다높음 - 국내외주요제조사 : 헬스케어를미래주력산업의한축으로확신 ( 치열한경쟁예상 ) - 트렌드에맞춰스마트워치및스마트밴드등제품에헬스케어기능추가 Fitbit : 출하량 1 년새 170 만대에서 440 만대로 158.8% 중가 그러나, 시장점유율은 30.4% 에서올해 24.3% 로 6.1% 하락 라몬르라마스 (IDC 애널리스트 ) Fitbit 은기본적인기능만을갖춘웨러러블기기이므로향후시장점유율은계속떨어질것임 Apple 이막강한생태계의영향력을바탕으로성장해머지않아선두를차지할것임
4. Future for Personal Healthcare Devices PHS5000 & TouchDr (2009 년 ) PHS5000 (personal health system) : Intel Touch Doctor (Service contents for PHS5000) : LG CNS Health monitoring module - ECG - body fat - blood pressure - blood glucose - stress - sleep monitoring
4. Future for Personal Healthcare Devices What s the Problem? 6개월쓰니 ' 재미없다 헬스케어기능에대한고객만족도조사결과발표 ( 아거스인사이츠, 미국시장조사업체 ) - 헬스케어기기구매후소비자들의초반만족감도는상당히높지만, 시간이갈수록제품의활용빈도가급속도로감소 ( 대다수의사용자가단 6개월만에헬스케어기기에대한관심을잃었다 - 비전문가인사용자가보면건강상태를정확히알수없음 스마트워치는스마트폰과연계해실시간으로건강상태를확인할수있는제품이라 구입해썼는데, 처음에는새로운경험이라서흥미로웠지만요즘은잘사용하지않는다 단순한개인건강관리의참고용기능은한계가있음 - 전문적인건강정보의제공이필요 ( 전문정보제공이가능한센서선택이필요 ) 의료기관과의연계가관건 - 전문의료진이자신의건강정보를분석하여, 이를기반으로하는진단 / 치료및생활습관의관리가이루어져야관련제품을적극적으로사용함
4. Future for Personal Healthcare Devices What would be the next?