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의료 대장 항문 질환 자동 진단하는 ‘AI 스마트 토일렛’ 개발
메디컬투데이 박정은 기자
입력일 : 2020-04-07 14:53:45
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서울송도병원ㆍ스탠퍼드 대학교 공동 연구
[메디컬투데이 박정은 기자]

대장 항문 질환을 자동 진단해주는 ‘인공지능(AI) 스마트 토일렛’이 개발됐다.


서울송도병원은 미국 스탠퍼드대와 함께 대·소변 상태로 건강 상태를 점검할 수 있는 ‘스마트 토일렛’ 기술을 개발, 7일 국제학술지 ‘네이처 의공학’에 발표했다고 밝혔다.

논문 제목은 ‘배설물 분석을 통해 개인 건강 모니터링이 가능한 변기 시스템’이다. 대변과 소변의 양상을 인공 지능 기술과 컴퓨터 비젼을 통해 자동화된 방식으로 분석하는 프로젝트이다.

이번 연구에는 스탠퍼드대 영상의학과의 샘 감비아 학과장의 주도로 박승민 수석 연구원, 이준 박사, 서울송도병원 이종균 이사장, 김정하 과장, 원대연 과장이 참여했다.

연구진에 따르면 변기 시스템에 설치된 센서와 렌즈 등을 통해 환자의 배변 상태 및 횟수, 대변의 모양, 색깔 등 다양한 배변 정보들이 종합적으로 자동화돼 집계된다. 소변의 형태, 속도, 양상도 확인이 되어 배뇨 과정을 함께 확인할 수 있다.

아울러 압력 측정기, 모션 센서, 소변 스트립 분석 기술도 접목해서 다양한 정보를 비침습적으로 환자에게 큰 통증이나 불편감 없이 얻을 수 있다. 이러한 정보는 디지털화 되어 의료진들에게 수치화된 정량화된 데이터로 클라우드 서버에 안전하게 전달된다.

연구진들은 휴대폰 앱도 개발하여, 변기 시스템과 연동되거나, 스마트 변기가 없는 환경에서도 휴대전화의 카메라를 이용하여 배변상태를 기록하고 인공지능으로 분석가능하게 했다.

이러한 스마트 토일렛 기술은 질환에 대해 환자가 증상을 정확히 기억하거나 표현하지 못해 생길 수 있는 진료 전달의 오류를 최소화해 회상 편향(recollection bias)를 최소화할 수 있다.

배변 활동의 정확한 수치화된 집계가 가능해 증상 취합에 걸리는 문답 과정과 시간을 최소화해 효율적인 진료가 이루어질 수 있다. 또한 매일 일어날 수 있는 배변 활동에 대한 지속적인 건강 모니터링으로 배변, 배뇨 관련 만성 기능성 질환의 정밀한 관리가 가능하다.

기존에도 병원에서 변비나 치질, 대장암 등 대장항문 관련 질환에 대해 문진을 진행했지만 대변의 모양이나 색깔, 배변 횟수 등을 제대로 기억하지 못하는 등 환자가 객관적인 정보를 의사에게 제공하는 것에 한계가 있었다. 대변 일기, 배뇨 일기를 수기로 적는 경우도 있었지만 제한점이 있었다.

하지만 이 기술이 실현된다면 배변에 대한 정보를 인공지능이 구체적으로 판단하기 때문에 의사는 환자의 대, 소변 관련 증상을 실시간 모니터링 할 수 있게 된다.


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불편한 증상의 대부분이 일어나는 집에서의 증상을 총제적으로 파악할 수 있어 병의 조기 진단, 진행 상황, 증상 악화 또는 호전 여부를 알 수 있게 한다. 임상데이터, 치료 데이터와 연결이 된다면 진단과 배설 관련 데이터 분석뿐 아니라 치료와 약 조절에도 도움을 받을 수 있게 된다.

만성 변비의 경우 전 인구의 20%가 겪을 만큼 흔한 만성 질환이며 노인인구, 여성에서 유병 빈도가 더 높다. 변비 진료의 경우 대변 형태를 약과 식습관 조절을 통해 좋게 하는데, 환자의 한~두달 동안의 배변 양상을 상대적으로 짧은 진료 시간에 파악하기는 어렵다. 아울러 대변 형태는 매일 변할 수 있기 때문에 약 조절도 쉽지가 않다.

스마트 변기 시스템을 통해 여러날에 걸쳐서 일어난 배변을 취합하고 의료진에게 전달해주면 변비 증상 관리가 매우 편해집니다. 더 나아가, 직장류와 같은 골반저 질환이 동반된 출구폐쇄형 변비의 경우 변 배출이 잘 안되는데, 화장실에 앉아 있는 시작, 첫 대변이 배출되는 시간이 의료진에게 많은 정보를 줄 수 있다. 맞춤형 변비 치료가 가능해지는 것이다.

스탠퍼드대학교 박승민 수석 연구원은 “이번 프로젝트는 콜럼버스의 달걀 같다. 사람들이 막연하게, 당연히 나와야할 기술이라고 생각하지만, 이 프로젝트가 기존에 금기시 되었거나, 화장실 유머로 치부되었던 것도 사실이다”라며 “정밀 의학은 맞춤형 진단과 치료에 대해 잘 알려져 있지만, 정밀 건강은 맞춤형 예방, 생활관리, 진단, 치료를 모두 아우르는 더 큰 개념의 건강의료이다. 스마트 변기 플랫폼은 의학과 공학 기술의 결합을 통해 지속적인 장기적인 건강 모니터링이 가능해질 것이다”라고 말했다.

서울송도병원 골반저 클리닉 원대연 과장은 “이번 프로젝트 성과를 통해 대장항문질환과 비뇨기 관련 질환에 대한 배변 및 배뇨 관련 빅데이터 구축이 가능해질 것이며, 진료실에서 환자와 의료진 사이의 정확한 소통을 가능하게 할 것이다”라는 생각을 밝혔다.

이어 “증상 관련 데이터를 실시간으로 지속적으로 측정하는 것에 대해 여러 개념적인 논의는 있어 왔지만, 현실적으로 도움되는 데이터를 자동화된 방식으로 축적하는 기술 개발이 많이 이루어지지는 않았다”며 “스마트 토일렛 플랫폼은 매우 실용적인 그리고 임상진료에 실질적으로 도움되는 데이터와 분석 방법을 제공할 것이다. 배변, 배뇨 관련 질환은 환자에게 매일 큰 불편감을 줄 수 있는 질환으로 스마트 토일렛 프로젝트가 환자 분들의 건강 문제를 해결하는데 크게 일조할 것”이라고 말했다.

서울송도병원 이종균 이사장은 “스마트 토일렛 플랫폼이 암 진단, 장 면역 상태 파악, 장내미생물 (마이크로바이오타) 기술과 접목하여 임상 빅데이터를 축적하면 차세대 의료기술 산업에서 큰 의미를 가진다”고 설명했다.

이어 “추후 프로젝트는 스마트 토일렛 플랫폼의 정밀화, 암 면역 진단, 장내미생물 기술과 접목, 분자 화학 검사 방법의 추가, 개인 정보 보호 기술 고도화, 그리고 임상 빅데이터 구축을 하는 방향으로 발전시켜 나갈 계획”이라고 밝혔다.  
메디컬투데이 박정은 기자(pj9595@mdtoday.co.kr)
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