정확하고 신속한 진단을 필요로 하는 의료분야에서의 컴퓨터활용은 필연적인 추세이다.
이는 어디까지 가능하며 그 한계는 어느 정도일까.

오늘날 컴퓨터는 의학 이론과 실제 임상응용에 있어서 필수적인 도구중의 하나로 간주되기에 이르렀다.
특히 컴퓨터는 심전도(electrocardiogram : ECG)를 진단하거나 해석하는데 큰 위력을 보이고 있다. ECG는 다른 어떤 생체신호보다도 더욱 컴퓨터에 의한 해석이 요구된다. ECG는 인체표면으로부터 손쉽게 측정할 수 있고, 또한 마그네틱 테이프에 기록하거나 컴퓨터에 직접 보낼 수도 있는 인체에서 측정가능한 신호중 가장 큰 생체전기신호이기도 하다.

신속 정확 일관성의 특수보조장치

ECG정보의 복잡성으로 미루어 볼때 컴퓨터 해석의 필요성은 더욱 강조된다. 더구나 컴퓨터에 의한 해석은 수행하기가 매우 간단하고 쉽기 때문이다. 그러므로 테이프에 기록된 심전도 데이타의 해석과 컴퓨터에 의한 측정은 과거의 전통적인 기존방법에 비하여 많은 이점이 있다.

신속 정확한 진단과 사람이 하기 어려운 일관성있는 ECG의 모든 정량적 상태를 측정하고 해석할 수 있다. 즉 객관적인 수학적방법을 이용하여 대량의 ECG 데이타를 해석하므로 질이 좋은 진단기준을 설정할 수 있다. 이는 휴먼 오퍼레이터에 의한 ECG기록의 지루한 처리로 인한 시간낭비를 줄일 수 있는 측면도 된다. 또한 보통의 전화선로를 이용한 장거리 진단처리도 가능하다.

이와같이 ECG 진단에 컴퓨터를 이용하는 것은 많은 가능성을 약속해준다. 그러나 컴퓨터화가 가져올지도 모르는 모순을 염두에 두어야 한다.
즉 컴퓨터 스스로가 어떤 창조적인 일을 할 수 있다는 그릇된 생각을 갖지 않도록 조심해야 한다. 컴퓨터가 할 수 있는 일은 의학적 경험을 저장하여 의사나 수학자가 컴퓨터프로그램을 작성하기 위해 미리 규정한 알고리즘을 통해 그 경험을 이용하는 것뿐이다. 진찰이 어떻게 행해져야 할 것인지를 반드시 컴퓨터에게 말해 주어야한다. 그후 컴퓨터는 그 어느 인간보다도 빠르게, 더 정확하게, 그리고 객관적으로 진찰을 하게 된다. 이러한 방법으로 컴퓨터가 의사를 돕게 된다.

그러나 이 말은 컴퓨터가 의사의 일을 보다 쉽게 만들어줄 수 있다는 의미는 아니다. 그와 정반대로, 의사는 컴퓨터와 의사소통을 할수 있는 방법과 컴퓨터로부터 얻어진 정보를 정확하게 평가할 수 있는 방법을 배워야만 한다.

ECG의 최종 검토는 컴퓨터해석을 평가하고 그 평가 결과를 임상적 판정과 관련시킬 수 있는 의사에 의해서만 가능하다. 컴퓨터가 비정상이라고 분류한 것이 임상적으로는 이렇다 할 문제가 없는 경우가 있고 이와는 반대로 컴퓨터에 의한 미세한 발견이 임상적으로 매우 중요한 질병이 될 수도 있기 때문이다.

매년 많은 병원에서 ECG데이타 처리를 위한 컴퓨터를 설치하고 있으며, 수년내에 컴퓨터가 모든 일상적인 임상ECG의 처리를 수행해 나갈 것이라는 것을 쉽게 예상할 수 있다.

더 나아가 전국의 심장 질환에 대한 완전한 개요가 컴퓨터에 기록되어 심장 질환에 관한 연구와 임상분석 및 의사의 진찰등에 활용될 날이 점점 가까와지고 있다. 우리는 ECG진단처리에 있어서 컴퓨터의 역할에 대해서 확신을 가질 수 있다. 따라서 이에 관련된 기술적인 몇가지 문제들을 다루어 보고자 한다.

(그림1) 병원과 컴퓨터센터 사이의 데이타전송

컴퓨터 네트웍이 필요

지정된 임상병원에서 발생된 ECG데이타(입력 데이타)는 컴퓨터로 처리되기 위해 몇 개의 다른 장소로 전송되어야 하고, 또한 이때의 컴퓨터 처리 결과도 ECG데이타가 처음 발생되었던 병원으로 다시 보내져야 하는데 이것은 그 병원의 의사가 처리결과를 다시 사용해야 하기 때문이다.

입력과 출력 데이타는 사람이나 우편으로 운송하거나 또는 (그림1)과 같이 전화기나 전신선로와 같은 전기회로에 의하여 전송시킬 수 있다. 이때 전화기나 전신선로가 사용되면 이것은 매우 다양한 전송매체(전송채널)가 된다.
전신주에 가설된 공중 선로는 대부분이 반송파 시스템(carrier system)의 기본요소로 사용되었지만 최근에는 동축케이블 회로나 마이크로웨이브선로 등으로 대체되어 가고 있다.

데이타 전송채널 즉 공중선로, 동축케이블 혹은 마이크로웨이브선로 등은 파이프라인에 비유할 수 있다. 파이프라인에서 파이프의 직경은 얼마나 많은 양의 액체가 단위 시간에 그 시스템을 통과할 수 있는가로 결정되며 파이프벽의 마찰은 액체가 단위 시간에 얼마나 빠르게 전송되는가에 따라 결정된다. 마찬가지로 전기통신 채널은 대역폭(파이프의 직경)과 전송손실(마찰의 일종)로 제한된다.

파이프라인에서 펌프는 시스템을 통하여 데이타를 전송하기 위하여 필요하다. 그러나 데이타전송에서 펌프는 보통 '모뎀'이라고 부르는데, 모뎀은 이들이 채널을 드나들면서 신호를 전송하기 위하여 변조시키거나 복조시키는 역할을 하기 때문이다. 변조를 수행하기 위하여 컴퓨터로부터 얻어지는 ECG신호나 2진 출력은 적당한 반송파를 발생하는 '변조기'로 입력되어야 한다.

변조장치와 '데이타 어댑터'장치는 매우 다양하다. 특히 이들은 일반 전화회로망으로도 아날로그 및 디지탈 데이타의 전송이 충분히 가능하도록 한다. 이들 장치는 어떠한 종류의 신호이든지 취할 수 있고 전송을 위한 변조와 복조를 자유로이 수행할 수 있어야 한다.

가장 보편적인 변조장치는 '벨 텔레폰 시스템'에서 제작한 테이타폰(Data-Phone)이다. 비록 데이타폰이 벨텔레폰의 상표이지만 앞으로 이 용어가 데이타전송 장비의 공통용어로 쓰일 것이 분명하다. 데이타폰시스템은 그것이 기계와 전화선 사이의 결합이라는 점에서는 마치 전화기가 사람을 전화선에 결합시켜 주는 전화시스템과 비슷하다.

송신기(transmitter)와 수신기(receiver)는 모두 한 방향 통신(one-way communication)만을 가능하게 한다. 물론 이때 2개의 선로가 사용되는데 한 선로는 데이타를 컴퓨터에 송신하는 목적으로 사용되며 다른 하나는 컴퓨터의 전산처리 결과를 사용자들에게 되돌려주는데 사용한다. 이러한 방법으로 각 병원에서는 송수신 장비를 사용하여 컴퓨터에 접근할 기회를 갖는다.

ECG데이타를 전송하는 가장 편리한 방법중의 하나는 테이프에서 테이프로 전송하는 방법이다. 즉 병원쪽에서 ECG를 ECG데이타레코딩차트에 기록한 후 이것을 동시에 보통의 종이차트와 마그네틱테이프에 FM방식으로 기록한다. 마그네틱테이프에 기록된 데이타는 후에 데이타폰트랜스미터로 보낸다.

(그림2) ECG 데이타 전송이 가능한 전기통신시스템의 블럭선도

휴대용모니터의 개발로 이용극대화

ECG데이타 획득(acquisition)장치는 '자동 응답모드'에서 작용되도록 변환시킬 수 있으며 휴대용 ECG 모니터로부터 전화로 연락된 ECG를 기록하는데 이용될 수 있다.

데이타획득장치중의 하나는 환자 및 리드식별회로가 설치된 휴대용 ECG모니터이다. 이것은 표준차트기록의 발생과 ECG데이타를 동시에 보통의 전화회로망을 통하여 전송할 수 있는 시설을 갖추고 있다. 이러한 전송은 음향적인 방법으로 Tel-EK의 빈곳에 보통 전화기의 송수화기를 설치하거나 혹은 전기적인 방법으로 데이타폰트랜스미터의 이용으로 수행될 수 있다.

더우기 인식데이타(identification data)와 ECG신호를 송신하는 것 이외에 Tel-EK는 수신 장비의 자동제어를 위하여 각 데이타 리드의 전송의 시작과 끝에서 톤시그널(tone signal)을 방출한다.

정규 전화선로를 이용하여 음성전송능력을 갖는 휴대용 ECG모니터(portable ECG monitor)는 (그림2)에 나타낸 것처럼 전화기를 병원 심장내과에 있는 중앙 ECG데이타 수집차트나 혹은 컴퓨터 데이타의 수신 콘솔에 연결이 가능한 한, 가정집 또는 병원구내의 어떤 위치로부터 ECG를 전송하는데 사용할 수 있다.

이러한 시설이 가능하다면 조그만 병원 또는 개업의나 시골의사들까지도 그들의 진료실에서 아주 멀리 떨어져 있는 대형 컴퓨터의 서비스센타의 정규 이용자가 될 수 있다. 이들은 진료실을 이탈하거나 값비싼 하드웨어의 투자 없이도 대형 디지탈컴퓨터의 온라인(on-line)서비스를 받을 수 있다.

많은 다른 연구소와 마찬가지로 병원은 처리되는 정보의 취급과정이 부적당하고, 비효과적이고, 신속하지 못하고, 신뢰도가 떨어지는 문제 때문에 어떤 위기의식 속에 놓여있는 게 사실이다. 약 5백베드(bed) 정도의 병원에서 수행되는 ECG 데이타 수는 연간 2만정도가 된다. ECG데이타의 수집, 분석, 저장 능력을 향상시키기 위하여 대형의 디지탈 컴퓨터는 필수적이라 하겠다.

규모가 작은 병원에서는 컴퓨터를 직접 구입하는것 보다는 대학의 컴퓨터센터나 컴퓨터회사의 서비스센터에서 처리한 ECG데이타를 이용하는 것이 바람직하고 경제적이다. 그러나 규모가 큰 병원에서는 컴퓨터를 직접 구매하여 사용하거나 임대하기를 바랄것이다. 컴퓨터를 임대하는 경우는 그렇게 큰 자본이 요구되지 않으며 설비의 유지책임도 없다는 이점이 있다.

시분할 방식과 실시간처리

ECG에서의 컴퓨터처리는 컴퓨터시스템의 몇가지 특성을 필요로한다. 그중 하나가 시분할방식이다.

시분할방식은 인간과 컴퓨터 사이의 관계를 개선시킨 컴퓨터 운영의 새로운 모드이다. 왜냐하면 이것은 개인용 터미날로부터 보통의 회화적 용도를 위하여 특별히 고안된 소프트웨어를 사용함으로써 컴퓨터에 직접 접근할 수 있기 때문이다. 이 방법은 각 사용자들에게 완전한 컴퓨터시스템을 갖고 있는 것처럼 느끼게 해 준다. 또한 사용자는 주 컴퓨터(main computer)로부터 수천 마일 떨어진 곳에서 주 컴퓨터에 전화선으로 원거리 타이프라이터 혹은 텔레타이프를 연결하여 사용할 수 있다. 각 사용자는 주 컴퓨터에 직접 자신의 프로그램을 입력시킬 수 있고 프로그램을 동작시켜서 곧 결과를 얻어낼 수 있다.

시분할 능력을 가진 컴퓨터 한대는 동시에 원거리 터미날 사용자 1백명까지 사용할 수 있도록 한다. 사용자가 자신의 터미날에서 프로그램을 불러낼 대 프로그램은 그것이 필요한 데이타를 요구한 뒤 사용자가 데이타를 입력시켜 줄 때까지 기다린다. 데이타가 주어지면 계산을 해서 그 결과를 타이핑 한다. 시분할은 특수한 하드웨어와 소프트웨어 특징의 조합을 사용함으로써 이루어진다. 필요한 하드웨어 특징은 꽤 큰 크기의 주기억장치, 제2고속기억장치와 메모리 보호 장치 등이 포함되어 있다. 소프트웨어는 사용자의 명령을 계속 인식하고 사용자에 의해 선택되는 적절한 프로그램을 수행 시키고, 데이타의 흐름을 제어하고, 수행중인 많은 사용자의 순서를 제어하는 실행프로그램으로 구성된다.

또한 ECG데이타의 실시간(real time)처리는 매우 중요한 의미를 가진다. 환자로부터 얻은 데이타는 컴퓨터에 직접 보내지며 데이타 전송을 위하여 측정단과 컴퓨터 사이를 오가는 시간을 포함하여 수분내에 진단이 내려질 수 있도록 즉시 처리되어야 한다. 한편 배치(batch)방식의 처리에서는 ECG데이타를 즉시 처리해야 할 긴급성은 없다. 저장된 ECG데이타는 나중에 컴퓨터 사용료가 적은 밤중과 같은 편리한 시간에 처리하면 된다. ECG의 실시간 처리를 위해서는 사용자가 ECG데이타를 모니터링, 기록 및 전송할 수 있도록 하는 특수한 입출력 하드웨어 장치가 필요하다. 이와같은 통신은 전화선을 이용하여 컴퓨터에 타이프라이터를 연결함으로써 가능해 진다.

ECG의 실시간처리가 갖는 최대의 이점은 ECG신호를 심장에서 발생된 동일한 속도에서 처리할 수 있다는 것이다. 그럼으로써 중환자실(ICU)과 우주비행시, ECG모니터링을 효과적으로 수행할 수 있다. 결국 응급상태에 재빨리 대처할 수 있는 것이다. 특히 부정맥(arrhythmia)이 나타났을 때 파형의 트레이싱폭을 확장할 수 있기 때문에 부정맥을 보다 효과적으로 분석할 수 있다.

(그림3) 가상적 의료데이타 처리용 실시간 컴퓨터 시스템의 개략도

미래에 대한 전망

미래의 ECG데이타처리는 컴퓨터를 이용한 종합적인 의료용 데이타처리시스템의 한부분으로써 이루어질 것이라는 점은 확실하다. 이러한 시스템에서 환자에 관한 모든 중요한 의료정보는 타이프, 디스크 또는 더욱 압축된 매체를 통하여 최소의 공간에 저장될 것이다.

의사는 환자와의 면담을 통하여 그 정보를 알기 쉬운 매체로 저장할 수 있을 것이다. 중앙 컴퓨터로 부터의 종합적인 환자정보조회는 세계 어느 곳에서라도 가능하게 될 것이다. 그리하여 어떤 한국사람이 미국이나 프랑스에서 휴가중에 질병을 얻었다 할지라도 현지의 의사는 즉시 그 환자에 대한 모든 의료용 정보를 한국의 병원으로부터 알아 낼 수 있다. 더 나아가서 외지에서의 치료나 발병 내용은 역시 그가 고향에 돌아올 때 컴퓨터에 수록되어 영원히 남아 있게 된다.

환자에 관련된 의료데이타를 조사하고자 할 때 의사는 전화로 컴퓨터에게 자문을 구할 수 있다. 컴퓨터는 이미 알고 있는 진료상의 패턴과 환자로부터 얻어진 데이타를 비교함으로써 환자 상태의 정확한 판단에 필요한 정보를 찾아내게 되며 환자가 어떤 특정한 진단상의 범주에 속할 가능성이 있다는 것을 제시해주기도 하고 또한 각 타입의 오진에 따른 손실을 계산해낼 수도 있을 것이다.

컴퓨터에 의하여 고려되어 질 수 있는 의학상의 손실은 여러가지가 있다. 그중의 하나가 오진과 그에 따른 환자에 대한 잘못된 치료에 의해 야기되는 죽음 혹은 불구자 문제이다.

만일 어떤 사람이 그에게는 상관 없는 어떤 심각한 질병에 걸렸다는 진단에 의해 정신적인 장애자가 되었을 경우에 발생될 수 있는 사회적 경제적 문제도 그중의 하나이다. 전염성 질병과 그것이 일반 대중의 건강에 미치는 영향 등도 컴퓨터에 의해 다시 한번 고려되어야 할 문제이다.

(그림3)은 가상적인 의료데이타 처리용 실시간 컴퓨터 시스템의 개략도를 나타낸다. 좀더 먼 미래에는 아마 모든 사람들이 항시 그의 건강을 체크할 수 있는 손목시계크기의 모니터를 지니고 다니게 될 것이다. 또 여러가지 생리학상의 파라미터에 반응할 수 있는 단결정체를 피하조직에 삽입하게 될 것이다. 이것은 실제로 '바이오칩'(biochip)이라는 이름으로 생체 조직의 기본 성분인 단백질(protein)을 웨이퍼(wafer)로 하여 그 내에 전자회로 구성을 하는 것으로써 미국 MIT대학의 바이오메디컬 엔지니어링 그룹을 중심으로 매우 활발히 연구 중인 것으로 알려지고 있다.

국내의 연구 활동

우리나라에서도 이 분야에 관한 연구활동이 최근들어 매우 활기를 띄고 있다. 연세대학교 공과대학의 의용공학 연구팀에서는 기억용량이 작은 소형컴퓨터를 이용한 휴대용 ECG모니터를 개발하여, 부정맥 모니터의 메모리에 저장된 부정맥의 데이타를 모뎀에 의해 지역전화 및 장거리 전화전송을 수행하는 임상실험 중에 있다. 또한 휴대하기에 간편하도록 단일칩 마이크로프로세서로 변화하기 위한 하드웨어의 축소, ECG패턴분류를 위한 한국인의 표준 데이타베이스의 구성작업을 진행 중에 있다. 한편 연세대학교 원주 의과대학 의용공학팀은 ECG의 실시간 처리용 컴퓨터시스템개발 및 ECG의 형태학(morphology) 분류를 위한 알고리즘 개발에 주력하고 있으며 인하대학교 공과대학의 의용공학 연구팀은 ECG패턴의 인식 시스템에 관한 연구를 진행 중에 있다. 또한 정부가 2000년대를 향한 전략산업의 하나로 의료정보의 자동화 시스템 개발을 계획하고 있는 점으로 미루어 보아 이 분야의 획기적인 지원과 발전이 기대된다.