수면 중 심장 상태를 모니터…워싱턴대, AI 스피커 활용 심장마비 감지 기술 개발

미국 워싱턴대학 연구팀이 스마트 스피커나 스마트폰 앱을 이용해, 수면 중 발생하는 심장마비를 감지하는 기술을 개발했다. 아마존의 알렉사나 구글 홈과 같은 인공지능 음성인식 스피커나 스마트폰에 설치된 앱을 이용해, 잠자는 동안의 호흡 상태를 모니터하고, 이상 징후가 발견되면 자동으로 911에 전화를 걸어 도움을 요청하게 된다.

 

미국에서만 일 년에 약 50만명의 사람이 심장마비로 사망한다. 심장마비가 일어나면 갑자기 호흡이 멈추거나 심정지 호흡(agonal breathing) 상태를 일으킨다. 심정지 호흡이 상태가 되면 호흡 상태가 불규칙해지거나, 헐떡거리는 숨소리를 내거나, 호흡곤란으로 인한 신음소리를 낸다. 이때 즉각적인 심폐소생술을 실시하면 생존 가능성을 2~3배 높일 수 있다.

 

 

워싱턴대학 연구팀이 잠자는 동안 숨 쉬는 소리의 패턴을 모니터해 심장마비 상태를 감지할 수 있는 기술을 개발했다. 숨소리는 침실에 설치된 스마트 스피커나 스마트폰 앱으로 모니터하고, 이상 징후가 발견되면 자동으로 구조요청 전화를 걸 수 있도록 했다.(사진:워싱턴대학 뉴스)

 

워싱턴 대학 연구팀은 이런 점에 착안해, 잠자는 동안 숨 쉬는 소리를 모니터하는 방법으로, 심장마비 상태를 진단할 수 있다고 밝혔다. 심장마비는 병원이나 집에서 주로 일어난다. 최근 연구에 따르면 병원 밖에서 심장마비가 발생할 경우, 가장 많이 발생하는 곳은 환자의 침실이었다고 한다. 수면 중에 심장마비가 발생하기 때문에, 주변 사람의 도움을 받을 확률도 그만큼 낮아진다.

 

연구팀은 911건의 응급 호출된 실제 인공호흡 사례를 이용해 심정지 모니터에 사용할 숨소리 데이터를 수집했다. 이를 활용해 최대 6ｍ 거리에서, 97%의 심정지 호흡 상태를 감지할 수 있었다. 911 콜센터의 자료에 따르면 심장마비를 경험하는 사람들의 약 50%가 심정지 호흡 상태를 경험하며, 이런 경우는 호흡이 정지되었을 때 보다 생존 가능성이 더 크다.

 

워싱턴 대학의 마취 및 통증의학과 조교수인 제이콥 선샤인(Jacob Sunshine) 박사는 “이런 형태의 심정지 호흡은 산소 섭취량이 부족할 때 발생한다. 심정지 호흡 상태가 되면 소름 끼치게 헐떡거리는 소음이 나거나, 다른 형태로도 독특한 소리를 낸다. 따라서 심장마비를 일으켰는지 확인하는 데 아주 좋은 오디오 지표가 된다”고 말했다.

 

이렇게 호흡 소리가 진단에 핵심적인 자료로 활용될 수 있다는 점에 착안해, 응급상황에서 심정지를 일으킨 환자들을 대상으로 스마트폰을 이용해 호흡 소리를 녹음하고 수집했다. 연구팀은 2017년부터 2019년까지 162건의 오디오 데이터를 수집하고, 각각의 인공호흡을 시작할 때 2.5초 간의 오디오를 추출해 총 236건의 샘플 데이터를 만들었다.

 

샘플 데이터는 아마존 알렉사(Amazon Alexa), 아이폰 5S(iPhone 5s), 삼성 갤럭시 S4(Samsung Galaxy)와 같은 다양한 스마트 장치나 스마트폰을 이용해 수집했다. 이렇게 모아진 데이터를 머신 러닝(Machine Learning) 기술을 활용해, 7,316개의 안정적인 오디오 클립으로 만들었다. 또한 83시간 분량의 수면 중 오디오 데이터를 수집해서, 7,305개에 달하는 사운드 샘플을 만들었다.

 

이렇게 확보된 두 가지 형태의 숨소리 데이터를 기반으로, 코골이나 수면 중 무호흡증과 같은 다른 유형의 호흡 상태와 심정지 호흡을 구별해 진단의 정확성을 높였다. 수면 실험에서 수집한 데이터는 0.14%가 심정지 호흡으로 잘 못 분류하는 사례가 있었다. 하지만 최소 10초 간격으로 두 개의 서로 다른 이벤트를 감지했을 때에만 심정지 호흡으로 분류하도록 해 오 탐지율을 0%로 만들었다고 연구팀은 밝혔다.

 

특히 주목할 만한 것은 실시간으로 로컬에서 실행할 수 있다는 점이다. 네트워크를 이용해 클라우드 시스템으로 전송해 분석할 필요가 없고, 실시간으로 실행되기 때문에 데이터 저장도 불필요하다. 연구팀은 이번에 개발한 기술을 사운드 라이프 사이언스라는 회사를 통해 상용화할 예정이다. 이번 연구 결과는 네이처 저널 npj Digital Medicine에 6월 19일 자로 게재되었고, 이러한 내용은 워싱턴대학 뉴스가 소개하면서 알려졌다.

 

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