헬스케어와 병원 IT 정보

오늘은 의료와 병원 이야기가 아닌 제가 관심 있는 양자 컴퓨터에 대해서 살짝 정리하고 공유합니다.

양자컴퓨터가 상용화 된다면 병원과 의료계, 질병의 치료에도 엄청난 영향이 미칠 것입니다.
내용이 너무 방대하기 때문에 일단 가능한 만큼 소개해드리고 다음에 더 이어서 적어 보겠습니다.

물리학의 양자역학은 너무 신기하고 흥미로운 학문 분야입니다.
제가 그 방면으로 아는 것도 없고 공부를 한 적도 없지만 책이나 유튜브에서 접할 때마다 정말 새로운 세상을 보는 듯합니다.
이 세상의 모든 물질을 이루는 최소 단위에서 벌어지는 믿을 수 없는 현상이 우리의 인생과 동양 철학과도 맞닿아 있는 듯한 모습은 어떻게 설명해야 할지 모르겠습니다.
그런 과학 분야가 심지어 너무나 정밀하고 정확한 학문이라는 것도 놀랍습니다.

이런 양자역학의 놀라운 성질을 이용해서 작동하는 컴퓨터가 개발되고 있는데 이것이 바로 양자 컴퓨터입니다.

양자 컴퓨터의 가장 큰 특징은 데이터를 저장하는 기본 단위가 '큐비트'라는 것입니다.
컴퓨터는 기본적으로 전기를 사용하여 무엇인가 정보들을 처리합니다.
전기를 통해서 우리가 표현할 수 있는 내용은 결국 전기가 흐르고 있다, 그리고 흐르지 않는다는 2가지 상태뿐입니다.
그래서 컴퓨터는 2진수 숫자를 사용해서 모든 정보를 처리합니다.
우리는 컴퓨터나 스마트폰을 이용해서 노래도 듣고 그림도 보고 영화도 시청하며 문서도 만들지만 내부에서 처리되는 정보는 그저 모두 0과 1로 이루어진 2진수 숫자들일 뿐이며 그것을 우리는 비트(bit)라는 단위로 표현합니다.

그런데 양자 컴퓨터는 '큐비트'라는 새로운 단위를 사용하고 이는 양자역학에서 설명하는 양자의 '중첩'이라는 특이한 성질을 이용합니다.
양자의 중첩은 우리가 세상에서 확인하는 일반적인 물리 법칙과는 너무 다른 내용이고 어려워서 제가 설명하는 것은 패스하겠습니다.
그냥 간단하게 말해서 '모든 것은 확률로 존재한다' 입니다.
어떤 간섭이나 에너지도 없는 상태에서 양자는 확률로 존재하고 양자역학에서는 이것을 '파동함수'라는 공식으로 그 확률을 계산해 냅니다.
다시 '큐비트'로 돌아가서 비트는 0과 1을 가지고 있는 데이터이지만, 큐비트는 어떨까요?
0도 아니고 1도 아닌, 확률로서 값을 가지고 있게 됩니다. 따라서 2개의 정보 중 하나만 저장하는 기존의 비트 단위보다 월등하게 많은 양의 데이터를 가지고 있는 것처럼 처리가 가능합니다.
0과 1이 중첩된 큐비트는 양자 측정에 의해서 0과 1로 붕괴하여 측정되며 0이나 1로 관측될 확률은 큐비트의 중첩된 정도에 따라서 결정되게 됩니다.

무슨 말인지 참 어렵지요;;
제가 적었지만 저게 말인지 방귀인지 모르겠습니다.
하지만 그래서 저는 양자역학을 참 좋아합니다.
신비롭잖아요~ ^^

그리고 또 한 가지 중요한 양자역학의 개념이 사용됩니다.
그것은 '양자얽힘'이라고 합니다.
2개 이상의 양자 사이에서 발생하는 특이한 현상으로 서로 연관성이 있는 양자의 쌍이 있다면 한 양자의 상태에 따라서 다른 하나의 양자 상태가 결정되는 것입니다.
이거 참 글로 설명하기가 어렵네요;;
서로 얽혀 있는 큐비트가 있다면 하나의 큐비트 값을 측정하고 나면 그것이 나머지 다른 큐비트의 상태에 영향을 주게 됩니다.

쉽게 컴퓨터에 활용한다고 설명해보면, 양자 얽힘의 큐비트 하나를 보안이 필요한 무결성 데이터 쪽에 넣어두고 다른 하나의 큐비트는 우리가 가지고 있다고 가정해 우리가 가지고 있는 큐비트의 상태를 통해서 암호화된 데이터의 큐비트가 관찰되거나 조회가 됐는지를 알 수 있게 됩니다.
혹은 반대로 우리가 가지고 있는 큐비트를 관찰해버림으로써 암호화 데이터 쪽의 큐비트를 변형시켜서 쓸모없게 파괴해버리는 방식도 가능하겠습니다.
물론 실제 그런 기술이 있는 것은 아니고 그냥 쉽게 설명하려 예시를 만든 것입니다.
^^;

무척 놀라운 점은,
이러한 양자 얽힘 현상은 거의 동시에 발생하며 빛보다 빠르게 전달됩니다.
그것이 어떻게 가능한지는 아직 인류가 이해하지 못했습니다.
양자역학이라는 학문의 전체가 그러하듯이 원리는 알 수 없고 관찰을 통해서 그런 역학적인 관계가 있다는 사실을 확인해서 활용하고 있는 것입니다.
우리가 흔히 알기로는 아인슈타인의 상대성 이론을 바탕으로 빛보다 속도가 빠르게 무언가가 전달되는 것은 불가능합니다.
하지만 너무 작아서 우리가 느끼지도 못하는 양자의 세계에서는 그것이 가능하고, 어떻게 가능한지는 아직 모릅니다.

따라서,
양자컴퓨터는 대량의 데이터를 빠르게 처리할 가능성이 크고, 암호 해독이나 보안 등에 유용하게 활용할 가능성이 큽니다.
범용적으로 사용하는 것은 아직 까마득한 이야기이지만 특정한 분야에 사용되는 전문 컴퓨터나 연구소에서 특정 연구를 위해서 사용하기에는 무척 적당해 보입니다.
기존의 슈퍼컴퓨터와는 다르게 특정한 범위의 알고리즘을 수행하는 목적으로 개발되면 엄청난 성능을 보여줄 것입니다.

세계적인 연구소나 구글, IBM, 인텔 등의 글로벌 대기업들이 모두 양자컴퓨터를 연구하고 있습니다.
실제로 작동하는 프로토타입 모델들이 존재하지만 극저온의 상태를 유지하는 특수한 환경에서 작동되고 있다고 하니 일반적으로 구경하기는 어려울 듯합니다.

또한 각국의 정부들도 적극적으로 나서고 있습니다.
미국은 이미 2000년대부터 다양한 연구·개발 프로그램들을 지원하며 연구를 주도하고 있고 중국은 17년도에 13조원을 투자할 정도로 적극적인 지원하고 있습니다.

최신 정보통신 IT 기술과 양자 물리학의 기술 융합을 통한 양자 컴퓨터는 기존 정보처리 기술의 한계를 극복할 수 있는 차세대 미래 기술로서 관심이 커지고 있습니다.
인공지능, 빅데이터 등에 적극적으로 활용할 수 있을 것으로 기대되는 양자 컴퓨팅 기술은 대규모 연구 개발이 진행되고 있으며 여러 공학 기술들이 융합되면서 머지않은 미래에 최신 기술의 가장 중요한 핵심이 될 것으로 기대됩니다.

우리나라 역시 놓치지 않고 부지런히 양자 컴퓨터에 대한 연구와 기술 지원을 아끼지 않아야겠습니다.

오늘은 제가 좋아하는 기술에 관해서 이야기 하다 보니 따로 자료를 찾아볼 것도 없이 마구 이야기를 풀어냈는데 하고 싶은 말의 10%도 못한 거 같아서 아쉽습니다.

다음에 공유할 내용이 없으면 다시 한번 이야기하고 싶네요~

지난번 포스팅에서 병원에서 사용되는 다양한 IT 기술들에 대해서 이야기하면서 DP라는 시스템을 이야기 한 적이 있습니다.

DP는 우리말로 '디지털 병리'라고 이야기하는 기술로서, Digital Pathology의 약자입니다.

병리학은 질병에 대해서 연구하는 의학으로서 진단 테스트 및 치료에 대한 조언에서 최첨단 유전 기술의 사용이나 질병 예방에 이르기까지 환자 관리의 모든 측면을 뒷받침합니다.
병리학에서 일하는 의사와 과학자는 질병과 질병의 전문가들로서 그들은 전문 지식을 사용하여 의사에게 일반적인 질병을 치료하는 올바른 방법을 안내하는 것부터 최첨단 유전 기술을 사용하여 생명을 위협하는 상태의 환자를 치료하는 것까지 의료의 모든 측면을 지원합니다.

약간은 넓고 범용적인 의미로 말씀드렸는데 국내 병원에서 일반적으로 이야기하는 pathology는 진단 검사 등을 시행하는 진료 업무입니다.
검체를 체취하고 분석하여 진단하는 분야로서 흔히 유리 사이에 검체 슬라이스 표본을 넣고 현미경으로 관찰하는 형태의 모습을 우리는 TV 등에서 흔히 볼 수 있습니다.
그런 활동을 하는 부분에 ICT 기술을 도입한 것이 디지털 병리입니다.

쉽게 말해서 과거에는 환자의 검체를 현미경으로 관찰하였고, 검체 슬라이드 자체는 병원의 어딘가에 잘 보관해야 하는 것이 법적으로 정해진 절차였습니다.
따라서 해당 검체를 보관하기 위한 물리적인 공간이 필요했고 검사가 필요한 검체를 찾아서 옮기고 그것을 현미경으로 관찰하는 등의 행위가 필요했습니다.

하지만 디지털 병리 시스템을 구축하고 나면 표본 이미지를 고해상도 이미지 파일로 스캔을 뜨게 됩니다.
고해상도 이미지이기 때문에 아주 크게 확대해서 세밀하게 관찰하는 것이 가능하고 네트워크를 통해 해당 이미지 파일을 관리하면 되기 때문에 물리적인 보관 공간도 필요하지 않습니다.
물리적인 표본 슬라이드를 사람이 찾아서 옮기는 일도 필요하지 않습니다.

여러 가지 장점이 있기 때문에 최근에 많은 병원이 이미지 기반의 차세대 디지털 병리 플랫폼을 구축하는 추세입니다.

DP의 도입을 통해 기존 병리 진단의 한계를 극복하고 유기적인 시스템 연계를 통해 업무 효율성 역시 크게 향상하며 추후 장기적으로 AI를 비롯한 시스템의 확장까지 도모하게 됩니다.

디지털 병리를 구축하기 위해서는 소프트웨어뿐만 아니라 고해상도 이미지로 스캔하여 파일을 만들어 낼 수 있는 특수한 스캐너 장비가 필요합니다.
따라서 기존에 광학 관련 사업을 하던 업체들이 해당 스캐너 개발 및 디지털 병리 구축 사업을 많이 진행하고 있습니다.

대표적으로 필립스나, 카메라 렌즈에 대해서 아시는 분들이 좋아하는 라이카, 국내 PACS 시스템의 대표주자인 인피니트 같은 업체들이 다른 여러 업체와 컨소시엄을 구성하면서 DP 구축 사업을 진행하는 중입니다.

디지털 병리 구축은 위에서 언급 한 대로 하드웨어 인프라 구축 및 관련 인터페이스 구축이 상당히 중요한 시스템입니다.
최소한 다음과 같은 4가지 항목은 잘 챙기면서 진행해야 합니다.

1) 종류가 다른 이 기종 스캐너 장비들의 인터페이스 구축이 가능해야 하고 병리 데이터 획득에 필요한 비용이나 시간을 최소화할 수 있어야 한다.
2) 디지털 병리 통합 이미지 관리 시스템의 구축이 필요하고 진단에 필요한 병리 데이터의 실시간 검색 및 활용이 가능하도록 시스템을 구성해야 한다.
3) 병원의 기관계 시스템과 디지털 병리 시스템 간 인터페이스를 최적화하여 구성해야 하고 임상 및 영상 정보의 연동으로 정밀하고 정확한 데이터의 공유가 필수적으로 보장되어야 한다.
4) 빅 데이터를 활용한 AI 기반의 진단 보조 및 연구, 교육 등에 사용될 플랫폼의 토대를 구축해야 하고 신의료 기술의 개발에 도움이 될 수 있도록 시스템 구축 초기 단계부터 지속해서 고민해야 한다.


실제 디지털 병리를 도입하여 활용하는 국내 대형병원의 도입 효과를 보면 다음과 같은 장점들이 있었습니다.

1) 염색 슬라이드 진단 시 매우 높은 정확도를 가지고 정확하게 진단할 수 있었고 위내시경 생검 시 헬리코박터균 감염을 진단 할 수 있었다.
2) 디지털 병리 시스템 오픈 이후 초기에는 기존 유리 슬라이드의 대출 건수에 큰 변화가 없었지만 약 6개월 이후부터 유리 슬라이드의 대출 건수가 감소하기 시작하여 물리적인 슬라이드 보관 공간에 대한 절약 및 대출 관련 업무량 감소 효과가 있었다.
3) 학술 연구 및 교육적인 측면에서 필요한 슬라이드들을 그룹화하여 폴더에 모아서 분류할 수 있고 관련 사용자들에 대하여 접근 권한을 주는 식으로 보안에 대한 기능도 활용하며 공유할 수 있어서 큰 도움이 되었다.
4) 유리 슬라이드를 검색하고 찾는 과정을 생략하여 신속하게 이미지에 접근할 수 있었고 양질의 슬라이드 이미지를 보며 다양한 증례를 공부하며 교육적 경험을 쌓을 수 있었다.
5) 병원 내의 어디에서는 디지털 병리 시스템에 접속하여 이미지를 보여줄 수 있기 때문에 병리 의사의 불필요한 업무들이 감소하였다.
6) PACS 시스템을 활용하는 영상의학과와 같이 환자에 대한 과거 슬라이드 이미지도 미리 준비할 필요 없이 쉽게 조회하며 이야기를 나눌 수 있고 타과 의사들의 학술회의 진행할 때에도 바로 이미지를 제공할 수 있어 만족도 및 정확도 향상에 크게 기여하였다.

위와 같이 고해상도 이미지 스캔을 통한 디지털 병리 시스템 구축은 여러 가지로 병원의 진료 및 업무 환경을 크게 개선해 줍니다.

디지털 병리의 도입은 긍정적인 효과를 기대할 수 있는 만큼 많은 병원이 관심을 가지고 있지만, 역시 비용적인 측면이 가장 큰 단점이라고 할 수 있겠습니다.

사업을 제안하는 업체나 제안 요청을 하는 병원의 규모나 상황에 따라 도입 비용은 크게 차이가 나겠지만, 고해상도 스캐너 장비와 큰 용량의 고해상도 이미지들을 보관해야 하는 스토리지 인프라, 네트워크 및 보안 솔루션 등을 고려하면 소프트웨어 개발 비용을 떠나서 하드웨어부터 이미 상당한 도입 비용이 필요한 것이 현실입니다.

하지만 추후 기술 발달이 비용의 감소로 이어진다면 클라우드 등을 활용하는 다양한 형태의 보다 저렴한 디지털 병리 서비스가 개발될 가능성이 크기 때문에 앞으로도 많은 병원이 도입하고 확장될 것은 거의 확실해 보입니다.

이상 Digital Pathology 시스템에 대해서 간단하게 공유해 드렸습니다.

제 블로그의 대부분의 포스팅이 그렇지만,
디지털 병리 역시 기대효과나 실제 도입 사례 등을 보다 구체적으로 공유해 드리고 싶지만, 내부 정보 등이 포함될 가능성이 크기 때문에 일반적인 내용만 간략하게 정리해 보았습니다.

감사합니다. ^^

어떤 산업 분야도 마찬가지이지만 병원과 헬스케어 관련 업종에서도 하이퍼 워크가 중요한 화두 중 하나입니다.

하이퍼 워크란 시간과 장소에 구애받지 않고 일할 수 있는 업무 환경을 말하는 것으로 비상 상황이 발생해도 즉시 대응할 수 있고, 언제 어디서나 어떤 기기를 활용해서라도 업무를 수행할 수 있는 업무 환경을 구축하는 것입니다.
최근에 회의나 교육, 초등학교 수업에서도 많이 사용한 Zoom을 이용한 화상 환경 같은 것이 여기에 포함됩니다.

코로나 상황으로 인해 특히 급성장하였으나 병원 업계에서는 적극적으로 도입하기가 쉽지 않았습니다.
아무리 감염을 피해야 하는 상황이더라도 병원만큼은 모두가 진료를 보고 환자를 케어 해야 했기 때문이지요.
사실 병원들은 코로나가 어느 정도 지나간 요즘에 들어서 본격적으로 하이퍼 워크 혹은 스마트 워크 환경을 추진하는 분위기가 있습니다.

그래서 본 포스팅에서는 하이퍼 워크에 대한 내용을 정리해보겠습니다.

'하이퍼 워크'의 개념 및 준비 요소들을 정리해보면 다음과 같이 5가지 정도로 정리할 수 있습니다.

1) 항상 바로 대응이 가능한 업무 환경을 비롯한 업무 매뉴얼 준비를 위해 다음과 같은 시스템 준비가 필요하다.
- 다양한 협업툴 솔루션을 비롯한 클라우드 기반의 SaaS 형태 업무용 프로그램
- 사무실에 없는 직원의 근태 및 업무 내용을 확인하고 성과를 관리하는 시스템
- 외부에서 근무하는 과정에서도 내부 자료가 유출되지 않도록 관리하는 보안 솔루션

2) 사무실 외의 공간에서 업무를 할 수 있도록 상시 원격 근무체계를 지원하는 전방위적 보안 환경을 준비 해야 한다.
- 스마트 워크 구현을 위해서는 침입탐지, 위협탐지, 이에 대한 대응, PC 보안, 파일 보안, 파일 암호화, 디지털저작권 관리 등을 위한 솔루션을 준비해야 한다.
- 이러한 보안 환경은 필수 요소이나 과도한 비용 증가로 인해 스마트 워크 시스템 도입 및 디지털 전환에 걸림돌이 되기도 한다.

3) 혁신적인 근무 환경을 제시해야 한다.
- 언제 어디서나 시간과 장소에 상관없이 동일한 업무를 수행할 수 있는 환경을 구축해야 한다.

4) 최신의 원격 근무체계는 기업 경쟁력 제고에도 기여한다.
- 빠르게 변화하는 IT 환경에 맞춰 기업이 대응하는 모습을 보이면 다른 형태의 혁신에도 빠르게 대응할 수 있다.
- 최근 구직자들(특히 IT 직군)은 기업의 안정성 보다 혁신적인 발전 가능성을 높게 평가하는 경향이 있다.

5) 환경 문제에 대한 대응이 필요하다.
- RE100을 비롯한 탄소 중립 의무화 등에 대한 대응 방안으로서 하이퍼 워크는 큰 역할을 할 수 있다.
- 특정한 사무 공간으로 매일 전 직원이 모이는데 소모되는 시간과 에너지의 소모를 감소하는 것만으로도 큰 효과를 기대할 수 있다.


하이퍼 워크 사무 환경을 구축하는 데 가장 많이 사용되는 시스템이 바로 VDI 입니다.
병원들 역시 예외는 아닙니다.

VDI란 가상의 PC 환경을 제공하는 솔루션입니다.
사내/외 데이터센터 및 서버 인프라 환경에 구성되는 가상의 데스크탑 환경에 인터넷을 통해 다양한 디바이스로 접근하여 해당 디바이스가 하나의 업무용 PC 역할을 하며 사무실의 PC와 동일한 작업을 수행할 수 있도록 업무 환경을 제공해 주는 시스템입니다.

최근에는 한 단계 발전한 DaaS (Desktop as a Service) 형태의 서비스도 많이 사용 중입니다.
VDI를 각 기업이나 병원이 자사의 전산 인프라 환경에 자체적으로 구축하는 Local 서비스라면 DaaS는 VDI를 클라우드 환경에 구축하여 개인이나 기업, 금융, 공공 등 다양한 직군을 위하여 제공되는 클라우드형 VDI 구독형 서비스라고 보면 되겠습니다.

어떤 솔루션을 사용하더라도 장점은 명확합니다.

각종 업무를 위해 사용하는 애플리케이션 데이터, 각종 업무 문서 및 자료들, PC 사용 이력까지 중앙에서 일괄적으로 관리하고 사용자 기기를 통한 내부 정보 유출까지 관리 감독이 가능합니다.
실제 데이터가 아닌 최적화한 화면 값만을 전송하여 업무 중에도 데이터 유출 위협을 차단하고 관리할 수도 있습니다.

또한 직원은 노트북이나 태블릿, 스마트폰 등의 다양한 기기에서 항상 동일한 사용자 환경을 경험하여 이질감 없이 어떤 장소에서도 업무를 진행할 수 있습니다.
업무의 연속성을 유지하는 것은 업무 생산성에 큰 영향이 미칩니다.


최근 많이 도입되고 있는 DaaS 서비스의 작동 절차는 다음과 같습니다.

1) 네트워크를 통하여 PC, 노트북, 태블릿, 스마트폰 등의 디바이스를 이용해 DaaS 서비스를 제공하는 클라우드 센터에 접속합니다.
2) 클라우드 센터에서 내 ID와 비밀번호를 입력하여 로그인하면 내가 접속한 디바이스 화면에 내 전용 업무용 PC 환경이 보입니다.
3) 나만의 전용 PC 업무 환경에서 작업을 실행하면 클라우드 센터 내의 가상 PC로 입력값이 전달됩니다.
4) 이 작업은 클라우드 센터 내의 서버에서 생성된 나만의 고유 업무 PC에서만 실행되고 결과값이 저장됩니다.
5) 실행되어 처리된 결과값들은 화면에 접속한 단말기에 네트워크를 통해서 전송되고 접속한 디바이스 화면에 표시됩니다.

즉, DaaS 서비스는 클라우드 데이터 센터에서 제공하는 가상의 내 전용 업무 PC이며 사용하는 모든 디바이스를 통해 동일한 환경의 PC에 접속하여 시간과 장소에 상관없이 동일한 업무환경을 사용할 수 있게 도와주는 시스템입니다.

비슷한 개념으로는 IaaS / PaaS / SaaS 같은 것들이 있습니다.

아마 대부분 이미 아시겠지만 나왔으니 간단하게 설명해 드리자면 다음과 같습니다.

- IaaS (Infrastructure as a Service) : 서버, 네트워크, 데이터베이스, 보안 모듈과 같은 인프라 요소들을 클라우드 형태로 제공해주는 서비스입니다.
- PaaS (Platform as a Service) : 다양한 플랫폼들을 클라우드 형태로 제공해주는 서비스로 다양한 형태가 있습니다.
- SaaS (Software as a Service) : 다양한 소프트웨어 프로그램들을 내 PC에 설치할 필요 없이 클라우드 환경에서 사용할 수 있는 서비스입니다. 이메일, ERP, 그룹웨어, 협업툴, 개발 툴, CRM 등 다양한 프로그램들이 제공되고 많이 사용되고 있습니다.


이상 하이퍼 워크에 대한 내용을 정리해 보았습니다.

관련된 기술이 다양하여서 기술에 대한 설명만으로 많은 내용을 적게 되었습니다.

이번 포스팅은 마무리하고 세부 내용은 다음에 다시 한번 공유해보겠습니다.
^^