최근 디지털 트윈(Digital Twin)이 디지털 전환의 핵심 키워드로 부상하고 있습니다. 디지털 트윈이란 ‘현실 세계에서 수집한 다양한 정보를 가상 세계에서 분석하고 최적의 방안을 도출해 이를 기반으로 현실 세계를 최적화하는 지능화 융합 기술’을 의미하는데요.

디지털 트윈은 최초에는 제조 분야를 중심으로 적용되었으나, 최근 사물인터넷(IoT), 확장현실기술(XR), 인공지능(AI) 기술과 접목하여 다양한 산업·사회 문제를 해결할 수 있는 기술로써 헬스케어 분야에서도 주목받고 있습니다.

이번 포스팅에서는 국가생명공학정책연구센터가 발표한 <헬스케어 디지털 트윈 시장 현황 및 전망> 보고서를 통해 헬스케어 디지털 트윈 시장 현황과 전망에 대해 자세히 살펴보겠습니다. 

헬스케어 디지털 트윈이란?

‘헬스케어 디지털 트윈’이란 ‘디지털 트윈 기술을 헬스케어 분야에 접목하는 것’을 의미합니다. 초기 디지털 트윈 기술은 인체를 개인의 수준에서 컴퓨터 모델링을 하는 기술적 한계로 인해 헬스케어 산업에서는 그다지 유망한 분야로 주목받지 못했는데요.

헬스케어 디지털 트윈 기술이 단순한 의료진의 진단 보조를 넘어 개인의 건강정보를 활용한 모니터링, 예방, 모의 수술, 건강관리 등의 시뮬레이션이 가능할 뿐만 아니라 의료진 훈련 등 다양한 서비스에도 활용 가능할 것으로 전망되면서 관련 시장이 지속적으로 성장하고 있습니다.

헬스케어 디지털 트윈 시장 현황과 전망 

글로벌 헬스케어 디지털 트윈 시장은 2019년 6억 달러(약 7,774억 원) 규모에서 연평균 26.0%씩 성장해 2025년에는 무려 24억 달러(약 3조 1,099억 원)까지 확대될 것으로 전망됩니다.

특히, 미국 헬스케어 디지털 트윈 시장은 2025년에는 전체 글로벌 시장의 절반 이상(56.3%)을 차지할 것으로 전망되는데요. 미국의 전체 디지털 트윈 시장에서 약 11.7%의 비중을 차지하며 약 13억 5천만 달러(약 1조 7,490억 원)의 시장 규모를 형성할 것으로 기대되고 있습니다.

헬스케어 디지털 트윈 적용 범위 및 적용 사례 

헬스케어 디지털 트윈은 그 적용 범위를 점차 넓혀갈 것으로 보이는데요. 기기 수준(Devices)에서 시작해 인구 집단(Population)의 건강 문제 해결에도 활용이 가능한 단계에 도달해 최종적으로는 개별 환자에게 맞춤형 헬스케어를 제공하는 단계까지 진화해 갈 것으로 예측됩니다.

기기(Device)

헬스케어 디지털 트윈의 초기 단계 적용은 ‘제조’와 관련이 있습니다. 대표적으로 ‘의료기기 디지털 트윈’이 있는데요. 의료기기 디지털 트윈은 기기에 장착된 다양한 센서에서 수집되는 데이터를 기반으로 시뮬레이션을 통해 의료기기의 성능을 최상으로 이끌어내 관리하는 목적으로 적용되고 있습니다. 이러한 의료기기 디지털 트윈은 이미 상용화되어 있는데요. 한 사례로 제조업체인 필립스(Philips)는 의료 영상 장치의 신뢰성 개선에서 디지털 트윈을 이미 사용하고 있습니다. 한편, 네트워크에 연결된 모든 기기는 디지털 트윈으로 구현이 가능하기에, 충분한 IoT 환경을 구성하는 것이 중요할 것으로 보입니다.

프로세스(Process)

프로세스 단계에 적용된 디지털 트윈 기술은 의료기관이나 의료 조직에 대한 디지털 트윈으로 볼 수 있습니다. 이처럼 의료기관의 운영이나 진료 과정을 다양한 의료 및 경영 데이터 기반으로 시뮬레이션하여 집중진료실의 효율적 운영이나 환자 대기시간의 단축, 병실 디자인의 재검토 등이 가능할 것으로 기대되고 있는데요. 이뿐만 아니라 임상의는 환자를 기다리는 시간을 줄여 더 많은 환자를 볼 수 있고, 환자는 병원에 머무는 시간이 단축되면서 만족도도 증가하는 효과도 가져올 것으로 바라보고 있습니다. 실제로 제너럴 일렉트릭(General Electric)은 존스 홉킨스 대학교(John Hopkins), 미시간 대학교(University of Michigan) 및 험버리버(Humber River)의 대형 병원을 모델링한 바 있습니다.

인구 집단(Population) 

인구 집단 수준에서 적용되는 디지털 트윈은 신체 혹은 환자에 대한 디지털 트윈인데요. 인구 집단 수준의 디지털 트윈은 인구 집단의 건강 데이터가 증가할수록, 디지털 트윈의 활용 가능성도 증가할 것으로 바라보고 있습니다. 특히, 웨어러블 기기 등에서 수집되는 다양한 신체 및 진료 이력 데이터를 기반으로 시뮬레이션을 통해 임상의의 결정을 지원할 수 있을 것으로 보고 있는데요. 더불어 디지털 트윈에서 다양한 질병이나 환자의 상태를 모델링하여 치료의 효능과 효율성을 향상시키는 것도 기대하고 있습니다. 그럼에도 불구하고 인구 집단 수준의 디지털 트윈은 당장 사용할 수 있는 유용한 방법이나 개별 환자의 행태적 특성에 맞는 완벽한 치료는 불가능한 상황입니다.

환자 (Patients)

환자 개인에게 적용되는 디지털 트윈은 개인 수준의 디지털 트윈이 가능한지, 혹은 바람직한지에 대해 많은 논의가 이뤄졌으며, 개인 수준의 디지털 트윈은 필요하지 않으며 과도하다는 데에 합의가 이뤄지고 있는 상황인데요. 개인을 모델링하기 위해서는 거의 대부분의 신체 기능에 대해 매우 민감하고 중요한 데이터 수집이 필요하다는 점에서 문제가 발생하기 때문입니다. 또한, 개별 환자의 전체를 모델링하는 것은 상당히 비현실적이라고 보고 있는데요. 다만, 앞으로 심장 등과 같은 신체 일부를 모델링하는 것은 비교적 용이하여, 개인의 신체 일부를 모델링한 다음, 환자가 나이가 들어감에 따라 비교적 건강했을 때의 디지털 트윈과 비교해 동맥경화 또는 기타 심혈관질환과 같은 병명이 예견 가능할 것으로 보고 있습니다.

산업계 주요 플레이어 동향

글로벌 헬스케어 디지털 트윈 시장의 주요 플레이어로는 글로벌 기업들을 꼽을 수 있습니다. 대표적으로 필립스 헬스케어(Philips Healthcare)는 진단 장비의 주요 제조업체로 의료 분야에서 디지털 트윈의 특수성을 식별하는 데 강점을 보유하고 있습니다. 이에, 디지털 트윈을 활용한 ‘디지털 환자(Digital Patient)’라는 가상 신체를 구현하기도 했습니다.

또한, 지멘스 헬시니어스(Siemens Healthineers)는 의료 제공 프로세스 개선을 위한 분석 및 디지털 트윈 기술을 적용하는 접근 방식 연구에 주력하고 있으며, 최근에는 심장, 신경, 종양과 관련된 디지털 트윈 솔루션을 개발 중입니다.

이외에도 아이비엠(IBM)은 엔터프라이즈 컴퓨팅 기술 및 AI 솔루션의 주요 제공업체인데요. 디지털 트윈을 활용해 임상의가 환자의 치료 결과를 개선하도록 지원하는 분야에 강점을 두고 있습니다. 이외에도 옵텀(OPTUM)은 유나이티드헬스 그룹(UnitedHealth Group)의 계열사로, 인구 집단 건강관리, 약국 관리, 의료 운영 서비스 등의 포트폴리오를 보유한 대규모 의료 솔루션 제공업체인데요. 현재 선도적인 위치에 있는 데이터 분석을 통한 의료 서비스 제공 및 연구의 효율성과 효능을 향상시키는 분야에 헬스케어 디지털 트윈의 도입을 검토하고 있습니다.

마지막으로 GE 헬스케어 파트너스(GE Healthcare Partners)도 GE의 사업부 중 하나로, 의료 서비스 제공에 관한 분석에 디지털 트윈을 적용하는 데 주도적인 역할을 한 바가 있는데요. GE는 디지털 트윈을 활용해 존 홉킨스(Johns Hopkins)와 미시간 대학교(University of Michigan)를 포함한 50개 이상의 대형 병원에 대한 분석 및 성능 개선을 수행했습니다.

시사점 

지금까지 살펴본 바와 같이 헬스케어 디지털 트윈 시장은 여전히 성장 가능성이 크다고 할 수 있는데요. 코로나19로 인해 의료·제약 산업에서 디지털 트윈에 대한 수요가 증가함에 따라 헬스케어 디지털 트윈에 대한 기대 역시 커지고 있습니다. 특히, 코로나19 팬데믹 상황 속에서 디지털 트윈 솔루션 채택이 증가하면서 데이터 수집도 용이해졌는데요. 이처럼 헬스케어 분야의 데이터 수집 채널이 다변화되면서 헬스케어 데이터 규모가 폭발적으로 증가해 헬스케어 디지털 트윈 시장은 성장을 거듭할 것으로 기대됩니다.

하지만, 디지털 트윈 시장은 여전히 ‘규제’와 ‘경제성’에 의해 영향을 많이 받기에, 헬스케어 디지털 트윈 시장이 활성화되기 위해서는 디지털 트윈 기술 자체가 더욱 발전하고 성숙할 필요가 있는데요. 특히, 개인의 프라이버시 침해와 밀접한 관련이 있기에 데이터 주권에 대한 정의와 디지털 트윈 활용의 잠재적인 프라이버시 위협에 대한 대책 마련이 필요할 것으로 보입니다. 마지막으로 헬스케어 디지털 트윈 전문인력 양성을 위한 노력이 뒷받침되어야 할 것입니다.

지금까지 살펴본 헬스케어 디지털 트윈 시장에 대한 현황과 전망을 토대로 우리나라 제약·바이오사들도 헬스케어 디지털 트윈 분야에서 글로벌 경쟁력을 갖춰 승승장구하기를 기대합니다.

※ 출처: 국가생명공학정책연구센터, 헬스케어 디지털 트윈 시장 현황 및 전망 (2022.04)