[논문 리뷰] Latest Progresses in Developing Wearable Monitoring and Therapy Systems for Managing Chronic Diseases

Han Gui, Jing Liu|arXiv (Cornell University)|2018. 02. 06.

Advanced Sensor and Energy Harvesting Materials참고 문헌 165인용 수 6

한 줄 요약

이 리뷰는 당뇨병, 심장병, 파킨슨병, 신장병 및 신경학적 운동 장애를 포함한 만성질환을 위한 웨어러블 모니터링 및 치료 시스템의 최근 발전을 종합적으로 다룬다. 미니어처라이제이션된 전자기기, 실시간 데이터 분석, 통신 기술 및 표적화된 물리치료와 같은 핵심 기반 기술을 강조하며, 통합 웨어러블 플랫폼이 연속적이고 개인화된 관리 및 새로운 치료 개입을 가능하게 하는 방식을 보여준다.

ABSTRACT

Chronic disease is a long-lasting condition that can be controlled but not cured. Owing to the portability and continuous action, wearable devices are regarded as promising ways for management and rehabilitation of patients with chronic diseases. Although the monitoring functions of mobile health care are in full swing, the research direction along wearable therapy devices has not been paid with enough attention. The aim of this review paper is to summarize recent developments in the field of wearable devices, with particular focus on specific interpretations of therapy for chronic diseases including diabetes, heart disease, Parkinson's disease, chronic kidney disease and movement disability after neurologic injuries. A brief summary on the key enabling technologies allowing for the implementation of wearable monitoring and therapy devices is given, such as miniaturization of electronic circuits, data analysis techniques, telecommunication strategy and physical therapy etc. For future developments, research directions worth of pursuing are outlined.

연구 동기 및 목표

• 만성질환을 위한 모니터링 및 치료 기능을 통합한 웨어러블 기기의 최근 진전을 검토하기 위해.
• 웨어러블 모니터링에 대한 관심이 증가하는 상황에서도 웨어러블 치료 시스템 분야에서 여전히 미비하게 다뤄진 연구 방향을 식별하기 위해.
• 실시간 건강 관리를 위한 미니어처라이제이션된 전자기기, 데이터 분석 및 통신 기술과 같은 핵심 기반 기술을 분석하기 위해.
• 당뇨병, 심혈관 질환, 파킨슨병, 만성 신부전 및 뇌질환 후 운동 장애에 대한 구체적인 치료 응용 사례를 강조하기 위해.
• 웨어러블 치료 시스템을 수동적 모니터링을 넘어서 발전시키기 위한 향후 연구 방향을 요약하기 위해.

제안 방법

• 만성질환 관리에 초점을 맞춘 웨어러블 기기 관련 학술 논문을 대상으로 한 체계적 문헌 검토 (191건의 참고문헌).
• 질병 유형별로 웨어러블 시스템을 분류하여 모니터링 및 치료 기능의 통합을 강조하기.
• 핵심 기술 분석: 이동성에 기여하는 미니어처라이제이션된 전자 회로, 실시간 데이터 처리 알고리즘, 원격 모니터링을 위한 무선 통신 기술.
• 물리치료 통합 평가: 운동 장애 치료를 위한 기능적 전기 자극 및 웨어러블 외골격 장치.
• 웨어러블 치료 시스템의 연구에서 임상 현장으로의 이행 과정에서 발생하는 임상적 및 공학적 과제 통합 분석.
• 현재 연구에서의 격차 식별, 특히 모니터링 장치 대비 치료 장치 개발의 불균형성에 초점 맞춤.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 만성질환을 위한 웨어러블 치료 시스템을 가능하게 하는 현재의 기술적 발전은 무엇인가요?
• RQ2 다양한 만성질환에서 웨어러블 모니터링 및 치료 시스템의 효과성과 실현 가능성은 어떻게 비교될 수 있나요?
• RQ3 통합 웨어러블 모니터링 및 치료 플랫폼 개발에 있어 핵심적인 기반 기술은 무엇인가요?
• RQ4 왜 웨어러블 치료 장치에 대한 연구는 웨어러블 모니터링 장치에 비해 뒤처지고 있나요?
• RQ5 웨어러블 치료 시스템을 임상 적용 수준으로 발전시키기 위해 가장 유망한 향후 연구 방향은 무엇인가요?

주요 결과

• 웨어러블 치료 시스템은 자동 인슐린 투여 및 폐쇄형 혈당 모니터링을 통해 당뇨병 관리에서 부상하고 있다.
• 파킨슨병 환자에게서 기능적 전기 자극을 통합한 웨어러블 기기와 걸음 보조 외골격 장치가 운동 기능 향상에 유망한 결과를 보였다.
• 만성 신부전 환자는 연속적인 체액 및 노폐물 관리를 제공하는 웨어러블 초여과 장치에서 유익을 얻고 있다.
• 일과 뇌졸중 환자 및 척수 손상 환자는 웨어러블 로봇 외골격 및 뇌조절 장치를 통해 이동 능력 향상을 보였다.
• 데이터 분석 및 통신 기술은 실시간 피드백과 원격 임상 감독을 가능하게 하여 치료 이행도 및 치료 결과를 향상시켰다.
• 다른 한편으로는 웨어러블 치료 연구가 모니터링 기술에 비해 여전히 미흡한 상태이며, 이는 치료 장치 설계 분야에서 혁신의 큰 기회를 시사한다.