스마트워치로 코로나19를 증상 발현 전에 감지할 수 있을까?

기본 정보

제목: Pre-symptomatic Detection of COVID-19 from Smartwatch Data
저자: Tejaswini Mishra, Meng Wang, Ahmed A Metwally, Gireesh K Bogu, Andrew W Brooks, Amir Bahmani, Arash Alavi, Alessandra Celli, Emily Higgs, Orit Dagan-Rosenfeld, Bethany Fay, Susan Kirkpatrick, Ryan Kellogg, Michelle Gibson, Tao Wang, Erika M Hunting, Petra Mamic, Ariel B Ganz, Benjamin Rolnik, Xiao Li, Michael P Snyder
저널: Nature Biomedical Engineering
출판연도: 2020
DOI: 10.1038/s41551-020-00640-6
PMID: 33208926
근거 수준: 코호트 연구

이 연구는 Stanford 대학의 Michael Snyder 연구팀이 5,262명의 스마트워치 데이터를 분석하여, COVID-19 감염의 사전 증상 감지 가능성을 입증한 선구적 연구이다. 감염자 32명 중 26명(81%)에서 심박수, 걸음 수, 수면 시간의 변화가 관찰되었으며, 증상 발현 3~7일 전에 감지가 가능함을 보여주었다. 소비자용 웨어러블로 호흡기 감염을 사전 감지하는 개념을 최초로 대규모 입증한 연구이다.

1. 이 연구는 왜 필요했을까

2020년 COVID-19 팬데믹이 전 세계를 강타하면서, 감염의 조기 감지와 격리가 전파를 억제하는 핵심 전략으로 부각되었다. 그러나 PCR 검사는 결과가 나오기까지 시간이 걸리고, 무증상이나 전증상기 감염자는 검사 자체를 받지 않는 경우가 많았다.

소비자용 스마트워치가 일상적으로 수집하는 심박수, 활동량, 수면 데이터에서 감염의 생리학적 신호를 포착할 수 있다면, PCR 검사보다 빠르고 대규모로 적용 가능한 조기 경보 시스템을 구축할 수 있다. 이 가설을 검증하기 위해 Stanford 연구팀이 대규모 코호트 연구를 수행하였다.

2. 어떻게 연구했을까

5,262명의 참가자에게 Fitbit, Apple Watch, Garmin 등 소비자용 스마트워치를 착용하도록 하여 실시간 데이터를 수집하였다. 안정시 심박수(RHR)를 기반으로 개인별 기준선을 학습하고, 이 기준선에서 벗어나는 상승이 감지될 때 경고를 생성하는 이중 경고 시스템을 개발하였다.

COVID-19 확진자 32명의 감염 전후 데이터를 분석하여, 심박수, 일일 걸음 수, 수면 시간의 변화 패턴을 파악하였다. 실시간 시뮬레이션을 통해 사전 증상 감지율을 평가하였다.

3. 무엇을 발견했을까

감염자 32명 중 26명(81%)에서 감염과 관련된 생리학적 변화가 관찰되었다. 실시간 시뮬레이션에서의 사전 증상 감지율은 63%였다.

증상 발현 3~7일 전에 심박수 중앙값이 약 7bpm 상승하는 것이 관찰되었으며, 25명 중 22명의 사례에서 증상 발현 전 또는 동시에 감지가 이루어졌다.

이 결과는 안정시 심박수의 개인 기준선 대비 상승이 호흡기 감염의 초기 생리학적 반응을 반영한다는 것을 의미한다. 감염으로 인한 면역 반응이 시작되면 심박수가 상승하는데, 이는 환자가 증상을 자각하기 전에 이미 시작된다.

4. 우리 서비스에 어떻게 쓸까

제품 기능

이 연구는 개인 기준선 대비 RHR 상승이 호흡기 감염의 조기 지표임을 보여주었다. 앱에서 최소 2주간의 RHR 기준선을 학습한 후, 기준선 대비 유의미한 상승이 감지되면 건강 주의 알림을 제공하는 기능을 구현할 수 있다. 알림 메시지 예시로는 "최근 안정시 심박수가 평소보다 높습니다. 몸 상태를 확인해 보세요."가 적절하다.

콘텐츠 활용

"스마트워치가 감기를 미리 알려줄 수 있다면?"
"안정시 심박수 7bpm 상승, 몸이 보내는 경고 신호"
"5,262명이 참여한 Stanford 연구가 밝힌 웨어러블의 감염 감지 능력"

적용 시 주의사항

코호트 연구 수준의 근거이므로 "~하는 것으로 나타났다" 수준의 표현이 적절하다. 감염 진단이 아닌 건강 상태 변화에 대한 주의 환기 용도로만 활용해야 하며, 특정 질환을 진단하거나 지칭하는 것은 피해야 한다.

5. 한계점

COVID-19 확진자가 32명으로 비교적 소수이며, 모든 유형의 호흡기 감염에 일반화하기는 어렵다. 또한 63%의 실시간 감지율은 약 37%의 감염 사례를 놓칠 수 있음을 의미하므로, 독립적인 감지 도구보다는 보완적 도구로 포지셔닝하는 것이 적절하다.

운동, 스트레스, 수면 부족, 음주 등 다양한 비감염 요인도 RHR을 상승시킬 수 있어 위양성이 발생할 수 있다. 앱에서 활용 시 이러한 교란 요인을 함께 고려하는 맥락 정보를 제공하는 것이 중요하다.

마무리

이 연구는 소비자용 스마트워치로 호흡기 감염을 증상 발현 전에 감지할 수 있다는 개념을 최초로 대규모 입증하였다. 개인 기준선 대비 RHR 상승이라는 단순한 접근법의 효과를 보여주었으며, 이후 수많은 후속 연구의 기반이 된 선구적 업적이다.