스마트링의 체온 데이터로 코로나19를 2.75일 전에 감지할 수 있다?

기본 정보

제목: Detection of COVID-19 Using Multimodal Data from a Wearable Device: Results from the First TemPredict Study
저자: Ashley E Mason, Benjamin L Smarr 외 다수 (UCSF 연구팀)
저널: Scientific Reports (Nature)
출판연도: 2022
DOI: 10.1038/s41598-022-07314-0
PMID: -
근거 수준: 코호트 연구

이 연구는 UCSF가 주도한 대규모 연구로, 63,153명의 참여자에서 Oura Ring의 피부 체온, 심박수, HRV 등 멀티모달 데이터를 활용한 COVID-19 감지 알고리즘을 개발하였다. 진단 검사 평균 2.75일 전에 감지가 가능하였고, 민감도 82%, 특이도 63%, AUC 0.819를 달성하였다. 손가락 기반 웨어러블의 체온 측정이 손목 기반 기기보다 정확하다는 점도 확인하였다.

1. 이 연구는 왜 필요했을까

COVID-19 팬데믹 초기에 웨어러블을 활용한 감염 감지 연구가 활발히 진행되었지만, 대부분 소규모 코호트에서 수행되었고 체온 데이터를 충분히 활용하지 못하였다. 발열은 감염의 대표적 증상이지만, 손목에서 측정하는 피부 온도는 심부 체온과 차이가 크다는 한계가 있었다.

Oura Ring은 손가락에 착용하는 스마트링으로, 손가락 혈관이 손목보다 심부 체온과 더 높은 상관관계를 보여 체온 추적에 유리하다. 또한 분당 체온 데이터를 수집할 수 있어 미세한 체온 변화를 포착하기에 적합하였다. 이러한 장점을 활용한 대규모 감지 알고리즘 개발이 이 연구의 목적이었다.

2. 어떻게 연구했을까

63,153명의 참여자를 모집하였으며, 2,000명의 의료진에게 Oura Ring을 배포하여 데이터를 수집하였다. PCR 확진된 73명의 고품질 데이터를 선별하여 ML 분류기를 훈련시켰다.

Oura Ring에서 수집한 분당 피부 체온 데이터와 HRV, 호흡수 데이터를 조합하여 멀티모달 감지 알고리즘을 개발하였다. 개인별 기준선 대비 편차를 분석하는 방식을 채택하여, 개인 간 체온 변동의 영향을 최소화하였다.

3. 무엇을 발견했을까

개발된 알고리즘은 진단 검사 평균 2.75일 전에 감지가 가능하였으며, 민감도 82%, 특이도 63%, AUC 0.819를 달성하였다.

76%의 사례에서 증상 발현 전에 감지가 이루어졌으며, 개인화된 기준선 대비 편차 분석이 감지 성능의 핵심이었다.

특이도가 63%로 상대적으로 낮아 위양성 비율이 높다는 점은 주목할 부분이다. 그러나 피부 체온 단독보다 HRV와 호흡수를 결합했을 때 성능이 크게 향상되어, 멀티모달 접근의 우수성이 확인되었다.

4. 우리 서비스에 어떻게 쓸까

제품 기능

Oura Ring이나 Apple Watch에서 수집되는 피부 체온, HRV, 호흡수를 멀티모달로 분석하여 건강 상태 변화를 감지하는 기능을 구현할 수 있다. 개인별 기준선을 수주간 학습한 후, 여러 지표가 동시에 기준선에서 벗어날 때 경고를 생성하면 위양성을 줄일 수 있다.

콘텐츠 활용

"손가락 체온이 손목보다 정확한 이유"
"63,000명이 참여한 스마트링 연구, 감염을 미리 감지하다"
"개인 기준선의 힘: 왜 같은 체온이라도 사람마다 의미가 다를까"

적용 시 주의사항

코호트 연구 수준이므로 "~하는 것으로 나타났다" 수준의 표현이 적절하다. 특이도가 낮아 위양성이 빈번할 수 있으므로, 알림의 빈도와 표현 수위를 신중하게 조절해야 한다.

5. 한계점

ML 분류기 훈련에 사용된 PCR 확진 데이터가 73명으로, 대규모 참여자 수(63,153명)에 비해 양성 사례가 적었다. 특이도 63%는 약 37%의 정상 상태에서도 경고가 발생할 수 있음을 의미하여, 실용적 배포 시 경고 피로 문제를 야기할 수 있다.

COVID-19에 최적화된 알고리즘이므로 다른 호흡기 감염에 대한 성능은 별도로 검증이 필요하다. 앱에서 활용 시 특정 질환 감지가 아닌 일반적 건강 상태 변화 감지로 포지셔닝해야 한다.

마무리

TemPredict Study는 Oura Ring의 멀티모달 데이터를 활용하여 COVID-19를 2.75일 전에 감지할 수 있음을 대규모 코호트에서 입증하였다. 손가락 기반 체온 측정의 우수성과 개인화된 기준선 분석의 중요성을 확인한 의미 있는 연구이다.