국내 연구진, 생체 간이식 수술서 공여자 간 크기·용량 자동 측정해주는 ‘간이식 AI 모델’ 개발

일본이 수술 소프트웨어 시장을 주도하는 가운데 국내 연구진이 생체 간이식 수술에서 공여자 간의 크기와 용량을 측정하는 데 유용한 인공지능(AI) 모델을 발표했다.

삼성서울병원 이식외과 유진수·오남기 교수, 영상의학과 정우경·김재훈 교수 연구팀은 2022년 4월부터 2023년 2월 삼성서울병원에서 공여자로 수술 받은 환자 114명의 데이터를 이용해 생체 간 공여자의 간의 크기와 용량을 CT 영상에 기반하여 자동 측정이 가능한 ‘간이식 AI모델’을 개발했다고 29일 밝혔다.  

사진=게티이미지뱅크

생체 간 이식시 공여자의 간은 기증 후 최소 30% 이상은 유지해야 기증자 안전을 확보할 수 있고, 수여자 역시 자기 몸무게 대비 이식받은 간의 무게가 0.6~0.8%는 돼야 간이 제 기능을 할 수 있다. 그만큼 공여자, 수여자 양쪽 모두에 안전한 적정선을 찾는게 중요하다.

기존에는 이식외과 의사가 CT 영상을 기반으로 공여자의 간을 해부학적 구조에 따라 분할한 다음, 일일이 손으로 크기와 용량을 계산하는 방식이 주를 이뤘다. 사람이 직접 하다 보니 시간이 많이 걸릴 뿐 아니라, 의사마다 주관적 판단에 따른 오차가 발생할 수 있다는 게 한계였다.

연구팀은 환자들의 CT 영상 검사 결과를 3D 모델로 만든 다음, U-Net 기반 딥러닝 모델을 설계했다. 대상자 중 103명의 자료는 간이식 AI모델의 학습용으로, 나머지 인원의 데이터는 예측값과 수술 후 실제 측정값을 비교하는 검증용으로 썼다.

환자의 간 CT 결과를 토대로 간이식 AI모델이 제시한 3D 이미지(Inference)와 실제 의료진이 CT 영상 결과를 분석해 만든 3D 이미지(Ground truth).

환자 데이터 샘플 4개당 한조로 250 차례에 걸쳐 학습을 반복해 최적화를 거쳐 만든 간이식 AI 모델은 검증에 쓰인 환자의 데이터와 맞아 떨어졌다.

기존 의료진이 직접 했을 때와 비교했을 때 유사도(Dice Similarity Coefficient)는 우엽에서 94%, 좌엽에서는 91%로 나타났다. 간의 용량 차이도 간이식 AI모델과 의사가 직접 측정 값의 차이도 평균 9.18ml로 낮았다.

환자 간의 용량 크기에 대한 변동성을 예측하는 결정계수(R²)를 비교한 값에서는 오히려 간이식 AI모델이 앞섰다. 간이식 AI모델의 결정계수는 0.76으로 의사가 직접 하는 경우 0.68을 웃돌았다. 그만큼 AI모델이 실제 환자의 간의 용적이나 크기 등을 잘 구분해 반영하고 있다는 뜻이다.

간이식 AI 모델을 탑재한 수술계획 소프트웨어 구동장면. 환자 CT 영상(위 그림 오른쪽)을 바탕으로 환자의 간을 그대로 모사하여 3D 이미지(위 그림 왼쪽)로 만든 다음, 간의 세부 구획별 크기와 용적률 등을 자동으로 측정하여 의료진에게 안내가 가능하다.

연구팀은 간이식 AI모델의 가능성을 초기 단계에서 확인한 만큼, 이를 발전시켜 보다 정교한 범용 서비스로 구현한다는 계획이다.

특히 국내 시장에 주로 쓰이는 3D 모델링 기반 수술 계획 소프트웨어 시장을 주도하는 일본을 역전할 가능성도 AI 모델에 있다고 연구팀은 기대했다.

수술 계획 소프트웨어는 전 세계 시장 규모가 1억 2500만 달러(약 1732억원)로 추산되고, 연 평균 6.6%씩 성장해 2030년는 1억 8300만 달러(약 2536억원) 수준까지 커질 것으로 전망된다.

유진수 교수는 “간이식 수술 이전 잘 준비된 계획이 수술 성공률을 높일 수 있다”면서 “생체 간 공여자의 숭고한 뜻을 살리고, 환자의 더 나은 삶을 위해서 간이식 AI모델이 기여할 수 있는 부분을 찾아가겠다”고 말했다.

이번 연구결과는 ‘국제외과학저널(International Journal of Surgery)’ 최근호에 게재됐다. 

정진수 기자 [e-mail]