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스탠포드大, 10초 만에 폐렴을 확진할 수 있는 AI 모델 개발
등록일 : 2019-10-02 09:20 | 최종 승인 : 2019-10-02 09:20
김건우
폐렴은 폐 감염 질환으로써 신속한 진단과 개입이 필요하다(사진=123RF)

[메디컬리포트=김건우 기자] 폐렴은 폐 감염 질환으로써 환자의 생명을 구하기 위해서는 빠른 진단과 개입 조치를 필요로 한다. 이에 한 연구팀이 10초 내에 폐렴을 신속하게 감지할 수 있는 AI 구동 시스템을 개발했다.

인터마운틴 헬스케어와 스탠포드대학 연구팀이 새로 개발한 이 AI 시스템을 테스트한 결과, 정확한 확률로 10초 내 폐렴을 진단할 수 있었다.

신속한 폐렴 진단을 위해 고안된 AI 시스템

폐포에 감염이 유발돼 염증이 생긴 후 고름 또는 체액이 축적되면 폐렴으로 이어지고, 기침과 고열, 오한, 호흡 곤란 같은 증상을 보인다. 하지만 임상 증상은 경증에서 중증으로 매우 다양하게 나타날 수 있기 때문에 합병증을 예방하기 위해서는 정확하고 신속한 진단이 필요하다.

스탠포드대학 연구팀은 임상의를 도와 폐렴 환자의 생명을 구할 방안을 조사했다. 연구팀은 질병 증상을 정확하게 확인하기 위해 인공지능을 도입했으며 흉부 X레이를 통해 수집한 데이터를 분석할 수 있는 시스템을 개발했다. 이 AI는 폐렴 존재 유무를 가려내 10초 내로 X레이 결과를 전달한다.

'첵스퍼트'로 폐렴 유무를 확인할 수 있게 됐다(사진=123RF)

연구팀은 ‘첵스퍼트’라는 명칭의 이 AI 시스템을 개발하기 위해 총 18만 8,000가지의 흉부 영상 연구를 사용했다. AI 시스템은 이 데이터를 통해 폐렴 증상 유무를 토대로 흉부 X레이 간의 차이점을 구분할 수 있게 됐다. 그러나 이 AI 모델이 환자들의 미세한 차이점을 구분할 수 있도록 다양한 임상 환경에서 적용할 필요가 있는 것으로 보인다.

연구팀은 이번 연구를 위해 유타 주 시민들의 데이터를 사용했다. 그리고 인터마운틴 헬스케어가 제공한 추가 영상 6,923개를 활용했다. AI는 이 이미지를 사용해 유타 주 시민들의 고유한 폐 특징을 인식할 수 있게 됐다.

제레미 어빈 박사는 “자동으로 폐렴을 진단할 수 있는 딥 러닝 알고리즘을 개발하고 있다. 초기 연구에서 알고리즘이 폐렴 환자를 구분할 수 있다는 가능성을 입증했다”며 “폐렴 진단 정확성 개선부터 진단 시간 단축까지 치료 수준을 높이는 것이 이번 연구의 취지”라고 말했다.

폐렴 진단을 위한 AI 모델 정확성 테스트

일반적으로 응급실 의사들은 폐렴 의심 환자들에게 흉부 X레이 촬영을 실시한다. X레이 촬영은 간단하고 빠르지만 필름을 판독하기까지 시간이 소요된다. 

그리고 정확한 진단을 위해서는 방사선 전문의의 숙련된 경험과 기술을 요한다. 방사선 전문의가 X레이 스캔을 판독하기까지 약 20분 가량이 소요되지만 상황에 따라 더 오랜 시간이 걸릴 수 있다.

이번 연구를 위해 인터마운틴의 방사선 전문의들은 환자 461명의 흉부 X레이 영상을 판독해 폐렴 확진 여부에 대해 가능성, 불확실한 가능성, 불확실한 불가능성, 불가능성으로 분류했다. 더불어 폐의 여러 부위에서 체액이 축적되는 부폐렴 삼출액 유무 상태를 판독했다.

그 다음으로 AI 모델이 폐렴 증상이 있는 환자를 확인하고 AI 모델의 평가와 방사선 전문의의 판독 결과 중 어느 쪽이 정확한지 비교했다. 

비교 결과, AI가 방사선 전문의보다 정확성이 높은 것으로 확인됐다. 방사선 전문의가 20분에 걸쳐 판독한 것에 비해 AI 모델은 판독 결과를 내리기까지 단지 10초가 소요됐다.

이번 연구 결과로 응급실에서 첵스퍼트를 사용할 가능성이 높아졌다. 올 가을부터 인터마운틴 병원에서는 이 AI 모델을 최초로 사용할 계획이다.

이번 시스템을 개발하기 위해 18만 8,000가지 흉부 영상 연구를 사용했다(사진=123RF)

폐렴의 유병률

2017년 폐렴으로 인해 전세계 어린 아이들이 다수 사망했다. 남수단에서는 5세 이하 아동 10만 명당 527.65명이 폐렴으로 사망했고, 중앙아프리카 공화국에서는 아동 10만 명당 510.6명이 사망했다. 그리고 아시아에서는 라오스(10만 명당 300.48명)에서 발병률이 가장 높았다. 그리고 그 다음으로 미얀마 (152.58명)와 인도 (143.88명)가 뒤를 잇고 있다.

연령 측면에서는 2017년 폐렴으로 인해 사망한 256만 명 중 70세 이상이 113만 명, 50~69세 연령대에서 40만 5,835명, 15~49세 연령대에서 17만 537명, 5~14세 연령대에서 4만 3,932명, 5세 이하 80만 8,920명이었다. 데이터에 따르면, 가장 어린 연령대와 가장 고령 연령대가 폐렴에 취약한 것으로 드러났다.

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