​영상진단 어려운 미세 기관지, 인공지능으로 알아낸다

서울아산병원, 인공지능 기술 이용해 2분 만에 90% 분석 성공

흉부 CT 검사 사진(좌)과 인공지능 기술을 기반으로 분석한 기관지 사진(우). 오른쪽 사진에서 파란색이 인공지능 기술이 찾아낸 기관지이고, 하얀색이 영상의학 전문가가 인공지능 분석 결과를 바탕으로 추가적으로 찾아낸 기관지다. [사진=서울아산병원 제공 ]

서울아산병원이 컴퓨터단층촬영(CT)과 같은 정밀 의료영상을 통해서도 전부 알아내기 어려운 폐 속 미세한 기관지를 인공지능으로 알아내는 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

김남국 융합의학과 교수와 서준범 영상의학과 교수는 이 같은 인공지능 기술을 자체적으로 개발하고, 흉부 CT 영상을 분석했다. 그 결과, 체내 기관지를 평균 2분 만에 약 90% 정확도로 분석했다.

천식이나 COPD(만성폐쇄성폐질환), 간질성 폐질환 등 중증 폐질환을 정확히 진단하기 위해서는 미세한 기관지까지 분석해야 한다. 공기 중 균이나 알레르기를 일으키는 물질과 싸우게 되면 벽 두께가 두꺼워지기 때문에 기관지 벽 두께를 파악하는 것이 특히 중요하다.

그러나 기관지는 나뭇가지처럼 두께가 약 1mm 미만인 기관지로까지 계속 갈라지기 때문에 의료영상에서 보이지 않는 경우가 많다. 호흡이나 심장 움직임에 따라 영향을 쉽게 받아 정확하게 그 두께를 파악하는 것도 쉽지 않다. 실제 사람이 일일이 파악하더라도 시간이 매우 오래 걸린다는 한계가 있다.

이에 따라 연구팀은 아주 미세한 기관지 구조뿐 아니라 두께까지 빠르고 정확하게 분석해내는 인공지능 기술을 직접 개발했다.

연구팀은 2.5D 합성곱신경망(CNN, Convolutional Neural Network)을 적용한 인공지능 기술을 자체적으로 개발해 폐 질환자 59명의 흉부 CT 검사 영상 자료를 인공지능에게 학습시켰다.

2.5D 합성곱신경망은 특정 물체의 가로‧세로‧높이 사진 여러 장을 종합해 3D 이미지를 만들어 학습하는 딥러닝(deep-learning) 기반 기술이다. 3D 이미지를 학습하기 때문에 다각도에서 정확하게 분석할 수 있다.

검사 영상 학습 후 연구팀은 폐 질환자 10명의 흉부 CT 검사 영상을 활용해 인공지능 기술의 유효성을 검증하고, 최종적으로 8명의 폐 질환자 흉부 CT 검사 영상으로 인공지능 기술 정확도와 분석 속도를 시험했다.

그 결과, 인공지능은 사람이 직접 하는 것 대비 90% 정확도로 기관지 벽 두께를 파악했다. 시간도 약 2분밖에 걸리지 않았다.

김남국 교수는 “여러 상황적 제약으로 의료진이 의료영상에서 100% 정확하게 모든 기관지를 찾을 수가 없는데, 사람 대비 90%의 정확도로 기관지를 2분 만에 찾아낸다는 것은 매우 정확하다고 볼 수 있다”고 말했다.

또 “인공지능 기술로 흉부 CT 검사 영상을 분석해 미세한 기관지까지 찾아낸 후 영상의학 전문가가 추가적으로 분석하면 중증 폐 질환을 더욱 빠르게 진단하고 치료할 수 있을 것으로 기대된다”고 덧붙였다.

이번 연구 결과는 세계적 의료영상 분석 분야 저널인 ‘의료 영상 분석(Medical Image Analysis, IF=5.356)’에 최근 게재됐다.