'관동맥성심장병 진단하는 AI' 英 버밍엄시립병원 이야기

관동맥성심장병을 진단하는 데에는 일반적으로 침습성 혈관 조영법이 쓰였다. 딥러닝 시스템은 X선 촬영 기계로 몸 내부의 상세한 이미지를 생성할 수 있는 CT 스캔으로 혈관 조영법을 대체할 수 있게 됐다. 
 

관동맥성심장병(CHD)는 영국과 웨일즈에서 사망 원인 2위이며 현대 영국인들 중 230만여 명을 괴롭히는 질환이지만 그 진단이 복잡하고 까다로워 애를 먹여 왔다. 

그런데 버밍엄시립병원(Birmingham City Hospital)이 미국의 의료기술 기업 ‘하트플로우(HeartFlow)’가 개발한 딥러닝 소프트웨어를 사용하여 더욱 안전하고 효율적인 CDH 진단 방법을 찾아냈다. 

캘리포니아에 위치한 하트플로우는 딥러닝 알고리즘을 이용하여 CT 스캔을 분석하고 심장과 주변 혈관들에 대한 개별화 된 3D 모델을 제작하여 혈전이 혈류에 미치는 영향을 이미지화하는 툴을 개발해 냈다. 의사들은 결과를 참조하여 심장에 충분한 혈류가 공급되고 있는지를 판단할 수 있다. 

CHD 진단은 일반적으로 침습성 혈관 조영법을 사용한다. 이는 사타구니, 손목 또는 팔을 절개한 후 해당 동맥까지 카테더를 삽입하여 혈관을 검사하는 방식이다. 그런 다음 얇은 철사가 카테더 아래로 유도되어 풍선을 동맥의 영향을 받은 부분으로 전달하고, 그다음 혈류를 더 자유롭게 흐르게 한다. 그러고 나서 피가 어떻게 흐르는지 보기 위해 염료를 주입한다. 경우에 따라 동맥을 열어 두는 영구 스텐트, 즉 철사관을 삽입하기도 한다. 일반적인 부작용으로는 출혈이나 멍이 들지만 심할 경우 알레르기 반응, 동맥 손상, 심장마비, 뇌졸중이나 사망의 가능성도 있다.

하트플로우는 X선 기계를 사용하여 몸 내부의 상세한 이미지를 생성할 수 있는, 더 저렴하고 안전하며 빠른 절차인 CT 스캔으로 혈관 조영법을 대체한다. 스캔 결과 CHD가 확진되면 그 데이터는 병원 시스템에서 클라우드로 안전하게 업로드되고, 이후 캘리포니아의 하트플로우 본사로 전송된다. 여기서 소프트웨어가 이미지를 분석한다. 그런 다음, 혈류에 대한 컬러 코딩된 디지털 3D 모델을 만들어 의사에게 보내 환자에게 최선의 치료를 결정할 수 있도록 한다.

이 소프트웨어는 버밍엄시립병원에서 그 가치를 톡톡히 증명하고 있다. 시립병원 컨설턴트 중재 심장 전문의 데릭 코놀리 박사는 <컴퓨터월드UK>와 만나 인터뷰하던 날만 해도 벌써 3개의 심장 CT 스캔을 하트플로우로 보냈다고 밝혔다. 

그는 "이 절차를 통해 예전 같으면 별수 없이 수술대에 올라야 했을 환자들이 이제는 외래로 진료를 받을 수 있다"고 말했다. 

유럽 심장 저널(European Heart Journal)에 게재된 한 연구에 따르면, 하트플로우를 사용하고 난 뒤 의사들은 담당 환자 중 2/3에 대한 관리 계획을 바꾸거나 재고하게 되었다. 다시 말해 어떤 환자들은 관상동맥 스텐트 또는 우회술을 피할 수 있게 되었고, 원래는 약물만을 복용하는 것으로 끝났을 환자들이 사실은 수술이 필요한 환자였다는 사실을 알게 된 것이다. 

코놀리 박사는 "병원에서 하는 검사 중에 스캔이 정상적으로 이루어지는 경우도 많다. 하지만 검사 결과 혈관 조영술이나 스텐트, 또는 우회술이 필요한 환자도 적지 않다"고 설명했다.

이어서 "하트플로우는 검사 시 혈관이 좁아지는 부분이 혈류를 제한하는지 아닌지를 판단하는 데 도움을 준다. 여기서는 육안으로만 판단해서는 부족하기 때문에 이러한 기술의 역할이 절실하다. 우리는 과거 침습성 혈관 조영술을 통해서도 이 사실을 절감했고, 하트플로우 검사에서도 이는 여전히 사실이다. 하트플로우 소프트웨어는 어떤 환자에게 스텐트가 필요하고, 또 어떤 환자에게 약물 처방을 해야 하는지 결정을 내리는 데 도움을 주며, 이는 과거 방식에 비해 엄청난 발전이 아닐 수 없다"고 덧붙였다.
 
하트플로우 개발 과정
하트플로우를 개발한 것은 기계공학자 찰스 테일러와 혈관 수술 전문가 크리스토퍼 자린 박사였다. 이 두 사람이 하트플로우 시스템을 상용화하는 데에는 11년이라는 시간이 걸렸다. 

심장은 시시각각 운동하는 장기이기 때문에 실시간 스캔이 까다로웠지만, 최근 컴퓨팅 파워의 증가로 이러한 장벽을 극복할 수 있었다.

뿐만 아니라 인공지능 기술을 적용하였기 때문에 사용하면 할수록 정확도와 효율성이 높아진다. 코놀리 박사에 따르면, 버밍엄시립병원에서는 지금까지 하트플로우 시스템을 약 100회가량 사용했다. 

"이 100번의 스캔을 통해 수술이 필요한지 아닌지 모호한 경계선에 서 있던 환자 중 70%가량이 불필요한 혈관 조영술을 피할 수 있었다. 다시 말해 환자 100명 중 70명은 수술이 필요하지 않았다는 뜻이며, 이는 엄청난 성과가 아닐 수 없다"고 코놀리 박사는 전했다.

이어서 "그러나 한편으로는 우리가 그만큼 스텐트를 필요로 하지 않는 사람들을 식별해 내기 위해 많은 시간을 소모해 왔다는 이야기도 된다. 그 시간을 정말로 스텐트 시술이 필요한 이들에게 써도 모자랄 텐데 말이다. 하트플로우 시스템은 정말로 치료가 필요한 환자와 그렇지 않은 환자를 구분할 수 있게 도와주기 때문에 효과적인 운영이 가능하다"고 이야기했다. ciokr@idg.co.kr