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바이오/의료 의료 AI - 인공지능으로 식도암 진단

  • 관리자 (irsglobal1)
  • 2019-06-26 22:12:00
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<연구의 배경>

식도암은 매년 국내에서 약 2,300여명 식도암 환자가 생기고 있으며, 진행암으로 발견되는 경우가 많으며, 진행암의 예후는 좋지 않다. 다른 암과 마찬가지로 조기에 발견하면 예후도 좋고, 내시경 절제와 같은 몸에 부담이 가지 않는 치료를 할 수 있기 때문에, 조기에 발견하는 것이 중요하다.

 

위 내시경 검진의 증가로 인해 상부 내시경 검사를 받을 기회가 증가하여, 식도암, 위암을 조기에 발견할 수 있게 되었다. 하지만 발견하기 어려운 식도암은 내시경 의사의 경험과 기량, 지식의 차이에 따라 진단의 정밀도가 달라진다. Narrow Band Imaging(NBI) 등 영상 강조 내시경이 개발됨에 따라 식도암의 조기 발견이 더욱 쉬워졌으며, 충분한 경험을 가진 내시경 의사가 NBI를 사용하면, 식도암을 찾아내는 정밀도가 높아지지만, 경험이 부족한 내시경 의사는 그렇지 못하다.

 

최근 AI에 의한 영상 인식 기술이 크게 발전하여, 인간과 비슷하거나 그 이상의 성적을 보고하고 있다. 의료 현장에서도 눈부신 발전을 보이고 있으며, 방사선 진단, 위생검 조직학적 진단 등이 보고되어 주목을 받고 있다. 우리 그룹에서도 AI에 의한 필로리균 감염 진단, 위암 진단을 한 바 있으며, 내시경 진단 지원 시스템을 실현하기 위해 노력하고 있다.

 

<AI를 활용한 내시경 검진 시스템의 개발>

일본의 공익재단법인암연구회유명병원 & ㈜AI메디칼서비스

본 연구 그룹은 AI에 기계학습을 시킴으로써 식도암을 내시경 화상을 통해 자동으로 발견하는 시스템을 개발했다. 기계학습에서는 AI에게 학습시킬 내시경 영상(교육용 데이터)이 고품질이며 대량이어야 하는데, 암연유명병원은 연간 10,000건 이상의 상부 내시경 검사, 200건 이상의 식도암 내시경 치료와 세계 최고 수준의 내시경 검사, 치료를 실시하고 있어, 방대한 내시경 영상을 가지고 있다. 이번에는 약 10,000장의 식도암 화상을 준비하여, 그 화상을 통해 전문 내시경 의사가 질 높은 내시경 화상을 선별하고, 병변의 범위를 꼼꼼하게 마킹하여 식도암 교육용 데이터를 만들었다.

그 데이터를 주식회사 AI 메디컬 서비스가 독자적으로 개발한 뉴럴 네트워크에 의한 딥러닝 시스템을 도입하여 학습시킴으로써, 내시경 진단 지원 시스템을 개발했다.

 

<내시경 진단 시스템의 평가>

1. 내시경 진단 지원 시스템의 검증용 데이터

2016년 2월부터 2017년 4월에 암연유명병원에서 내시경 검사를 실시한 식도암 환자 47명, 식도암이 아닌 사람 50명을 대상으로 한 1,118장의 내시경 화상을 사용하여, 이번 내시경 진단 지원 시스템을 검증했다.

 

2. 성적

내시경 진단 지원 시스템은 1,118장의 화상을 27초 만에 분석하여(한 장 당 0.02초), 식도암 증례의 98%(46/47)에서 식도암을 정확하게 검출해냈다. 그 중 종양 크기가 10mm 미만인 7개의 병변에서 모두 식도암을 정확하게 검출했다. 양성 적중률은 40%로 높지 않지만, 실제 임상에서도 암을 의심할 때에는 생검을 통해 진단하고 있으며, 그 양성 적중률은 5~10% 정도이기 때문에 허용 가능한 범위라 할 수 있다. 또한 식도암의 진행도 판정(표재성 식도암 및 진행성 식도암)에 있어서는 98%의 정밀도를 보여주었다.

 

<앞으로의 전망>

내시경 진단 지원 시스템의 AI는 더 많이 학습을 함으로써 진단의 정밀도를 향상시킬 수 있다. AI가 정상부위를 식도암이라고 잘못 검출한 것도 있기 때문에, 그것을 식도암이 아니라고 다시 한 번 AI에게 학습시킴으로써 개선할 수 있을 것이다. 해당 시스템을 앞으로 더욱 개량하여, 임상 평가와 실용화에 필요한 수속을 밟아, 의료 현장에서 실제로 활용할 수 있기를 바란다.

 

1. 동영상에서의 식도암 진단 정밀도 확립

이번에 교육한 AI에 의한 내시경 진단 지원 시스템의 암 진단 임계값 등 설정을 조정하여, 동영상에서의 진단 기능을 최적화할 것이다. 그런 다음 다수의 식도암을 포함한 동영상을 사용하여, 동영상에서의 AI의 진단 정밀도를 확립할 것이다.

 

2. 내시경 검사 시 실시간 진단 지원

내시경 진단 지원 시스템을 상부 내시경 검사를 할 때 연동시켜 진행하면, 검사 중에 식도암을 명시하여 암을 놓치지 않을 수 있다. 우리 그룹은 필로리균 위염 진단, 위암 발견에 대한 AI 내시경 진단 지원 시스템도 개발하고 있어, 상부 내시경 검사를 널리 지원할 목적을 갖고 있다.

 

<그림>

그림1 왼쪽 : 핑크색 식도의 점막 안에 주변보다 살짝 붉은 돌기가 있는 식도암을 찾아냈다.

그림1 오른쪽 : 초록색 네모는 내시경 의사가 암의 위치를 나타낸 것이고, 하얀색 네모는 내시경 진단 지원 시스템이 식도암을 검출한 부위이다. 이번에 개발한 내시경 진단 지원 시스템은 이렇듯 발견이 어려운 조기 식도암도 검출해냈다.

 

 

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