5분 만에 '환자 맞춤' AI 모델…수술 X선 영상 3차원으로

수술 중 촬영한 2차원 X선 영상을 환자 맞춤형 인공지능(AI) 모델로 3차원 내비게이션처럼 바꾸는 기술이 나왔다. 모델 생성에 걸리는 시간은 5분에 불과하다.

26일(현지시간) 국제학술지 네이처(Nature)에 발표된 연구에 따르면 미국 매사추세츠공과대학(MIT) 등 연구진은 'X선-체적 정합'(X-ray volume registration) 기술인 'xvr'을 개발했다.

이 기술은 환자 본인의 수술 전 컴퓨터단층촬영(CT)이나 자기공명영상(MRI)을 바탕으로 물리 시뮬레이션을 통해 합성 X선 영상을 대량 생성한다. 연구진은 이를 "가상의 X선 촬영기"라고 설명했다. 초당 약 1000장의 합성 영상을 만들 수 있다.

이 합성 영상으로 신경망을 학습시켜 수술 중 실제 X선 영상을 수술 전 3차원 체적과 정확히 정합한다. 다만 처음부터 학습하면 환자당 약 12시간이 걸려 응급 상황에 쓰기 어렵다.

이에 연구진은 2000명 이상의 전신 3차원 스캔 데이터로 기초 모델을 먼저 훈련했다. 새 환자가 오면 본인의 합성 X선 영상으로 기초 모델을 미세 조정하는 방식으로 약 5분 만에 적응을 마친다. 정확도는 처음부터 학습한 경우와 비슷했다.

연구진은 5개 병원과 수십 종의 뼈·장기, 성인과 소아를 아우르는 역대 최대 규모의 실제 X선 2차원·3차원 정합 평가를 진행했다. 그 결과 정확도는 기존 방식보다 한 단계 높은 아밀리미터(sub-millimeter) 수준으로 나타났고, 정합 속도는 초 단위로 응급 수술 요건을 충족했다.

비벡 고팔라크리슈난 박사는 미국 인구 상당수가 비침습적 중재 시술이 가능한 병원에서 차로 1시간 이상 떨어진 곳에 산다고 지적했다. 그는 급성 허혈성 뇌졸중의 경우 1분마다 약 190만 개의 뇌세포가 돌이킬 수 없이 죽는다며 xvr이 시술 문턱을 낮춰 지방 병원 의사도 안전하게 혈관 내 중재술을 할 수 있게 되면 공중보건적 의미가 크다고 말했다.

연구진은 xvr을 오픈소스로 공개했으며 수술 로봇 기업 및 임상 연구진과 협력해 상용화를 추진 중이다.