인공지능 이용한 차세대 내시경 시스템 개발

정확도와 효율 높여 국제 학계 주목

고려대학교 안암병원 소화기내과 최혁순 교수 연구팀과 이재민 교수 연구팀이 최근 한국과학기술원(KAIST) 주재걸 교수팀과의 공동연구를 통해 내시경 시술에 인공지능과 딥러닝 기술을 접목한 새로운 내시경 영상 분석시스템을 개발해 국제 학계의 주목을 받고 있다.

내시경검사는 소화기 질환의 진단과 치료에서 매우 중요한 비중을 차지하는데, 환자들은 정확하고 안전한 시술을 위해 많은 경험과 기술을 보유한 병원으로 편중되는 경향이 있다. 또한, 검진 목적의 내시경의 경우 적절한 질 관리가 중요하게 부각되고 있다. 특히 췌담도 내시경 등의 특수 내시경시술은 복잡하고 난이도가 높아 숙련도가 높은 의료진이 있는 대학병원 위주로 시행되고 있다.

이러한 한계점을 극복하기 위해 국내 및 해외유수의 기관에서 내시경 시술의 정확도를 높이고 환자에게 최선의 치료를 제공하기 위한 기술을 개발하고 있는 가운데, 이번 공동연구를 통해 내시경 시술에 인공지능과 딥러닝을 기술을 접목해 새로운 내시경 영상 분석시스템을 개발하고 각 분야의 국제학술지에 논문을 발표하며 내시경 검사 및 치료에 새로운 방향을 제시하고 있다.

특히 인공지능 내시경 영상분석 기술은 내시경 정확도를 향상에 도움이 되어 향후 검사의 질 향상을 통해 국민보건의 증진에 이바지할 수 있을 것으로 예상된다. 또한, 국가 암검진이나 우수 내시경실 검증에도 질 관리의 기준으로 활용될 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

이번 연구들은 CNN(Convolution Neural Network; 합성곱 신경망) 기법의 딥러닝 과정을 활용해 이뤄졌다. 최혁순 교수팀은 위내시경 검사에서 영상에 따른 내시경 위치를 인공지능으로 분석했다. 

이번에 개발된 모델에서는 상부위장관 내시경 이미지를 97.58%의 정확도로 분류했고, 97.42%의 민감도와 99.66%의 특이도를 가졌으며, 양성예측도 97.5%, 음성예측도 99.6%를 나타냈다. 식도 및 위장, 십이지장의 상부 위장관에서 빈틈없고 정확한 검사가 이루어지도록 인공지능을 응용한 분석 기술을 개발한 것이다.

이재민 교수팀은 췌담도 특수내시경인 내시경적 역행성 담췌관 조영술에서 인공지능 기반으로 십이지장 유두부의 위치를 파악하고 시술 난이도를 예측하는 기술을 개발했다. 

췌담도 내시경은 숙련도가 높은 의료진이 인공지능을 학습시킨 후 십이지장 유두부의 위치 판별 및 삽관 난이도를 예측하는 고난도 시술의 안정성과 유용성을 향상시킨 기술이다. 1cm미만의 바터팽대부를 정밀도 76.2%, 재현률 78.4%로 식별하고 시술이 용이한 경우를 70% 이상의 정확도로 예측하는 등 인공지능 기술을 특수내시경 분야로 확대할 수 있는 가능성을 확인한 것이다.

최혁순 교수는 “고대안암병원 소화기내과의 연구역량이 인정받았다는 점을 기쁘게 생각하며 앞으로 인공지능뿐만 아니라 내시경용 미세수술기구 등의 다양한 분야의 연구를 진행할 것”이라고 밝혔다. 

이재민 교수는 “인공지능 연구를 통해 췌장과 담도질환의 치료에 중요한 특수내시경 시술이 더욱 발전할 수 있기를 바라며, 고대안암병원의 개발 기술이 앞으로 관련분야에서 선도적인 역할을 하도록 최선을 다하겠다”고 말했다. 

소화기내과 진윤태 과장은 “향후 의료계 및 컴퓨터 과학자, 관련 산업계의 협력을 통해 인공지능 프로그램 개발이 의료기술향상을 더욱 촉진하고 새로운 영역의 기술 개발에 앞장설 수 있을 것”이라고 기대를 표했다.