미국 카네기멜론대학교와 인도 마니팔대학교 공동연구진이 스마트폰으로 자궁경부암을 진단할 수 있는 인공지능(AI) 시스템을 개발했다. 이 기술은 의사가 없는 시골 지역에서도 보건요원이 간단히 사용할 수 있어 의료 사각지대 해소에 기여할 것으로 기대된다.

자궁경부암은 전 세계 여성에게 네 번째로 많이 발생하는 암으로, 2020년 약 34만 2천 명이 사망했다. 특히 저소득 국가에서 전체 사망자의 90%가 발생하는데, 이는 검진 시설과 의료진 부족 때문이다. 하지만 자궁경부암은 조기에 발견하면 치료가 가능한 암이어서 효과적인 검진 방법이 절실히 필요한 상황이다.

식초로 암세포 찾는 검사, 이제 AI가 자동으로 판독한다

연구진이 개발한 시스템은 '아세트산 육안검사(VIA)'라는 방법을 자동화했다. 이 검사는 자궁경부에 3~5% 농도의 식초(아세트산)를 발라서 이상이 있는 부위가 하얗게 변하는 것을 눈으로 확인하는 방식이다. 기존에는 숙련된 의사가 직접 봐야 했지만, AI가 사진을 분석해서 자동으로 판단하게 됐다.

이 검사법은 비용이 저렴하고 결과를 바로 알 수 있어 가난한 나라에서 많이 사용된다. 하지만 의사의 경험에 따라 결과가 달라질 수 있다는 단점이 있었다. AI를 사용하면 이런 주관적 판단의 문제를 해결하고, 의사가 아닌 보건요원도 검사를 할 수 있게 된다.

가벼운 AI 모델로 스마트폰에서도 작동

개발된 AI 시스템은 두 단계로 나뉜다. 첫 번째 단계에서는 'EfficientDet-Lite3'라는 AI가 사진에서 자궁경부 부분을 찾아낸다. 두 번째 단계에서는 'MobileNetV2'라는 다른 AI가 그 부분에 암이나 전암 상태가 있는지 판단한다.

연구진은 스마트폰에서도 빠르게 작동할 수 있도록 가벼운 AI 모델을 선택했다. 첫 번째 AI는 4.3메가바이트, 두 번째 AI는 0.7메가바이트 크기로 작아서 일반 스마트폰에서도 문제없이 돌아간다. 특히 MobileNetV2는 기존 방식보다 9배나 효율적인 계산 방법을 사용해서 배터리 소모도 적다.

기존 검사보다 훨씬 정확한 98% 암 발견율

연구진은 인도 카스투르바 의과대학, 미국 국립보건원, 국제암연구소에서 모은 1,490장의 자궁경부 사진으로 AI를 훈련시켰다. 143장의 테스트 사진으로 성능을 확인한 결과, 전체 정확도 92.31%, 암 발견율(민감도) 98.24%, 정상 판별율(특이도) 88.37%를 기록했다.

이는 기존 검사법들보다 훨씬 우수한 성능이다. 가장 널리 사용되는 자궁경부암 검사인 '팝 스미어' 검사의 암 발견율이 55.5~80%인 반면, 이 AI 시스템은 98.24%로 거의 모든 암을 놓치지 않고 찾아낸다. HPV 검사는 95%의 발견율을 보이지만 비용이 비싸고 실험실이 필요한 반면, 이 시스템은 저렴하고 현장에서 바로 결과를 알 수 있다.

'사키-마니팔' 전용기기로 오지 의료 혁신

연구진은 '사키-마니팔(Sakhi-Manipal)'이라는 이름의 전용 기기도 개발했다. 이 기기는 자궁경부 사진을 찍을 수 있는 스마트폰 형태로, 길이 15.9cm, 너비 7.6cm, 두께 0.9cm, 무게 198g으로 휴대하기 편하다. 인터넷이 없어도 작동하고, 환자 정보 보안을 위해 와이파이 기능을 꺼두었다.

기기는 두 가지 방식으로 사용할 수 있다. '초보자 모드'에서는 사진을 찍으면 AI가 자동으로 분석해서 결과를 보여준다. '전문가 모드'에서는 의사가 먼저 진단을 입력한 후 AI 결과와 비교할 수 있어 진단 보조 도구로 활용된다. 또한 환자 기록을 저장해두어 나중에 전문의 의견을 구할 때도 사용할 수 있다.

FAQ

Q: 이 AI 검사는 기존 자궁경부암 검사와 뭐가 다른가요?

A: 기존 팝 스미어나 HPV 검사는 실험실에서 분석해야 해서 결과를 받는 데 시간이 걸립니다. 하지만 이 AI 시스템은 현장에서 바로 결과를 확인할 수 있고, 의사가 아닌 간단한 교육을 받은 보건요원도 검사할 수 있어 의료진이 부족한 지역에서 특히 유용합니다.

Q: AI 진단 결과를 얼마나 믿을 수 있나요?

A: 이 연구에서 AI는 98.24%의 확률로 암을 정확히 찾아냈습니다. 이는 기존 팝 스미어 검사(55.5-80%)보다 훨씬 높은 수치입니다. 다만 정상인데 이상으로 판정하는 경우가 11.63% 있어서, 양성 판정이 나오면 추가 검사가 필요할 수 있습니다.

Q: 이 기술은 언제, 어디서 먼저 사용될까요?

A: 의료시설이 부족한 저소득 국가의 농촌 지역에서 우선 도입될 예정입니다. 세계보건기구가 목표로 하는 '모든 여성이 평생 두 번 이상 자궁경부암 검진 받기'를 실현하는 데 큰 도움이 될 것이며, 특히 아프리카와 아시아의 오지에서 효과가 클 것으로 기대됩니다.

해당 기사에 인용된 논문 원문은 arvix에서 확인 가능하다.

논문 명: Automated Cervical Cancer Detection through Visual Inspection with Acetic Acid in Resource-Poor Settings with Lightweight Deep Learning Models Deployed on an Android Device

이미지 출처: 이디오그램 생성

해당 기사는 챗GPT와 클로드를 활용해 작성되었습니다.