미국 노스웨스턴대학교 연구팀이 MRI 사진을 보고 췌장암 위험을 예측하는 인공지능(AI) 시스템 'Cyst-X'를 개발했다. 이 AI는 췌장에 생긴 물혹을 분석해 나중에 암으로 발전할 가능성이 얼마나 되는지 판단한다.

연구진은 미국, 터키, 네덜란드 등 7개국 병원과 협력해 764명 환자의 MRI 검사 결과 1,461건을 AI 학습에 활용했다. 여기서 주목할 점은 각 병원이 환자의 개인정보를 다른 병원과 공유하지 않고도 함께 AI를 개발할 수 있는 방법을 사용했다는 것이다.

개발된 AI는 82.37%의 정확도를 보여 현재 의사들이 사용하는 진단 기준(75%)보다 7% 높은 성능을 달성했다. 현재 췌장 물혹 때문에 수술받는 환자의 65-75%가 실제로는 위험하지 않은 경우인데, 이 AI를 활용하면 불필요한 수술을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

MRI에서 췌장 찾기 89% 성공률로 기존 AI보다 13% 향상, "숨은 장기도 정확히 발견"

이 AI 시스템에서 가장 먼저 하는 일은 MRI 사진에서 췌장이 어디 있는지 찾는 것이다. 췌장은 위, 간, 십이지장 등 다른 장기들에 둘러싸여 있어 찾기가 매우 어려운 장기다. 연구진이 개발한 'PanSegNet'이라는 AI는 이 어려운 작업에서 89%의 성공률을 기록했다. 이는 현재 가장 많이 사용되는 의료용 AI보다 13% 높은 성능이다.

이 AI가 특별한 이유는 기존 방식보다 계산을 훨씬 빠르게 하면서도 정확도는 더 높였다는 점이다. 마치 복잡한 수학 문제를 푸는 새로운 공식을 찾아낸 것과 같다. 정확한 췌장 위치 찾기가 중요한 이유는 이후 암 위험도 판단에 직접 영향을 주기 때문이다. 실제로 정확한 췌장 찾기 AI를 사용했을 때는 74%의 정확도를 보인 반면, 성능이 떨어지는 AI를 사용했을 때는 69%에 그쳤다.

경력 4-7년 전문의 3명과 겨뤄 승리, "보수적 진단하는 의사보다 균형잡힌 판단"

연구진은 이 AI의 실력을 확인하기 위해 복부 영상 전문의 3명(경력 4-7년)과 직접 비교했다. 의사들은 실제 진료 상황과 똑같이 환자의 다른 정보는 모르고 오직 MRI 사진만 보고 판단했다. 그 결과 AI가 "위험하지 않다"고 판단하는 경우에서 94.66%의 정확도를 보여 의사 평균 93.91%를 앞섰다. "위험하다"고 판단하는 경우에서도 AI는 47.18%로 의사 평균 46.01%보다 높았다.

흥미로운 점은 한 의사는 안전한 경우를 97%나 정확하게 맞췄지만, 위험한 경우는 32%만 맞췄다는 것이다. 이는 의사가 "혹시 모르니 안전하게 판단하자"는 보수적 성향을 보이기 때문이다. 반면 AI는 두 경우 모두 비슷한 수준의 정확도를 보여, 실제 병원에서 더 균형잡힌 판단을 할 수 있을 것으로 평가됐다. 연구진은 AI가 어느 부분을 보고 판단했는지 의사가 확인할 수 있는 기능도 함께 개발했다.

개인정보 보호하며 병원 간 협업 성공, 중앙집중식 대비 1-2%만 성능 저하

이번 연구에서 가장 혁신적인 부분은 각 병원의 환자 데이터를 공유하지 않고도 함께 AI를 개발한 것이다. 마치 여러 요리사가 자신의 비법 레시피는 공개하지 않으면서도 함께 새로운 요리를 만들어낸 것과 같다. 이 방식으로 개발한 AI는 모든 데이터를 한 곳에 모아서 만든 AI와 비교해 단 1-2%만 성능이 떨어졌다. 환자의 개인정보를 완벽히 보호하면서도 거의 같은 수준의 AI를 만들 수 있다는 것을 증명한 것이다.

다만 췌장을 찾는 작업에서는 이 방식을 사용할 때 7-8% 정도 성능이 떨어져, 이 부분의 개선이 필요한 것으로 나타났다. 하지만 전체적으로는 의료정보 보호라는 중요한 목표를 달성하면서도 효과적인 AI 개발이 가능함을 보여준 의미 있는 성과다.

임상 현장 도입까지 추가 연구 필요, 세계 최초로 연구 데이터 전면 공개

연구진은 이 AI가 췌장 물혹 환자의 치료 방침 결정에 직접 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다고 밝혔다. 특히 현재 의학 기준으로도 판단하기 어려운 애매한 경우에 유용할 것으로 예상된다. 하지만 실제 병원에서 사용하기 위해서는 더 많은 임상 시험이 필요하다. 또한 의사들이 쉽게 사용할 수 있는 프로그램 개발과 MRI 검사 결과뿐만 아니라 혈액검사, 유전자 검사 등과 결합한 연구도 필요한 상황이다.

연구진은 이번에 개발한 모든 데이터와 AI 프로그램을 세계 최초로 무료 공개한다고 발표했다. 다른 연구자들이 이를 활용해 더 나은 췌장암 진단 기술을 개발할 수 있도록 하기 위해서다.

FAQ

Q: 췌장 물혹이 왜 위험한가요?

A: 췌장에 생기는 물혹 중 일부는 시간이 지나면서 췌장암으로 발전할 수 있습니다. 실제로 췌장암의 15-20%가 이런 물혹에서 시작되므로, 조기에 발견해 적절히 치료하는 것이 생존율 향상에 매우 중요합니다.

Q: 기존 진단법과 AI 진단의 차이점은?

A: 현재 의사들이 사용하는 진단 기준은 75% 정확도인데, 이번에 개발된 AI는 82%로 7% 더 정확합니다. 특히 위험한 병변을 놓치는 경우가 36%에서 12%로 크게 줄어들어, 치료 시기를 놓치는 환자를 대폭 줄일 수 있습니다.

Q: 이 AI를 실제 병원에서 언제 쓸 수 있나요?

A: 연구진은 이번 연구 결과와 데이터를 공개했지만, 실제 병원에서 사용하려면 더 많은 임상 시험과 의료기기 승인 과정이 필요합니다. 앞으로 몇 년 더 연구가 진행될 예정입니다.

해당 기사에 인용된 논문 원문은 arvix에서 확인 가능하다.

논문 명: Cyst-X: AI-Powered Pancreatic Cancer Risk Prediction from Multicenter MRI in Centralized and Federated Learning

이미지 출처: 이디오그램 생성

해당 기사는 챗GPT와 클로드를 활용해 작성되었습니다.