[헬스코리아뉴스 / 박민주] 망막의 미세한 혈관 변화를 관찰해 관상동맥 석회화 지수를 예측하고, 이로부터 새로운 심혈관질환 발생 위험을 예측하는 AI 알고리즘이 국내외 합동 연구진에 의해 개발됐다.

연구팀에 따르면, 이번에 개발된 AI 알고리즘은 망막 사진으로부터 산출된 AI 위험지수가 심장 CT 검사로 얻어지는 관상동맥 석회화 지수와 동등한 성능으로 미래 심혈관질환 발생위험을 예측하는 것으로 나타났다. 나아가 연구팀은 이 AI 알고리즘을 국내 및 싱가포르, 영국에서 수집된 다인종 코호트 데이터로 검증했다.

이번 AI 알고리즘 개발 연구에는 연세대 의대 예방의학교실 김현창 교수, 세브란스병원 심장내과 박성하 교수, 안과 김성수 교수, 강남세브란스병원 심장내과 이병권 교수, 싱가포르 Duke-NUS 의과대학 임형택 교수, 국내 스타트업 메디웨일, 필립메디컬센터 등이 함께 참여했다.

이상지질혈증은 국내 성인 5명 중 2명이 앓고 있을 정도로 유병률이 높으며 최근 꾸준히 증가하고 있다. 이상지질혈증 치료에는 지질 강하 치료가 일반적인데, 치료의 첫 단계는 ‘심혈관질환 위험도’를 평가하는 것이다. 이 중 중증도 위험군 환자에서 치료 결정이 어렵거나, 확실한 위험 평가가 필요할 때 심장 CT 검사를 수행하고 ‘관상동맥 석회화 지수’를 산출한다. 검사를 통해 관상동맥에 침착된 칼슘의 양을 측정・수치화해 향후 심근경색이나 협심증 등 관상동맥질환의 발생 여부를 예측한다. 

관상동맥 석회화 지수는 심혈관질환 발생위험을 가장 잘 예측하는 비침습적 심혈관 위험도 검사인데, 심장 CT의 비용이 비싼 편인 데다 국내 일반 건강검진에서는 대부분 빠져있는 실정이었다. 

한편 ‘망막’은 인체 장기 중 유일하게 동맥과 정맥을 직접 의사가 관찰할 수 있는 곳이다. 1990년대 망막에서 출혈, 부종, 혈관 이상이 있으면 심혈관질환과 연관이 있다는 연구 결과가 발표된 바 있다.

이에 이번 연구의 컨소시엄은 지난 2018년부터 ‘관상동맥 석회화 지수’와 ‘망막’ 간의 연관성을 파악하기 위해 AI 딥러닝을 적용, 간단하고 비침습적이면서 방사선 노출 위험이 없는 심혈관 위험도 평가 방법에 대해 연구를 진행해왔다.

연구팀은 알고리즘 개발을 위해 연세대 세브란스병원과 강남세브란스병원의 건강검진 자료 중에서 디지털 망막 사진에 비식별화 작업을 거쳐 활용했다.

이후 메디웨일은 딥러닝 기법들을 적용해, 망막 사진으로부터 관상동맥 석회화 지수 유무를 판정하는 알고리즘을 개발했다. 나아가 이를 기반으로 한 심혈관 위험평가 소프트웨어 AI 의료기기 ‘DrNoon for CVD’를 개발했다. 이 의료기기는 망막 AI 검사를 통해 심혈관질환 발생을 3개 군(저위험/중위험/고위험군)으로 나누고 의료진에게 치료 근거를 제시한다.

연구팀은 개발한 알고리즘의 신뢰성을 높이기 위해 환자 정보를 디지털화해 보존하는 필립메디컬센터에서 외부검증도 거쳤다. 위험평가 도구의 검증에는 세브란스병원 심장내과 박성하 교수팀의 전향적 코호트 ‘심뇌혈관질환 고위험군 맞춤 예방’ 자료를 활용했다.

검증 결과, 망막 검사에서 ‘고위험’으로 판정받은 환자군과 관상동맥 석회화 지수 검사에서 ‘고위험’으로 확인된 환자군이 동등하게 심혈관질환 및 사망이 발생한 것으로 나타났다.

나아가 연구팀은 싱가포르에서 중국・말레이시아・인도인을 대상으로, 영국에서는 4만 8000여 명의 UK 바이오뱅크 자료를 활용해 검증 절차를 거쳐 임상 현장에서 위험평가 도구가 적용될 수 있다는 것을 확인했다.

또한 연구팀이 개발한 위험평가 도구는, 미국심장학회 고지혈증 치료지침에서 중등도 위험군 환자 중 치료 효과가 있을 것으로 예상하는 환자를 선별하는데 심장 CT 검사 대신 망막 촬영이 활용될 수 있다는 근거가 되기도 했다.

안과 김성수 교수는 “망막 사진은 안과에서 쉽게 촬영할 수 있기 때문에 진단 솔루션을 도입할 경우 안과가 일종의 간이 건강진단 센터로서의 역할을 하게 될 것”이라며 “심장내과나 다른 일차 진료 기관에서도 이를 확인해 심혈관질환의 위험이 큰 환자를 조기 발견할 수 있다면, 장기적으로 필수적인 검사 수단으로 보급될 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 세계적 의학 학술지 ‘The Lancet’의 자매지인 ‘The Lancet Digital Health(IF 24.519)’에 게재됐다. 연구 제목은 ‘망막 사진으로부터 예측된 관상동맥 석회화 지수를 활용한 딥러닝 기반 심혈관질환 발생 위험도 평가’다.  

한편, 해당 알고리즘은 최근 유럽에서 품목허가 인증을 받았고 싱가포르에서는 인증 마무리 단계를 거치고 있다. 국내에서는 지난 2020년 12월 혁신 의료기기로 지정돼 산업화 단계를 밟고 있다.

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