"의사도 의견 갈렸는데"….30초만에 치매 알아낸 AI[빠정예진]

[서울=뉴시스] 류난영 기자 = "알츠하이머병(치매)이 의심되면 뇌 양전자단층촬영술(PET) 검사를 진행하는데, 핵의학과 전문의의 시각적 판독이 핵심입니다. 알츠하이머병 초기에는 판독자 간 해석 차이가 생길 수 있고, 환자의 뇌 위축이 심한 경우에는 정량 분석이 더욱 까다로워 판독이 어려울 수 있습니다. 하지만 AI(인공지능) 솔루션을 활용하면 MRI(자기공명영상) 영상이 없어도 30초 안에 진단이 가능합니다."

60대 여성 이모씨는 일상에서 깜박하는 일이 잦아지는 등 최근 기억력이 부쩍 나빠졌다는 생각에 병원을 방문했다. 의료진은 알츠하이머병(치매) 진단을 위해 아밀로이드 PET 검사를 시행 했고, PET 영상에서 아밀로이드 축적이 의심되는 소견을 보였지만 정확한 수치를 확인할 수 없어 이 검사만으로는 알츠하이머병으로 진단하기는 어려웠다.

하지만, 의료진이 AI 기반 뇌 PET 영상분석 솔루션인 'BTXBrain'를 돌려본 결과 뇌 아밀로이드 침착 정도를 나타내는 센틸로이드 수치가 100으로 측정됐다. 알츠하이머병은 비정상적인 아밀로이드 단백질이 뇌에 축적되는데, 센틸로이드 수치가  0에 가까울 수록 알츠하이머병과 무관하며 100은 알츠하이머병이 발병한 환자의 평균이다.

이씨는 이후 알츠하이머병으로 진단받아 알츠하이머병 표적 치료제인 레카네맙 치료를 시작했다. 치료 1년 후 시행한 추적 PET에서는 아밀로이드 축적이 이전보다 감소한 소견을 보였고, BTXBrain 정량 분석에서도 센틸로이드 수치가 41로 감소했다.

의료 AI 전문기업 브라이토닉스이미징이 개발한 AI 기반 뇌 PET 영상분석 솔루션 'BTXBrain'의 환자 사례다. 브라이토닉스이미징은 이재성 서울대병원 핵의학과 교수가 2016년 11월 설립한 기업이다.

BTXBrain은 뇌 PET 영상을 AI 기술을 이용 자동 분석해, 치매 및 각종 뇌질환의 영상 바이오마커를 객관적인 수치와 시각적 결과로 제공하는 소프트웨어다. 2022년 말 국내 의료기기 판매 허가를 취득했고 지난해엔 미국 식품의약국(FDA) 허가를 받았다.

알츠하이머병과 관련된 아밀로이드 PET 분석에서는 영상 판독을 보조하고, 진단 및 치료 의사결정에 필요한 정량 정보를 신속하게 제공하는 데 목적이 있다.

뇌 PET은 CT(컴퓨터단층촬영)나 MRI와 달리 아밀로이드 단백질 축적, 뇌 포도당 대사 저하, 타우 단백질 축적, 도파민운반체 변화 등 각종 뇌질환과 관련된 생체 변화를 비침습적으로 보여주는 검사다. 알츠하이머병과 파킨슨병과 같은 질환의 신경세포 기능 이상을 확인할 수 있어 조기 진단에 활용된다. 

다만 기존의 정량 분석은 PET 영상과 MRI를 정합하고, 표준 뇌 공간에 맞춘 뒤 관심영역별 수치를 산출하는 등의 여러 단계가 필요해 실제 진료 현장에서 널리 활용하기에는 시간과 전문성이 요구됐다.

반면 BTXBrain은 PET 영상 자체를 입력으로 받아 AI 기반 공간정규화 과정을 수행하는 방식이다. 환자마다 다른 뇌의 크기·형태와 위축 정도를 고려해 영상을 표준 뇌 공간에 정렬한 뒤, 미리 정의된 뇌 영역별로 방사성의약품 섭취 정도를 자동 정량한다. 별도의 MRI가 없어도 분석이 가능하며 약 30초 안에 알츠하이머병 진단이 가능하다.

아밀로이드 PET의 경우에는 대뇌피질 주요 영역의 아밀로이드 섭취 정도와 기준 영역 대비 섭취비(SUVR) 등을 산출하는데, 의료진은 원본 PET 영상, 표준화된 영상, 영역별 정량 결과 및 요약 보고서를 함께 확인할 수 있다.

AI가 영상 판독과 임상 증상, 인지기능검사, 혈액·뇌척수액 검사 등과 함께 종합 판단할 수 있는 객관적 영상 정보를 제공한다.

BTXBrain은 아밀로이드 PET 외에도 FDG PET, Tau PET, DAT PET 및 뇌관류 영상 분석 모듈을 갖추고 있어 알츠하이머병뿐 아니라 파킨슨병 등 다양한 뇌질환의 정량 영상 분석에 활용될 수 있다.

이재성 브라이토닉스이미징 대표(서울대병원 핵의학과 교수)는 "기존의 뇌 PET 판독은 핵의학과 전문의의 시각적 판독이 핵심이었다"며 "그러나 초기 또는 경계 영역의 변화는 판독자 간 해석 차이가 생길 수 있고, 환자의 뇌 위축이 심한 경우에는 관심영역 설정과 정량 분석이 더욱 까다로울 수 있는데, BTXBrain이 의료진의 판단을 보조해 준다"고 말했다.
 
환자 입장에서는 '영상에서 이상이 보인다'는 설명에 더해, 어느 뇌 영역에서 어떤 변화가 관찰되는지 의료진이 보다 일관되고 구체적으로 알 수 있다는 점이 장점이다. 최근 알츠하이머병의 표적 치료가 도입되면서, 아밀로이드 축적 여부를 정확히 평가하고 이후 변화를 추적하는 중요성도 더욱 커지고 있다.

정확도도 높다. 아밀로이드 PET 150건을 대상으로 AI 기반 정량 분석과 핵의학 전문의의 시작적 판독을 비교한 결과 BTXBrain은 아밀로이드 양성·음성 판별에서 97.9%의 예측 정확도(ROC-AUC)를 보였다. 민감도는 98.3%, 특이도는 92.1%였다.

민감도는 알츠하이머병에 걸린 환자를 정확히 판정할 확률이고, 특이도는 알츠하이머병 환자가 아닌 일반인을 알츠하이머병이 아닌 것으로 판정할 확률이다

또 BTXBrain은 PET 영상만으로 공간정규화와 정량 분석을 평균 약 29초에 수행한 반면, 비교 방법은 MRI 정합 등을 포함해 10분 이상 소요됐다. 특히 고령 환자에서 흔한 뇌 형태 변화가 심한 영상에서도 안정적인 정량 분석 결과를 내놓을 수 있다.

환자가 알츠하이머병으로 진단하기 모호해 전문의별로 다른 소견을 보였던 경우에도 이 솔루션이 유용하게 활용됐다.
 
아밀로이드 PET은 핵의학과 전문의의 시각적 판독을 통해 양성 또는 음성을 판단하지만, 실제 임상에서는 아밀로이드 축적 여부가 모호한 경계성 소견으로 판독에 확신을 갖기 어려운 경우가 있다. 이처럼 판단이 모호한 경우에는 BTXBrain이 제공하는 뇌 영역별 정량값과 SUVR, 센틸로이드 등의 객관적 정보가 유용하게 활용됐다.

실제 다기관 연구의 한 참여 기관에서는 BTXBrain의 정량 정보를 활용한 뒤 두 판독자의 판독 일치율이 77%에서 84%로 높아졌고, 확신을 갖고 판독한 비율도 74%에서 92%로 증가했다. 이는 BTXBrain의 정량 정보가 판독이 어려운 상황에서 보다 확신 있는 판단을 지원할 수 있음을 보여준다.
 
유현지 서울대병원 핵의학과 교수는 "AI 기반 PET 정량 분석은 전문의의 판독을 대신하는 기술이 아니라, 영상에서 관찰되는 변화를 객관적인 수치로 확인하고 진료 의사결정을 보조하는 도구"라며 "특히 초기 또는 경계 소견 환자에서 시각 판독을 보완하고, 치료 전후 변화를 일관되게 추적하는 데 도움이 될 수 있다"고 말했다.


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