AI가 표시해준 '네모 상자'로 담낭 절제술 정확도 향상

구별 힘든 '담낭 절제 삼각' 인식‧표시해 담관 손상 막아

[최수아 기자]

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[출처 : 123RF.com]담낭 절제술을 진행할 때 환자 뱃속의 영상을 인식하는 인공지능(AI)을 활용하면 수술 위험 구역을 '빨간색 네모 상자’로 알려줘서 정밀도와 안전성을 높일 수 있게 됐다.

담낭 절제술 시 주변의 담관 손상을 일으키는 주요 원인인 '담낭 절제 삼각’ 부위를 정확하게 식별할 수 있는 AI 모델이 나온 것이다.

'담낭 절제 삼각’은 담낭에서 나오는 담낭관, 간에서 나오는 총간관, 간의 하부경계로 구성돼 있다.

한림대동탄성심병원 외과 유태석 교수 연구팀은 영상인식 AI를 이용해서 '담낭 절제 삼각’을 실시간으로 인식하는 모델을 개발했다고 20일 밝혔다.

유태석 교수는 "담낭 절제술 시 환자에게 비만이나 중증 담낭염이 있거나, 이전 수술로 유착이 생긴 경우 담관이 명확하게 보이지 않아서 다른 구조물로 오인할 수 있기 때문에 합병증 위험이 있다"며 "이번 AI 모델은 집도의에게 제2의 눈이 되어줌으로써 정밀하고 안전한 담낭 절제술 환경을 조성할 것"이라고 기대했다.

한림대동탄성심병원은 작년 3월부터 실제 이 AI 모델을 담낭 절제술에 적용하고 있다. 수술 중 담낭 절제 삼각을 정확하게 식별해서 집도의가 '안전 영역’과 '위험 영역’을 구분할 수 있도록 보조해서 △수술의 정확도 향상 △수술 시간 단축 △수술 후 담관 손상 발생률 감소에 기여하고 있다.

관련 논문은 최소침습수술 분야의 SCIE급 국제학술지 'Videosurgery and Other Miniinvasive Techniques’에 최근 게재됐다.

최근 담석증 발병이 증가해서 담낭 절제술을 받는 환자가 크게 늘고 있다. 하지만 수술 중 '담낭 절제 삼각’을 정확하게 식별하는 것은 숙련된 외과 의사에게도 쉽지 않은 일이다.

이 삼각형 구조 안으로 담낭 동맥과 쓸개 동맥이 지나간다. 집도의가 담낭 절제 삼각을 정확하게 식별하지 못해서 담관을 손상시키면 담즙 누출에 따른 치명적인 합병증이 발생할 수 있다.

실제로 해외 조사에 따르면 외과 의사의 72%가 담낭 절제술 중 담관 손상을 경험했고, 이 중 41%가 구조적인 이해의 오인에서 비롯됐다.

※ 담낭 절제 후 '식사 방법’(힐팁 DB)
-약 한 달 간 기름지고 자극적인 음식을 피한다.
-규칙적으로 식사한다.

-육류, 내장류, 생선 알, 베이컨, 햄, 소시지, 등푸른 생선 등을 줄인 저지방 식사를 한다.
-어육류를 섭취해야 할 땐 동태‧조기‧대구‧병어‧살코기 등 저지방 생선을 택한다.
-음식을 조리할 때 기름, 버터, 마가린, 마요네즈, 샐러드 드레싱 등을 사용하지 않는다.
-맵고 짠 음식과 알코올, 카페인, 탄산음료 등 자극적인 식품 섭취를 줄인다.
-인스턴트 식품을 피한다.
-우유, 커피 프림, 초콜릿, 케이크, 파이류 등을 피한다.

연구팀은 2018년부터 2021년까지 한림대의료원에서 복강경 및 로봇 담낭 절제술을 받은 환자들로부터 추출한 총 3796장의 고품질 영상 데이터를 분석했다.

특히 육안으로 구별이 어려운 '담낭 절제 삼각’ 부위를 명확히 시각화하는 '담관 조영술’ 이미지를 활용해, AI를 훈련시켰다.

개발된 AI 모델은 객체 인식 알고리즘을 기반으로 한다. 수술 중 영상 속에서 '담낭 절제 삼각’의 패턴을 실시간으로 분석해, 경계 부위를 생성한다.

AI 모델의 성능 검증 결과 평균 정확도는 86%를 기록했다. 세부적으로는 AI가 찾아낸 담낭 절제 삼각이 실제 구조물과 일치할 확률인 '정밀도’가 91%, 실제 존재하는 담낭 절제 삼각 구조물을 빠뜨리지 않고 찾아낼 확률인 '재현율’이 81%에 달해서 수술 중 실시간 보조 도구로서의 신뢰성을 입증했다.

또 이 같은 정확도는 환자의 해부학적 구조, 수술 조명의 변화 같은 다양한 조건에서도 유지됐다.

이와 관련 담낭 절제술은 비만 등 환자의 체형이나 담낭염의 심각도에 따라서 해부학적 구조가 크게 변한다. 수술 중 조명 수위나 연기 발생 등으로 시야가 제한될 때도 많다.

연구팀은 데이터를 정제하고 강화하는 기법을 통해, 이러한 조건 변화 속에서도 AI가 안정적으로 담낭 절제 삼각을 포착할 수 있도록 설계했다.

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