2년 이상 추적 관찰, 장기 예후 예측 머신러닝 AI 모델… AUROC 0.90 정확도 높아
서울대병원 융합공학과·신경외과 [Medical Informatics and Decision Making] 발표

경추척수증 수술 후 예후가 좋아도 정기적으로 불필요한 추적 관찰을 받아야 했던 환자의 불편을 줄이고, 노쇼(No-show) 문제를 해소할 수 있는 장기 예후 예측 인공지능(AI) 모델이 개발됐다.

서울대병원 융합의학과 공현중 교수(서예찬 연구원·정서이 연수생)와 신경외과 김치헌 교수 공동연구팀은 장기적으로 수술 예후가 좋은 경추척수증 환자를 선별할 수 있는 AI 알고리즘에 관한 연구 결과를 [Medical Informatics and Decision Making] 최근호에 발표했다.

경추척수증은 경추(목뼈) 부위의 신경이 압박을 받아 손상되는 질환. 손 움직임이 어렵거나 걷기가 힘들어지는 등 운동신경과 감각신경 마비를 유발할 수 있다. 치료는 척수신경이 지나는 부위(후궁)를 열어 압박을 풀어주는 '경추후궁성형술'을 실시한다. 

수술 환자는 예후를 추적 관찰하기 위해 1년 동안 수개월에 한 번, 2년부터 매년 한 번 정기적으로 외래진료를 받아야 한다.

그러나 신경기능을 빠르게 회복, 안정적으로 유지하는 환자는 정기적인 외래진료가 불필요할 수 있다. 예후가 좋은 환자는 외래진료를 예약하고도 나타나지 않는 노쇼(No-show) 문제를 발생, 다른 환자의 진료기회를 박탈하기도 한다.

서울대병원 연구팀은 인공지능(AI)을 활용, 예후가 좋은 환자를 선별함으로써 환자의 편의를 증진하고, 병원 운영의 효율성을 높이는 맞춤형 추적 관찰 모델 개발에 착수했다.

공동연구팀은 2015년 7월부터 2017년 4월까지 경추척수증으로 수술을 받은 80명의 환자를 대상으로 신경기능 회복상태를 비롯해 성별·연령·BMI·합병증·수술 전후 신경기능 등의 변수를 머신러닝 기법으로 분석, 수술 2년 후 신경기능 회복상태를 예측하는 AI 모델을 개발했다.

신경기능은 임상에서 널리 사용하는 'JOA 점수(일본정형외과학회 점수)'로 측정했다. 17점 만점에 14.25점 이상이면 신경기능이 잘 회복, 예후가 좋은 상태로 간주했다. 

AI 예후 예측 모델의 성능을 분석한 결과, 민감도 97%, 특이도 88%, 정확도 94%로 나타났다. 특히 AUROC(곡선아래면적) 수치는 0.90으로, 예후가 좋은 환자와 그렇지 않은 환자를 높은 정확도로 구별해 냈다.

예측에 대한 각 변수의 영향을 SHAP 기법으로 분석한 결과, '수술 12개월째 JOA 점수'가 가장 중요한 영향을 미친 것으로 나타났다. 아울러 ▲수술 6개월·1개월·3개월째 JOA 점수 ▲BMI ▲수술 전 JOA 점수 ▲성별 ▲연령 ▲MRI 뱀눈징후 ▲수술 전 보행상태 등의 순으로 많은 영향을 미쳤다.

추가적으로 2020년 9월부터 2022년 7월까지 수술 받은 환자 22명의 데이터를 활용, AI 모델의 성능을 검증한 결과, AUROC 0.86으로 우수한 성적을 보였다.

김치헌 교수는 "이번 연구를 통해 경추척수증 진료 시스템을 효율적으로 운영할 수 있는 가능성을 제시했다"면서 "AI로 예측된 예후가 좋은 환자는 병원 방문 빈도를 줄이는 등 최적화된 일정으로 진료 받을 수 있어, 환자 경험을 개선하는 데 도움이 될 것"이라고 밝혔다.

서울대병원은 앞서 낙상 위험 예측 AI 모델을 활용해 낙상 방지 프로그램을 개발하는 등 첨단 AI 연구를 계속하고 있다.

송성철 기자 다른기사 보기