수리연 '소아 고관절 이형성증 조기진단 기술' 개발

X-선 영상으로 소아 고관절 질환유무 자동 판별 기술 개발 성공

국내 연구진이 소아 발달성 고관절 이형성증 조기진단 기술을 개발했다.

X-선 영상을 이용한 검사 방식으로 비용이 저렴한 데다 진단 정확률도 높아 의료현장에서 유용하게 이용될 수 있을 것으로 보인다.

국가수리과학연구소(이하 수리연) 의료영상연구팀은 서울대병원 소아영상의학과와 공동 연구를 통해 소아 발달성 고관절 이형성증 조기진단 기술 개발에 성공하고 이 성과를 대한영상의학회지(Korean Journal of Radiology) 4월호 표지 논문에 게재했다. 

대한영상의학회지는 아시아의 대표 영상의학회로 널리 인정받는 학회로, 대한영상의학회지를 내고 있다. 

소아 고관절 이형성증(소아 엉덩이 관절 탈구)은 1000명당 2~3명에서 발생하는 흔한 질환으로, 소아의 정상적인 고관절 발달을 위한 조기진단이 매우 중요하다. 그러나 연령대마다 진단방법이 다르고 무엇보다 전문의의 숙련도에 따라 진단의 정확도에 영향을 미칠 수 있어 일관성 있는 정확도 보장 진단기술이 필요했다.

수리연 연구진은 수학적 알고리즘과 딥러닝 기술을 접목해 X-선 영상을 이용한 다양한 연령대의 소아를 진단할 수 있는 선별기술을 개발했다. 연구진은 누운 자세로 촬영한 하복부 X-선 영상에서 대퇴골두를 중심으로 한 영상패치(영상조각)를 수학적인 알고리즘으로 추출하고 추출된 영상패치로부터 질환유무를 진단하도록 인공 신경망을 학습시키는 영상패치 기반 진단 알고리즘을 디자인했다. 이를 통해 계산 효율성과 진단 정확도를 높이고 X-선 영상에서 질환 유무에 대한 자동 판별이 가능하게 됐다.

해당 알고리즘은 높은 진단 정확도를 가진 숙련된 전문의와의 진단 성능 비교에서도 통계적으로 유의미한 차이가 없는 것으로 확인됐다. 소아 방사선과 경험이 없는 의료진과의 진단 성능 비교에서는 수리연이 개발한 알고리즘의 민감도·특이도·양성예측도가 더 우수한 것으로 나타났다.

조연진 서울대병원 소아영상의학과 교수는 "수학적 방법을 통해 개발된 진단기술이 의료진의 진단정확도를 높일 수 있음을 확인했다"며 "소아영상의학과가 턱없이 부족한 지방의 의료환경에서 의료의 질을 획기적으로 높일 수 있는 진단소프트웨어로 발전할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

박형석 수리연 의료영상연구팀장은 "이번 연구는 의료진과의 협력을 통해 수리연의 의료수학 분야 역량을 발휘해 의료현장에서 필요한 기술을 수학적인 방법을 통해 해결한 좋은 사례가 될 것"이라고 전했다. 

박 팀장은 앞서 제6회 에쓰오일 우수학위논문상에서 우수상을 수상하기도 했다. 

이 상은 에쓰오일과학문재단 후원, 한국과학기술한림원, 한국대학총장협회 주관으로 기초과학 분야 학술연구 지원을 위해 2011년부터 수여되고 있다. 

박 팀장은 최초로 'Wavefront set'이란 수학적 개념을 이용해 금속 인공물의 특성을 분석했고, 수학적 분석을 기반으로 한 새로운 형태의 금속 인공물 보정 알고리즘을 개발했다. 

국가수리과학연구소는 4차 산업혁명을 맞아 산업수학을 필두로 전략적 R&D를 적극 추진하고 있다. 스타트업 출현 지원에도 앞장서 수학 기반 스타트업에 특화된 프로그램 개발에 전력 중이다. 

임효인 기자