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[과학의 달인] 인공지능과 의료의 피할 수 없는 만남…KIST 김영준 박사

■ 김영준 / KIST 바이오닉스연구단 박사

[앵커]
인공지능은 다양한 산업 분야에서 활용되고 있지만, 의료 분야에서 더욱 영향력을 발휘한다고 합니다.

오늘 '과학의 달인'에서 만나볼 분도 인공지능을 활용해 의료분야에 도움을 주고 있다고 하는데요. 한국과학기술연구원 바이오닉스연구단 김영준 책임연구원과 함께합니다. 어서 오세요.

의료현장에서 AI, 즉 인공지능의 활용이 더욱더 넓어지고 있다고 알고 있는데요. 연구원님께서도 현재 이와 관련된 연구를 진행 중이시라고요?

[인터뷰]
저는 20년 가까이 인체 관련 3차원 소프트웨어를 연구하고 있습니다. 최근 들어 인공지능, 3차원 프린팅, 3차원 소프트웨어 기술이 기존의 한계를 넘어 빠른 속도로 발전하는 것을 체감하고 이를 수술 분야에 활용하면 환자와 의사 모두에게 큰 도움을 줄 수 있는 것을 확신했습니다.

그래서 인공지능을 활용해서 3차원 의료 소프트웨어를 만들었는데요. 3차원으로 환자의 모델을 만들 수도 있고요. 환자의 수술 부위를 가상으로 잘라보고, 제거된 부위를 재건하기 위한 최적의 배치를 수술 전에 수행해 봄으로써 수술의 안전성을 확보하고 효율성을 높일 수 있습니다.

여기에 딥러닝과 같은 최신 인공지능 기술을 수술에 필요한 3차원 모델 준비 작업을 자동화함으로써 수술 준비 기간을 단축할 수 있습니다. 이렇게 인공지능의 도움을 받아 계획된 3차원 환자 모델이나 수술 가이드는 3D 프린팅 기술을 활용해 개별 환자별에 맞게 맞춤형으로 제작되고 실제 수술에도 적용할 수 있습니다.

[앵커]
정밀한 수술이 가능해져 의료진이나 환자에게 큰 도움을 줄 수 있다고 설명해주셨는데요. 그렇다면 실제로 어떻게 활용되고 있나요?

[인터뷰]
예를 들어 구강암 환자의 종양을 제거할 경우 원형을 복원해주지 않으면 아예 음식을 씹지 못하기 때문에 반드시 턱뼈를 재건하는 수술이 필요한데요. 이때 주로 평소에 잘 쓰이지 않는 다리뼈나 엉덩이뼈와 뼈 주변 혈관, 근육, 피부를 복합적으로 이식하는 수술을 합니다.

이 같은 수술을 실제로 하려면 준비 시간만 일주일 이상 걸리고 실제 수술도 10시간 이상 소요될 만큼 난도가 높습니다. 하지만 3차원 수술 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하면 준비 기간과 수술 시간을 절반 이상 대폭 줄일 수 있습니다. 해당 환자의 3차원 이미지를 보고 수술하는 것처럼 어디를 절단할지 미리 정할 수 있기 때문이죠.

[앵커]
지금 가지고 나오신 것이 실제 모형인 것 같은데 설명해주시죠.

[인터뷰]
네, 맞습니다. 이게 환자의 턱뼈이고요. 이런 식으로 수술 가이드를 3차원 프린팅으로 제작하여 대고 자릅니다.

선을 그릴 때 자로 대고 그리는 게 더 잘 그려지는 것처럼 이렇게 수술 시에 이런 식으로 턱뼈에 달고 수술하는 수술 가이드를 제작합니다. 그리고 수술에 필요한 환자 맞춤형 플레이트를 미리 준비하고 환자에게 이식하여서 수술을 진행합니다.

[앵커]
네, 그러니까 3D 프린팅으로 제작이 이뤄지는 거군요?

[인터뷰]
네, 맞습니다.

[앵커]
그런데 기존에는 수술할 때 CT 영상을 활용해서 수술을 진행했다면 이 기술을 통해서 3차원 이미지를 보고 정밀하고 더 빠르게 수술할 수 있어졌다고 이해를 해보면 되겠네요. 그러면 이 3차원 소프트웨어를 실제로 사용해본 의료진들의 반응은 어땠는지 궁금한데요.

[인터뷰]
네 3차원 수술계획 소프트웨어를 바탕으로 수술을 집도한 의료진의 인터뷰를 직접 들어보시죠.

[이정우 / 경희대치과병원 구강악안면외과]
이전에는 CT를 본 다음에 생각해요. 이 근처에 암이 있을 거야. CT를 바탕으로 꿰매는데, (인공지능 3D 의료 소프트웨어)는 CT, MRI PET CT를 한 곳에 뭉쳤어요. 이미지 하나에 3차원 데이터를 만들어서 뭉쳤는데 뭉쳐놓고 나면 암이 여기 있다는 게 정확하게 보여요. 그럼 정확하게 (암을) 떼어내고 나면 결과가 좋아요. 수술 시간이 짧아지면 회복이 빨라지고요. 회복이 빨라지면 건강한 삶으로 빨리 가는 거죠.

[앵커]
인터뷰를 직접 듣고 보니까 정말 혁신적인 기술이라는 생각이 듭니다. 그런데 수술 가이드뿐만 아니라 환자 맞춤형 수술 보형물까지 제작하셨다고도 들었거든요.

[인터뷰]
인체에서 가장 얇은 뼈가 혹시 어디인지 아시나요?

[앵커]
저는 잘 모르겠는데요.

[인터뷰]
바로 눈을 둘러싼 뼈인 안와골입니다. 이러한 안와골이 사고 등으로 인해 골절이 생겼을 때 필요한 안와골절 재건 전용 3차원 소프트웨어를 개발했습니다. 3차원 CT에서 안와 골절 부위를 자동으로 추출해 3차원 환자 모델을 만드는 데 걸리는 시간은 평균 30~40초에 불과합니다.

기존에 100장이 넘는 CT 단면 영상을 일일이 수동으로 그릴 때 30~40분 가까이 걸리던 일을 1분도 채 안 돼 완성한 것이죠. 이후 골절되지 않은 부위를 거울처럼 좌우 반전시킨 뒤 손상된 골절 부위를 자동으로 정확히 찾아냅니다.

다음으로 그 부위를 메울 수 있도록 체내 이식이 가능한 환자 맞춤형 보형물을 3D 프린터로 출력하는데요. 미세한 구멍이 뚫려 있는 이 보형물을 골절 부위에 넣으면 뼈와 혈관 조직이 엉겨 붙으면서 눈 주변의 뼈가 과거 모습을 되찾게 됩니다.

[앵커]
네, 그러니까 이 3차원 의료 영상 소프트웨어 기술을 활용하면 의료진에게는 좀 더 정확한 수술 가이드를 제공하고 환자에게는 개인 맞춤형 수술이 가능해진다고 볼 수 있겠군요. 그런데 이 기술로 작년에 창업하셨다고 들었는데, 잠깐 소개해주시죠.

[인터뷰]
네, 2019년 초에 KIST로부터 정식으로 스핀오프 기술창업을 허락받아 작년 말에 한 법인회사를 설립하였습니다. 기술창업을 준비하며 KIST의 창업 지원 프로그램을 통해 아이템을 구체화하였고, 제가 10년간 KIST에서 재직하며 연구한 기술을 정식으로 사업화하도록 지원받았습니다.

첫 번째 응용 분야로는 최근 활발하게 디지털화가 진행되기 시작하고 있는 치과 분야 인공지능 소프트웨어 솔루션입니다.

치과에서는 아직도 수작업으로 치아 본을 뜨고 보철물을 만드는데요, 이를 디지털화하여 온라인 플랫폼에 올려 '언제 어디서나 누구나' 접속해 쓸 수 있는 솔루션을 개발하고 있습니다.

병원이나 치과 기공소에서 포털 사이트에 로그인하듯 클라우드에 접속만 하면 되기 때문에 치아 크라운, 임플란트, 틀니 등의 치과 보철물 제조과정이 단순해집니다. 간단한 임시 치아나 임플란트 가이드는 치과에서 3D 프린터로 출력해 바로 적용할 수 있습니다. 환자의 내원 횟수와 치료 기간을 줄여주며, 많은 부분을 AI로 자동화해 새로운 기술을 배워야 하는 번거로움도 없습니다.

산업적으로는 디지털 의료 소프트웨어를 국산화하고 글로벌 시장을 선도할 수 있습니다. 향후 우리나라 치과 기공소의 기술로 미국이나 유럽, 호주처럼 보철물 제작비용이 고가인 나라에 수출도 가능한 서비스 플랫폼도 구상하고 있습니다.

[앵커]
병원과 제조소 간의 협업을 위한 접근성을 높이는 방법이라는 생각이 드는데, 이런 의료 솔루션을 적절히 활용하려면 의학적인 지식도 상당히 중요할 것 같거든요.

[인터뷰]
네, 중요한 포인트를 말씀해 주셨습니다. 의료 솔루션을 개발하기 위해서는 실제 사용자인 의료진, 병원 관계자, 의료기기 제조사, 치과 기공소 분들과의 협업이 필수적입니다. 의료진을 자주 만나 의학적 지식도 배우고 치과 기공소를 포함한 의료기기 관련 전문가들과 자주 대화하며 함께 의공학 연구개발을 진행하고 있습니다.

최근에는 의료분야 전문가분들도 인공지능 소프트웨어의 중요성을 인지하고 많이 찾아 주셔서, 의료와 공학의 시너지를 낼 수 있는 의공학 협력 연구가 좀 더 활발하게 진행되고 있습니다.

[앵커]
실제 의료인들의 목소리를 반영했기 때문에 앞으로 의료 현장에 활용된다면 좀 더 빛을 발하지 않을까 이런 생각이 드는데요. 그런데 사실 앞서 소프트웨어 기술을 설명해주셨는데 들어봐도 정말 어렵게 느껴졌습니다. 이 기술 개발하시면서 어려웠던 부분은 없으셨을까요?

[인터뷰]
의료 서비스가 워낙 가치사슬과 이해관계가 복잡하다 보니 우리가 보유한 원천 기술이 의료진의 임상적 수요와 만나는 지점을 발굴하는 데까지 오래 고민했습니다. 또한, 의료 솔루션 분야가 환자 데이터를 다루는 분야이기 때문에 개인정보보호나 의료법에 대한 규제 안에서 기술사업화 모델을 도출하는 데에도 어려움이 있었습니다.

[앵커]
오늘 설명을 들으면서 미래 의술을 살짝 엿보는 그런 기분이 드는데요. 그렇다면 박사님의 앞으로의 계획은 무엇이고, 앞으로 이런 스마트 헬스케어 분야가 어떻게 발전해야 한다고 생각하시는지 궁금합니다.

[인터뷰]
인공지능 3차원 의료 S/W 기술의 완성도를 높이고, 저희 팀이 개발한 기술이 실제 치료에 적용되어 의료진, 의료기기 제조사, 환자 모두에게 도움이 되는 솔루션을 개발하고 싶습니다. 2020년 하반기에는 AI 클라우드 치과용 솔루션을 선보일 예정입니다.

국내의 앞선 기술이 의료 분야에 적절하게 활용돼 많은 사람에게 이로운 기술을 개발하고 싶습니다. 국내 순수 원천 기술로 외산 소프트웨어 일색인 3차원 의료 솔루션 시장을 선도하고자 합니다.

[앵커]
오늘 3D 의료영상 소프트웨어 기술을 만나봤는데, 방송 보시는 분들이 언제쯤 우리가 의료 현장에서 만날 수 있을까 궁금해하시는 분들 많을 것 같아요. 상용화 소식 짧게 들려주시죠.

[인터뷰]
저희가 법인회사에서 만든 3D 의료 솔루션은 이미 출시가 되어 있고요. CT나 임플란트 소프트웨어와 함께 인공지능 기술을 더 해서 지금도 치과에서 보실 순 있겠지만 좀 더 확산이 되어서 많은 분이 저희 솔루션을 활용하게 되었으면 좋겠습니다.

[앵커]
네, 국내시장은 물론 앞서 말씀하신 것처럼 세계 시장을 선도할 수 있는 그런 기술이 되기를 저희도 바라겠습니다. 지금까지 한국과학기술연구원 바이오닉스연구단 김영준 책임연구원과 함께했습니다. 오늘 말씀 고맙습니다.
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