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생활건강지수로 뇌동맥류 위험 예측하는 인공지능 모델 개발

뇌동맥류는 뇌혈관 벽에 미세한 균열이 생기면서 뇌동맥의 일부가 혹처럼 비정상적으로 부풀어 오르는 혈관 질환이다. 뇌동맥류가 갑자기 터지면 뇌와 척수 사이 거미줄처럼 생긴 공간으로 혈액이 터져 나오는 지주막하출혈을 일으키게 되는데, 이 경우 30~50%는 목숨을 잃게 된다.

뇌동맥류는 병이 진행되는 동안 특별한 증상이 없어 알아채기 어려운데 뇌혈관이 파열되어 사망 위험을 높이고 영구적 후유장애를 일으키기 때문에 ‘뇌 속 시한폭탄’이라 불린다.

최근에는 건강검진 시 뇌혈관 영상검사를 함께 시행하는 경우가 늘어나면서 미파열 상태의 뇌동맥류 진단이 급증하는 추세다. 건강보험심사평가원에 의하면 뇌동맥류 환자는 2014년 5만 529명에서 2018년 9만 8166명으로 약 94% 증가해 5년 새 두 배로 늘어났다.

분당서울대병원 신경외과 김택균 교수 연구팀(1저자 허재혁 연구원)은 지난 2일 뇌동맥류 발병 위험을 예측하는 인공지능 모델 개발에 성공했다고 밝혔다.

연구팀은 2009년부터 2013년 사이에 국가건강검진을 시행 받은 약 50만 명의 검진데이터를 활용해 머신러닝 기반의 뇌동맥류 발병 위험 예측 모델을 개발했다.

뇌동맥류 발병 예측 모델은 연령, 혈압, 당뇨, 심장질환, 가족력 등 뇌동맥류 위험인자로 잘 알려진 요소들 외에도 체질량지수, 허리둘레, 혈액검사 수치 등 건강검진을 통해 확인할 수 있는 21가지의 요소들이 뇌동맥류 발병에 영향을 주는지를 분석했으며, 이에 대한 예측정확도를 높이고자 머신러닝 알고리즘을 적용했다.

연구팀은 최근 활발히 연구되고 있는 심층 신경망을 포함한 기계학습 알고리즘들을 국가검진 데이터에 적용하여 고전 통계 방법 대비 높은 예측력을 보이는 인공지능 모델을 구축했다. 

이를 통해 뇌동맥류 발병 위험도를 다섯 단계로 분류해 예측 성능을 비교한 결과, 가장 낮은 위험도로 예측된 그룹의 발병률은 인구 10만명 당 1년에 3.2명(3.2/10만인년), 가장 높은 위험도로 예측된 그룹의 발병률은 161명(161/10만인년)으로 나타나, 50배 높은 뇌동맥류 발병 위험을 보였다.

또 환자 개인별 위험 기여도를 평가해보니 남녀 모두 연령, 허리둘레, 혈압, 혈당이 증가할수록 뇌동맥류 발병 위험도 높아지는 것을 확인했다. 그리고 체질량지수, 고지혈증 위험인자는 남성보다 여성에게서 더 영향을 미치는 것으로 나타났다.

김택균 교수는 “이번 연구는 국가 단위의 대규모 검진 데이터를 바탕으로 일반 인구에서 어떤 집단이 뇌동맥류에 취약한 위험군인가를 판별해낸 연구라는 점에서 의의가 있다”며, “앞으로 환자들의 의료 이용기록 및 투약내역 등의 데이터를 보강해, 보다 개인화되고 정밀한 위험도 예측 모델을 구축할 예정”이라고 말했다.

이어 “이러한 데이터를 바탕으로 뇌동맥류 선별검사 지침이 새롭게 개정될 수 있다면, 뇌혈관 질환의 1차 예방에 있어 획기적인 개선을 이룰 수 있을 것으로 기대한다”고 덧붙였다.

이번 연구결과는 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 게재됐다.

임웅 기자  wlim@docdocdoc.co.kr

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