수술 후 급성신손상 예측한다…AI 기술 특허 등록

(서울=뉴스1) 천선휴 기자 = 가톨릭대학교 의과대학 공동 연구팀이 수술 전 임상정보만으로 수술 후 급성신손상(AKI) 발생 위험을 예측하는 인공지능(AI) 기술을 개발해 특허를 등록했다.

서울성모병원은 윤혜은 신장내과 교수와 민지원 부천성모병원 신장내과 교수 연구팀이 '수술 후 급성신손상 발생 예측 방법 및 그 시스템'(특허등록번호 10-2999118)을 특허 등록했다고 1일 밝혔다.

급성신손상은 짧은 기간에 신장 기능이 급격히 떨어지는 질환이다. 전체 입원 환자의 약 5~7.5%, 중환자실 환자의 약 20%에서 발생하는 것으로 알려져 있다. 병원에서 발생하는 급성신손상의 약 30~40%는 수술과 관련된 것으로 보고된다.

특히 수술 후 급성신손상은 환자의 기저 신장 기능뿐 아니라 연령, 동반질환, 복용 약물, 수술 종류와 시간 등 여러 요인이 복합적으로 작용해 수술 전에 위험도를 정확히 예측하기가 쉽지 않다.

기존에는 혈청 크레아티닌 수치가 주요 진단 지표로 활용되지만 실제 신장 손상이 진행된 뒤에야 수치가 상승한다는 한계가 있다. 이에 따라 손상이 발생하기 전에 고위험 환자를 선별하고 선제적으로 관리하는 것이 중요하다.

연구팀은 이를 위해 가톨릭중앙의료원 산하 7개 대학병원에서 축적된 임상 빅데이터를 활용해 수술 후 급성신손상 발생 위험을 예측하는 AI 모델 'CMC-AKIX'를 개발했다.

연구에는 2009~2019년 전신마취하 비심장수술을 받은 환자 23만 9267건의 데이터가 활용됐다. 이 가운데 수술 후 30일 이내 급성신손상이 발생한 사례는 7935건으로 전체의 3.3%였다. 연구팀은 국제 신장질환 진료지침(KDIGO)에 따라 혈청 크레아티닌 상승 또는 신대체요법 시행 여부를 기준으로 급성신손상 환자를 정의했다.

AI 모델에는 수술 전에 확보할 수 있는 38개 임상·검사 변수가 활용됐다. 연령·성별·혈압·체질량지수 등 기본 정보와 만성신장질환·당뇨병·고혈압 등 동반질환, 레닌-안지오텐신계 억제제와 비스테로이드성 소염진통제 등 약물 사용 여부, 크레아티닌·사구체여과율·알부민·칼륨·요단백 등 수술 전 검사 결과, 수술 시간과 진료과 등 수술 관련 정보가 포함됐다.

연구팀은 검사값 일부가 누락된 경우 다중대체법(MICE)을 적용해 결측치를 보정했다. 또 전체 환자 가운데 급성신손상 발생 비율이 3.3%로 낮은 점을 고려해 SMOTE 기법을 적용해 AI가 상대적으로 적은 급성신손상 사례의 특성도 충분히 학습하도록 했다.

이후 여러 예측 알고리즘의 성능을 비교한 결과 전체 변수를 종합해 분석한 심층신경망(DNN) 모델이 가장 높은 성능을 보였다. CMC-AKIX의 예측 성능은 AUC 0.832로 나타났다.

연구팀은 이를 바탕으로 수술 전 환자의 임상정보와 검사 결과를 입력하면 급성신손상 발생 위험도를 산출하는 웹 기반 CMC-AKIX 시스템도 구현했다. 해당 연구 결과는 지난해 4월 국제학술지 'Journal of Medical Internet Research(JMIR)'에 게재됐다.

윤 교수는 "CMC-AKIX가 실제 임상에 적용되면 의료진이 수술 전 환자의 임상정보와 검사 결과를 입력하는 것만으로 수술 후 급성신손상 발생 위험도를 즉시 확인할 수 있다"며 "고위험군 환자를 사전에 선별해 수술 전후 체액·혈압 관리, 신독성 약물 사용 최소화 등 환자 맞춤형 예방 전략을 세우는 데 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

한편 가톨릭중앙의료원은 가톨릭대를 중심으로 진료·교육·연구·의료봉사 등을 수행하는 국내 최대 규모의 의료 네트워크 중 하나로 현재 8개 부속병원을 운영하고 있다. 서울성모병원을 비롯해 여의도성모병원, 의정부성모병원, 부천성모병원, 은평성모병원, 인천성모병원, 성빈센트병원, 대전성모병원으로 구성된다.

sssunhue@news1.kr