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의사들이 AI를 사용하여 어린이의 숨겨진 심장 질환을 진단하는 방법
이 페이지의 요약은 다음과 같습니다:
- 류마티스성 심장병을 진단하는 인공지능 도구: Children’s National Hospital의 연구원들은 류마티스성 심장병을 조기에 발견하고 치료할 수 있는 인공지능 기반의 심초음파 해석 도구를 개발했습니다. 이 도구는 우간다와 같은 저소득 국가에서 심장 전문의가 부족한 상황에서 유용하게 사용될 수 있습니다.
- 류마티스성 심장병의 원인과 증상: 류마티스성 심장병은 A군 연쇄상구균이라는 박테리아에 의한 감염으로 인해 심장과 판막이 손상되는 질병입니다. 이 질병은 주로 8세에서 10세 사이의 어린이들에게 발생하며, 심장병이 진행되면 호흡 곤란, 심부전, 사망 등의 합병증을 일으킵니다.
- 인공지능의 의료 분야에서의 활용: 인공지능은 의료 분야에서 다양한 진단 도구로 승인되고 있으며, 특히 영상을 해석하는 데 탁월한 성능을 보이고 있습니다. 인공지능은 의사의 판단을 보완하고, 병원에서 사용하는 비싼 장비보다 저렴하고 휴대하기 쉬운 장비로도 작동할 수 있습니다.
[Bing Chat Copilot의 페이지 요약]
[기사 원문 링크] New AI tool can screen kids for rheumatic heart disease - The Washington Post
[Quillbot으로 기사 요약]
어린이 국립병원의 연구원들은 환자가 수술을 받기 훨씬 전에 류마티스성 심장병을 진단할 수 있는 인공지능 기반 도구를 개발했습니다. 우간다 심장연구소와 협력하여 설계된 이 시스템을 통해 숙련된 간호사는 1년에 1달러 미만으로 페니실린으로 치료할 수 있는 어린이를 조기에 선별하고 진단할 수 있습니다. 조기 치료는 수천 명의 생명을 수술로부터 구할 수 있습니다.
류마티스성 심장병은 대부분 예방할 수 있으며, A군 연쇄상구균이라는 박테리아에 의한 류마티스성 열이 반복적으로 발생하여 발생합니다. 약 5~10%의 사람들이 이러한 면역 반응에 대한 유전적 소인을 가지고 있는 것으로 추정되며, 열악하고 혼잡한 생활 환경과 같은 환경적 요인도 영향을 미칩니다. 보통 어린이들은 8~10세 사이에 이 질병의 첫 증상을 보이는 경우가 많습니다. 그러나 우간다와 같은 국가에서는 영상을 판독할 수 있는 심장 전문의가 너무 적어 광범위한 검사가 불가능합니다.
새로운 검진 시스템은 우간다에서 최대 20만 건의 소아 환자 사례를 바탕으로 테스트 및 개선되고 있습니다. 프로그램에 참여하는 모든 어린이는 현재 표준에 따라 검진을 받으며, 훈련된 간호사가 직접 심초음파를 판독합니다. 그런 다음 20만 건의 사례에서 얻은 대부분의 데이터는 알고리즘을 훈련하고 개선하는 데 사용됩니다. 이 새로운 검사 도구가 우간다와 미국 규제 당국의 승인을 받으면 각 간호사에게는 심장 이미지를 생성하는 컴퓨터 마우스 크기의 탐침과 AI 구성 요소가 탑재된 태블릿이 제공됩니다. 류마티스성 심장병으로 의심되는 사례는 심장 전문의의 검사를 통해 후속 조치를 취하고, 심장 전문의 방문은 외딴 지역을 오갈 필요 없이 원격 의료를 통해 이루어질 수 있습니다.
*아래의 더보기를 누시면 전문을 보실 수 있습니다.
기사 전문 번역
켈시 브라운이 모하메드를 만났을 때 15살의 우간다 소년은 몹시 걱정스러워 보였습니다. 그는 전 세계적으로 매년 약 40만 명이 사망하는 류마티스성 심장병의 말기 환자였기 때문입니다. 이 병을 치료하기 위해 예정된 심장 수술이 하루 연기된 상태였습니다.
이 무렵에는 모하메드의 심장에서 폐로 역류한 체액으로 인해 숨쉬기가 너무 힘들어 똑바로 누워서 자야 했습니다. 워싱턴 어린이 국립병원의 심장학 펠로우인 브라운은 모하메드가 수술을 받는 것에 대해 불안해하고 있다고 생각했습니다. 하지만 모하메드는 수술이 두렵지 않았다고 말했습니다.
브라운은 "모하메드는 수술이 취소되어 심장이 고쳐지지 않을까 봐 가장 불안해했다"며 수술 자체를 두려워하는 미국 어린이들과는 놀라운 대조를 이뤘다고 말했습니다.
이제 인공지능이 의학을 도울 수 있는 잠재력을 보여주는 진전으로, Children's National의 연구원들은 환자가 수술을 받기 훨씬 전에 류마티스성 심장병을 진단할 수 있는 새로운 인공지능 기반 도구를 개발했습니다. 우간다 심장 연구소 직원들과 협력하여 연구팀은 훈련된 간호사가 1년에 1달러 미만으로 페니실린으로 치료할 수 있는 어린이를 조기에 선별하고 진단할 수 있는 시스템을 설계했습니다. 조기 치료를 통해 수천 명의 어린이가 수술을 받지 않아도 될 수 있습니다.
"우리는 주요한 [사망과 질병]을 유발하는 극적으로 소홀한 글로벌 보건 문제에 초점을 맞추고 있습니다."라고 Children's National의 글로벌 보건 프로그램 책임자이자 미국심장학회지에 실린 AI 도구를 설명하는 논문의 저자 중 한 명인 크레이그 A. 세이블(Craig A. Sable)은 말합니다.
어린이들을 돌보기 위해 우간다를 40회 이상 방문한 세이블은 가장 최근인 11월에 우간다를 방문했을 때 일주일에 8~9건의 심장 수술을 집도했지만 전국적으로 1,500명의 어린이가 수술 대기자 명단에 올라 있는 것을 목격했다고 말했습니다.
"죽기 전에 수술을 받을 수 있는 어린이는 4분의 1에 불과합니다."라고 그는 말했습니다.
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조기 발견의 어려움
류마티스성 심장병은 대부분 예방 가능한 질병으로, A군 연쇄상구균이라는 박테리아에 의해 발생하는 류마티스성 열이 반복적으로 발생하여 누적된 피해로 인해 발생합니다. 세계에서 다섯 번째로 치명적인 병원균으로 꼽히는 이 박테리아는 매년 약 6억 명의 사람들에게 패혈성 인두염을 일으킵니다.
감염된 사람 중 소수는 심장과 판막을 손상시키는 비정상적인 면역 반응으로 인해 류마티스성 심장 질환에 걸립니다. 약 5~10%의 사람들이 이러한 면역 반응에 대한 유전적 소인을 가지고 있는 것으로 추정됩니다. 그러나 열악하고 혼잡한 생활 환경과 같은 환경적 요인도 중요한 역할을 합니다.
어린이는 8세에서 10세 사이에 이 질환의 첫 증상을 보이는 경우가 많습니다. 심초음파라고 하는 심장 초음파 검사를 통해 조기에 발견할 수 있습니다. 문제는 우간다와 같은 국가에서는 영상을 해석할 수 있는 심장 전문의가 너무 적어 광범위한 검사가 불가능하다는 것입니다. 그 결과 이 질병은 초기 단계에서 발견되지 않는 경우가 많습니다.
"아이는 자신이 병에 걸렸다는 사실을 모릅니다. 부모도 모르고요."라고 브라운은 말합니다. "그들이 의사에게 가면 의사는 그것을 듣지 못할 것입니다."
류마티스성 심장병은 우간다와 같은 빈곤 국가를 괴롭히는데, 전체 아동의 2~3%가 류마티스성 심장병을 앓고 있습니다. 이들 국가에는 다양한 종류의 박테리아가 서식하고 있으며, 아이들은 종종 반복적인 감염을 경험합니다. 새로운 시합을 할 때마다 상태가 악화됩니다.
이 질병은 미국에서 더 이상 큰 문제가 되지 않지만, 세이블이 잘 알고 있듯이 1940년대와 1950년대까지만 해도 심각한 문제였습니다. 세이블이 10대였을 때 할머니는 류마티스성 심장병과 폐기종으로 인한 합병증으로 사망했습니다.
세이블은 "심장병은 20세기 전반 미국에서 심장 질환으로 인한 사망의 가장 큰 원인이었습니다."라고 말합니다. "2차 세계대전 당시 10만 명 이상의 군인이 류마티스 열이나 류마티스성 심장병으로 인해 군대에서 제외되었습니다."
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'의사처럼 일할 수 있는' 인공지능
2018년 미국 식품의약국(FDA)이 당뇨병 환자에게 발생할 수 있는 심각한 안과 질환인 당뇨망막병증을 선별하기 위한 최초의 독립적인 AI 기반 진단 도구인 IDx-DR을 승인한 이후 의료 분야에서 인공지능의 활용은 폭발적으로 증가하고 있습니다. 그로부터 5년이 조금 지난 지금, FDA 승인을 받은 인공지능 및 머신러닝 지원 의료 기기는 약 700개에 달합니다.
병원에서 사용하는 심초음파 기계의 무게는 약 500파운드에 달하고 가격은 25만 달러에 달하지만, 어린이 국가대표팀이 개발한 장비는 가볍고 가격은 2,000~5,000달러 사이입니다. 싱가포르에 본사를 둔 회사 Us2.ai는 1,000개 이상의 심초음파 사진을 사용하여 학습한 이 팀의 알고리즘으로 소프트웨어를 개발하고 있습니다.
이 알고리즘은 몇 초 만에 이미지를 해석하여 "정상" 또는 "류마티스성 심장병 고려"로 분류할 수 있습니다. 500명 이상의 환자 심초음파 검사에서 이 새로운 도구는 90%에 가까운 정확도로 이미지를 해석했습니다.
이 연구에 참여하지 않은 워싱턴 대학의 글로벌 심혈관 건강 프로그램 책임자인 크리스 롱게네커는 "이미지의 정확도를 높이는 데 인공지능을 사용할 수 있다면 그 가치는 엄청날 것"이라고 말했습니다. 그는 인공 지능이 "저소득 국가의 가장 외진 곳까지 초음파를 가져갈 수 있기 때문에" 초음파가 특히 강력한 도구가 될 것이라고 말했습니다.
롱네커는 AI가 의사들이 류마티스성 심장병의 중요한 특징에 대해 더 많이 배우는 데도 도움이 될 수 있다고 말했습니다.
이 병원의 셰이크 자이드 소아 외과 혁신 연구소의 수석 연구원인 마리우스 링구라루와 함께 심초음파를 해석하는 새로운 알고리즘을 개발한 어린이 국립병원의 과학자 푸네 로샤니타브리지는 "AI는 의사처럼 일할 수 있고 잠재적으로 의사가 하는 일에 무언가를 더할 수 있다"고 말합니다.
어린이 국립병원의 연구원들은 우간다의 최대 20만 명의 소아 환자 사례를 바탕으로 새로운 선별 시스템을 테스트하고 개선하고 있다고 말했습니다. 프로그램에 참여하는 각 어린이는 현재 표준에 따라 검사를 받으며, 훈련된 간호사가 심초음파를 직접 판독합니다.
그런 다음 20만 건의 사례에서 얻은 대부분의 데이터는 알고리즘을 훈련하고 개선하는 데 사용됩니다.
이 새로운 검사 도구가 우간다와 미국 규제 당국의 승인을 받으면 각 간호사에게 심장 이미지를 생성하는 컴퓨터 마우스 크기의 프로브와 AI 구성 요소가 장착된 태블릿이 제공됩니다.
류마티스성 심장병으로 의심되는 사례는 심장 전문의의 검사를 통해 후속 조치를 취하게 됩니다. 심장 전문의 방문은 외딴 지역을 오갈 필요 없이 원격 의료를 통해 이루어질 수 있습니다.
이 프로젝트에 참여하지 않은 존스 홉킨스 아동 센터의 소아 선천성 심장학 책임자 셸비 커티는 성인 심장병에 대한 유사한 연구가 진행되었지만 "소아 심장병에 대한 연구는 상대적으로 제한적이었다"고 말했습니다.
"전반적으로 매우 고무적인 연구라고 생각합니다."라고 커티는 덧붙였습니다. "이 분야가 잘 진행되고 있다고 생각합니다."
[DeepL로 기사 번역]
기사의 맥락을 읽는 이미지
질병을 유발하는 변종을 찾기 위해 유전자 더미를 검색하는 새로운 AI 도구
- 새로운 AI 도구, 유전변이를 찾아 질병을 예측. Science 저널에 발표된 연구에서, 국제 연구진은 233종의 영장류의 유전체를 기반으로 인간의 유전변이를 분석하는 알고리즘, PrimateAI-3D를 개발했다. 이 도구는 유전변이가 건강에 미치는 영향을 예측하고, 심장병이나 당뇨병과 같은 질병의 위험도를 평가할 수 있다.
- 영장류의 유전체, 질병 원인을 밝히는 열쇠. PrimateAI-3D는 영장류의 유전체에서 변화가 없는 부분을 찾아, 그 부분에 변이가 생기면 치명적인 결과를 초래한다고 판단한다. 이 방법은 기존의 ClinVar와 같은 데이터베이스보다 훨씬 더 많은 유전변이를 검사할 수 있으며, 단백질의 3차원 구조도 고려한다.
- AI, 유전체 의학의 장벽을 허물다. PrimateAI-3D는 유전체를 분석하여 환자의 질병을 진단하거나 치료하는 데 도움이 될 수 있다. 또한, 약물 개발에도 기여할 수 있으며, 잘못된 유전자를 표적으로 한 임상시험의 실패율을 줄일 수 있다. 이 도구는 Illumina라는 바이오 기업이 소프트웨어 제품으로 널리 공개할 예정이다.
