AI 헬스케어 솔루션을 구동하는 NVIDIA Clara 소프트웨어와 서비스 제품군의 채택 사례가 확대되고 있습니다. 업계 전반에 걸쳐 혁신을 실현하는 Clara 생태계에는 신약 개발을 위한 BioNeMo, 의료 기기를 위한 Holoscan, 유전체학을 위한 Parabricks, 의료 이미징을 위한 MONAI가 포함됩니다.
전 세계 의료 기업들은 NVIDIA와 협력해 의료 이미지에서 질병을 조기에 발견하고, 의료진에게 중요한 인사이트를 제공하며, 신약 개발 워크플로우를 혁신하는 AI 가속화 솔루션을 구축하고 있습니다.
최근 의료 연구자와 기업들은 NVIDIA Clara를 활용해 기술적 성과를 달성했는데요. 두 개의 새로운 단백질 도면을 생성하고, Holoscan으로 최초 수술을 진행하며 MONAI 기술을 활용한 솔루션을 영상의학과에 배포하는 등이 있습니다.
BioNeMo, 신약 개발을 위한 생성형 AI 지원
기존의 신약 개발은 많은 시간과 자원이 투입되는 프로세스였습니다. 많은 약품들이 시장에 출시되기까지 10년 이상이 걸리며, 후보 약물을 실제 신약으로 개발하는데 성공하는 비율은 불과 10% 정도이죠. 그러나 대규모 언어 모델(LLM)을 활용하는 생성형 AI는 보다 적은 시간과 비용으로도 성공 가능성을 한층 높일 수 있습니다.
챗GPT(ChatGPT)와 같은 서비스의 기반이 되는 LLM은 텍스트를 생성할 수 있습니다. 마찬가지로 생체 분자 데이터로 훈련된 생성형 AI는 신약 개발의 핵심인 새로운 분자와 단백질의 청사진을 생성할 수 있습니다.
NVIDIA BioNeMo는 저분자와 단백질에 대한 다양한 AI 모델을 제공하는 생물학 분야의 생성형 AI 클라우드 서비스로, 제약 연구 분야에 활용될 수 있습니다. 업계 전문가들은 BioNeMo로 생성형 AI를 사용함으로써 신약 후보의 식별과 최적화를 가속화할 수 있습니다.
스타트업 에보자인(Evozyne)은 AI 단백질 식별을 위해 NVIDIA BioNeMo를 사용해 향상된 기능을 갖춘 새로운 단백질을 개발했습니다. 공동 논문에서는 질병 치료에 사용될 가능성이 있는 단백질과 탄소 소비를 위해 설계된 또 다른 단백질에 대해 다루죠.
딜로이트(Deloitte)는 BioNeMo에서 AI 모델 ESM과 오픈폴드(OpenFold)를 사용해 3D 단백질 구조 예측, 모델 등급 분류, 약물 가능 영역 예측을 위한 AI 신약 개발 플랫폼을 활용하고 있습니다.
NVIDIA Inception 회원인 이노포어(Innophore)는 사용자가 모든 입력 구조에서 단백질 공동을 분석할 수 있는 툴인 캐비토믹스(Cavitomix) 제품과 함께 BioNeMo를 사용하고 있습니다. 파이토치(PyTorch) 기반의 AI 모델 오픈폴드는 BioNeMo에서 최대 6배까지 가속됩니다. 이를 통해 선형 아미노산의 3D 단백질 구조 예측을 매우 빠른 속도로 수행할 수 있습니다.
Holoscan으로 의료 기기에서 실시간 AI 구동
병원에서는 로봇 보조 수술, 방사선 치료, CT 스캔 등을 위해 매일 수백만 개의 의료 기기가 사용되죠. NVIDIA Holoscan은 엣지에서 실시간 데이터를 처리하기 위한 확장 가능한 소프트웨어 정의 AI 컴퓨팅 플랫폼으로, 디바이스를 가속해 임상 환경에서 AI에 필요한 저지연 추론을 제공합니다.
벨기에에 위치한 수술 트레이닝 센터 ORSI Academy의 의사들은 최초로 실제 수술에 NVIDIA Holoscan을 도입해 로봇 보조 수술을 지원했습니다.
브뤼헤 성모 교회(Onze-Lieve-Vrouw) 병원에서 교육받은 비뇨기과 전문의들은 인튜이티브(Intuitive)의 다빈치(da Vinci) 로봇 보조 수술 시스템을 사용해 환자의 신장을 성공적으로 제거했는데요. 이 때 Holoscan으로 실시간 렌더링과 AI 증강 기술이 적용된 CT 스캔으로부터 환자의 신체 구조를 보강한 AR 오버레이 기술을 사용했습니다. 이와 같은 비디오 피드(video feed) 오버레이는 수술 중에 사용되는 수술 도구에 의해 가려지곤 하는 환자의 혈관과 조직 구조를 명확하게 보여주는 역할을 합니다.
정밀 의학을 위한 유전체학 가속화하는 Parabricks
게놈 시퀀싱(genome sequencing)은 특정 유기체 또는 세포 유형의 유전적 구성을 결정하는 과정으로, 정밀 의학의 잠재력을 최대한 발휘하려면 이러한 게놈 시퀀싱을 가속화하는 것이 매우 중요합니다.
NVIDIA Parabricks는 AI 가속화 게놈 분석 애플리케이션 제품군으로, 유전자 데이터 수집부터 분석 및 보고까지 전체 시퀀싱 프로세스의 속도와 정확성을 향상시킵니다. CPU에서는 약 24시간이 소요되는 전체 게놈 분석 작업이 NVIDIA Parabricks에서는 16분 만에 분석이 가능하죠. 이는 곧 단일 서버에서 1년에 약 32,000개의 게놈을 분석할 수 있음을 의미합니다.
한편 Parabricks는 유전체 기기 자체 또는 클라우드 서비스를 통해 액세스할 수 있습니다. 유연성과 높은 확장성을 갖춰 효율적인 유전체학 분석을 가능케 하며, 이를 통해 보다 정확한 진단과 맞춤형 치료를 제공할 수 있죠.
폼 바이오(Form Bio)는 최근 NVIDIA Parabricks를 기업 내 전산 생명과학 플랫폼에 통합했습니다. 그 결과 전체 비용이 52% 절감되고 속도가 80배 이상 향상됐으며, 생명과학 전문가들은 전체 게놈 서열 분석을 가속화할 수 있게 됐죠.
PacBio는 높은 처리량으로 정확하고 완전한 게놈을 전달하도록 설계된 롱리드(long-read) 시퀀서인 레비오(Revio) 시스템을 출시했습니다. 온보드(on-board) NVIDIA GPU가 탑재된 레비오는 기존 팩바이오 시스템에 비해 20배 강력한 컴퓨팅 성능을 제공하죠. 이는 규모를 확장하고 베이스콜링(basecalling), 메틸화(methylation) 분석을 위한 고급 AI 모델을 활용하기 위한 용도로 사용됩니다. 한편 공간 생물학 워크플로우에서는 나노스트링(Nanostring)이 코스Mx(CosMx) 장비에 NVIDIA기술을 사용해 5~20배 빠른 세포 세분화를 지원하고 있습니다.
MONAI, 의료 AI 구축 및 배포 지원
명확하고 상세한 의료 영상 처리는 정확한 진단에 필수적인데요. NVIDIA가 가속화하는 의료용 이미징 AI 프레임워크인 MONAI를 활용하면, 의료 이미지에 라벨을 지정하고 분석할 수 있는 의료 AI 애플리케이션을 간편하게 제작할 수 있습니다.
MONAI는 최근 다운로드 수 100만 건을 돌파하며 헬스케어 AI 개발자들을 위한 업계 표준 도구로서의 입지를 굳혔습니다. MONAI MAP은 프레임워크로 생성된 AI 모델을 의료 워크플로우와 의료 소프트웨어 생태계에 통합되는 애플리케이션으로 배포하는 과정을 간소화합니다.
생의학 연구 데이터 플랫폼 플라이휠(Flywheel)은 자사 제품에 MONAI를 통합하고 있습니다. 플라이휠은 위스콘신 대학교 방사선학과와 협력해 의료 이미지에 존재하는 신체 부위를 예측하고 라벨을 붙이는 모델 기반 이미지 분류기를 개발했죠. 이 과정에서 MONAI AI 애플리케이션이 사용돼 데이터 준비 시간을 8개월에서 단 하루로 단축시켰습니다.
MLOps 플랫폼인 웨이츠 앤드 바이어시스(Weights & Biases)는 신시내티(Cincinnati) 아동병원에 MONAI를 도입했습니다. MONAI는 이곳에서 AI 연구원들에게 진단을 지원하는 AI 보조 객체 감지를 위한 컴퓨터 비전 알고리즘을 훈련, 조정하는 데 필요한 모든 도구를 제공합니다.
언제 어디서나 사용 가능한 AI
의료 분야에서 AI가 광범위하게 적용되고 영향력을 발휘하고 있는 만큼, AI 기술을 전략적으로 구현하는 것은 매우 중요합니다. NVIDIA Clara는 글로벌 시스템 통합업체, 원본 설계 제조업체, 클라우드 플랫폼 등을 통해 개발자들이 어디에서나 AI를 구현할 수 있도록 지원합니다.
- 글로벌 네트워크에 AI 제공: 글로벌 시스템 통합업체인 딜로이트는 전 세계 솔루션 제공업체들이 헬스케어 생태계에 NVIDIA Clara를 도입할 수 있도록 지원하고 있습니다. 딜로이트의 전문가들은 Clara에 액세스하여 MONAI를 통한 의료 이미지 처리, NVIDIA FLARE를 통한 연합 학습, BioNeMo를 통한 신약 개발 등 산업 전반에 걸쳐 고객을 위한 혁신적인 솔루션을 개발하고 있습니다.
- AI 솔루션 전문성: 서비스 제공 파트너 퀀티파이(Quantiphi)는 Clara Discovery, MONAI, BioMegatron, BioNeMo 등 NVIDIA 헬스케어 소프트웨어에 대한 전문성을 바탕으로 고객과 AI 솔루션에 대한 컨설팅을 제공합니다.
- 클라우드에서 데이터 관리: MONAI는 모든 주요 클라우드 하이퍼스케일러(hyperscaler)와 통합돼 단일 환경에서 최적화된 처리, 데이터 공유가 가능합니다. NVIDIA Parabricks는 모든 공용 클라우드와 유전체 전용 클라우드 플랫폼을 비롯해 MIT와 하버드 대학교의 브로드 연구소(Broad Institue), 마이크로소프트(Microsoft), 베릴리(Verily) 등이 공동 개발한 테라(Terra) 클라우드 플랫폼에서 이용할 수 있습니다. 현재 테라 클라우드 플랫폼은 25,000명 이상의 사용자를 보유하고 있습니다.
- 소프트웨어 정의 디바이스: 시스템 빌더인 어드밴텍(Adcantech)은 산업용 엣지 AI 플랫폼 NVIDIA IGX를 채택해 기업 내 올인원 의료용 컴퓨터에서 저지연 실시간 의료 애플리케이션을 개발하고 있습니다.
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