자동차는 배출 가스 테스트를 받아야 합니다. 교량은 품질 검수가 필요하죠. 인간도 건강 검진, 특히 심장 건강 검진을 받아야 합니다.
바로 그 이유는 심장병이 전 세계 주요 사망 원인이기 때문입니다. 미국에서만 매년 네 명 중 한 명이 심장병으로 사망합니다.
딥 러닝으로 심장병 진단 검사를 한층 쉽고 편리하게 만들 수 있습니다. 이를 통해 치료와 환자 상태도 개선시킬 수 있죠.
심장병 감지와 관리에는 심장 이미지를 생성하는 초음파 검사인 심장초음파(Echocardiograms)가 사용됩니다. 보통 줄여서 ‘에코(echo)’라고 부르는 이 검사는 항암 화학요법 환자와 같이 심부전 위험이 높은 특정 환자 집단을 검사하는 도구로 사용되기도 한답니다.
미국에서는 매년 1천여 건 이상의 에코 검사가 시행됩니다. 이 검사는2년제 과정을 거쳐 심초음파 시행 전문 자격을 취득한 공인 진단용 심장초음파 전문인력이 주로 담당하는데요, 이들은 소노그래퍼(sonographer)라고 불린답니다.
미국 스타트업 베이 랩스(Bay Labs)는 간호사나 비전문가도 며칠만 교육 받으면 진단 전문가 수준으로 에코 검사를 실시할 수 있길 바라며 딥 러닝 도구인 에코GPS(EchoGPS)를 자체 개발했습니다.
베이 랩스 제품 총괄 샤라 시니어(Shara Senior)는 “고품질 에코는 사용하기 어려울 수 있으며, 에코를 더욱 자주 실시할 기회는 많습니다. 우리가 임상 진료 담당자들에 에코를 사용할 수 있는 방법을 제시한다면 환자 진료의 질이 향상될 겁니다”라고 말했습니다.
베이 랩스는 2015년 설립된 이래 900만 달러 이상을 모금했습니다. 2017년에는 엔비디아의 연례 GPU 기술 컨퍼런스 기간 중 열린 인셉션(Inception) 대회에서 12만 5,000 달러 상금을 받았죠.
에코 이미지 캡처와 분석 방식을 혁신하다
초음파 검사 시 소노그래퍼는 환자의 몸에 탐촉자(transducer)라고 불리는 프로브(probe)를 환자의 몸에 위치시켜 여러 심장 이미지를 캡처합니다. 에코GPS 소프트웨어에 사용된 딥 러닝 기술은 비 전문가들이 탐촉자를 조정해 진단에 사용할 수 있는 최적 품질의 이미지를 캡처할 수 있는 방법을 안내하죠.
고품질 심초음파에 대한 액세스를 확장해 기존 의료 시스템과 열악한 환경 모두에서 심장 질환 진단과 치료를 개선할 수 있어 환자에게는 더 나은 결과를, 의료기관 측에는 비용 절감 효과를 가져다 줍니다.
또한 베이 랩스는 심초음파 분석 소프트웨어 세트인 에코MD(EchoMD)도 개발했습니다. 심초음파에서 자동으로 고품질 이미지를 선택해 의사가 진단 근거로 삼는 심장 기능 측정 지표 중 하나인 박출률(ejection fraction) 평가를 제공하죠.
컨볼루션 뉴럴 네트워크를 사용하는 베이 랩스는 딥 러닝 모델을 미니애폴리스 심장 연구재단(Minneapolis Heart Institute)을 비롯한 여러 임상 파트너들의 100만개 심초음파 데이터베이스 상에서 교육시킨답니다.
베이 랩스 기술의 핵심 기능은 초음파 캡처 중 실시간으로 이미지를 처리하는 기능입니다. 샤라 시니어 총괄은 “엔비디아 기술로만 가능한 일이죠. 우리 하드웨어 제공업체에 앞으로 출시할 디바이스에 GPU를 탑재하라고 설득하기까지 했습니다. 그래야 우리가 처리 능력을 활용할 수 있으니까요”라고 말했습니다.
베이 랩스는 엔비디아 GPU를 사용해 에코GPS와 에코MD용 뉴럴 네트워크를 트레이닝 시킵니다. 에코GPS 소프트웨어는 실시간 추론을 위해 초음파 시스템에 내장된 엔비디아 쿼드로 P3000 GPU에서 실행되죠.
현장에 적용한 딥 러닝 심초음파
에코MD는 지난 6월에 FDA 승인을 받았습니다. 에코 GPS는 FDA 승인 준비 중에 있으며, 현재 연구용으로만 사용 가능합니다. 곧 임상 실험이 진행될 예정이죠.
베이 랩스는 최근 시카고에 위치한 노스웨스턴 메디신(Northwestern Medicine)과 스캔 경험이 없는 공인 의료 보조원이 에코GPS로 고품질 심장 초음파 사진을 촬영할 수 있는지 알아보기 위한 임상 연구에 착수했습니다. 이 연구에는 65세 이상 환자 1,200명이 참여했으며, 특정 유형의 심장병 감지를 위한 에코MD 분석 세트 테스트도 이뤄질 예정입니다.
베이 랩스는 또한 이달 말 르완다에 있는 지역 병원 두 곳에 에코GPS를 설치할 예정입니다. 르완다에 지속 가능한 심장 치료를 확대하기 위해 지역 비영리 의료 기관인 팀 하트(Team Heart)와 함께 진행하는 작업의 일환이죠.
베이 랩스는 르완다에서 류마티스성 심장 질환을 감지하는 연구용 알고리즘을 포함한 초음파 소프트웨어 데모를 시연할 예정입니다. 류마티스성 심장 질환은 전 세계 3,200만명의 어린이와 청소년들에 영향을 미치는 질병이죠.
제대로 치료되지 않은 패혈성 인두염에서 비롯되는 이 후천성 심질환은 심각한 손상을 입힐 수 있으며, 연간 27만 5천여명이 이 질환으로 사망하는 높은 치사율을 보입니다.
샤라 시니어 총괄은 “류마티스성 심장 질환은 선진국에서는 찾아보기 힘든 병입니다. 빈곤 질환으로 알려져 있죠”라고 말했습니다. 과밀 인구, 영양 부족, 위생 불량 등이 발병 위험 요인으로 꼽힙니다.
그러나 류마티스성 심장 질환은 조기에 감지만 하면 쉽게 치료할 수 있답니다.