인도 뭄바이 소재 스타트업 큐어닷에이아이(Qure.ai, 이하 큐어)는 2016년부터 폐 스캔을 통해 질병 감식을 하기 위해 인공지능(AI) 툴을 개발해왔습니다. 코로나19가 전세계로 확산되자 큐어는 임상의들의 시급한 요구를 충족하기 위해 솔루션 재정비에 돌입했습니다.
현재 20여개 이상의 국가에서 사용중인 큐어의 흉부 엑스레이(X-ray) 툴 ‘qXR’은 종양 징후, 결핵을 비롯한 기타 여러 질환의 폐 이상 증상을 감지하기 위해 250만 장의 스캔을 통해 학습했습니다.
중국, 한국, 이란 등 코로나19 초기 발생 국가들이 최초의 코로나바이러스 데이터세트를 공개한 뒤 큐어는 그 스캔자료를 자체 데이터세트에 빠르게 포함해 qXR이 흉부 엑스레이 영상에서 관심 영역을 표시하고 코로나19 위험 수치를 제공할 수 있도록 설정했는데요.
큐어의 최고사업책임자(CCO) 시란지브 싱(Chiranjiv Singh)은 “전세계 의료진들은 코로나19 감염 사례에 대해 중대한 의사결정을 내리는 데 도움을 줄 수 있는 툴을 찾고 있습니다. 환자의 병원 입원 시점, 중환자실 이송 결정, 삽관을 해야 할지의 여부 등과 같은 결정을 말하는데요. 객관적인 데이터가 있으면 이런 결정을 좀 더 쉽게 내릴 수 있죠. 이런 부분이 저희 AI 툴이 제 역할을 해낼 수 있는 영역입니다”라고 말했습니다.
의사들이 체온 측정치나 산소 수치와 같은 데이터를 갖고 있긴 하지만 AI를 사용하면 환자의 폐에 미친 영향을 정량화할 수 있습니다. 그러면 임상의들이 진단키트가 부족한 상황에서 잠재적인 코로나19 질병의 경중을 분류하기 쉬워지고 질병의 진행과정을 추적하기 위해 여러 개의 흉부 엑스레이를 비교하기도 수월해집니다.
최근 몇 주간, 큐어는 코로나19 지원용 AI 툴을 영국, 인도, 이탈리아, 멕시코 등 50개국에 공급했습니다. 파키스탄의 의료 종사자들은 의료용 차량에서 qXR을 사용해 지역사회의 감염사례를 적극적으로 추적하고 있습니다.
큐어는 엔비디아의 스타트업 육성을 위한 리소스 지원 프로그램 ‘엔비디아 인셉션(NVIDIA Inception) 프로그램’ 회원으로 아마존웹서비스(AWS)를 통해 온프레미스에서 엔비디아 타이탄(TITAN) GPU와 V100 텐서 코어(Tensor Core) GPU를 사용해 AI 모델을 훈련하고 추론을 실행합니다.
이미 유럽에서 CE 인증마크(EU의 안전과 건강, 소비자 보호관련 지침과 규격 기준을 준수한다는 것을 의미)를 받은 qXR은 현재 미 FDA(식품의약청)의 허가를 요청한 상태입니다. 최근에는 정기적인 스캔으로 치명적 이상상태를 분류하는 데 사용되는 두상 CT 스캔 툴인 ‘qER’에 대해 FDA 허가를 받았습니다.
코로나19 특유의 징후를 잡아내다
코로나19 진단에서 흉부 엑스레이는 질병을 부분적으로 확인할 수 있는 도구에 불과합니다. 모든 감염 사례가 폐에 영향을 주는 건 아니기 때문이죠. 하지만 병상 옆에 두고 쓸 수 있는 이동식 엑스레이 외에도 다양한 엑스레이 제품이 워낙 많아 코로나19 전담 병원의 영상 촬영용으로 빠르게 채택돼 사용되고 있습니다.
싱 CCO는 “현재까지 발표된 논문에 따르면 흉부 엑스레이를 보면 코로나19의 특정 징후를 눈으로 확인할 수 있다고 합니다. 간유리음영이나 폐경화로 알려진 증세가 나타나고 코로나바이러스가 폐 양쪽에 영향을 주고 있다는 것도 확인했죠. 큐어는 이런 요소나 관련 증상이 보이면 플러스(+) 수치를 표시하고 코로나19가 증상이 아닌 것으로 확인되는 폐석회화나 흉수 등의 증상에는 마이너스(–) 수치를 표시합니다”라고 설명했습니다.
큐어의 qXR 툴은 코로나19 위험도 수치를 4가지 단계인 높음, 중간, 낮음, 없음으로 구분합니다. 또한 1분만에 폐에 미친 영향에 대한 객관적인 측정치를 제공해 병변을 표시해 정량화 하죠.
의사들은 흉부 엑스레이 영상을 빠르게 처리하는 qXR을 이용해 검진 결과를 기다리면서 코로나19 증세로 환자의 경중을 분류할 수 있도록 도와줍니다. qXR으로 장기간에 걸쳐 여러 차례 촬영한 환자의 스캔 사진들을 비교해 질환의 진행상황을 모니터링하는 의사들도 있죠. 또 qXR은 편의성을 위해 PACS 영상 시스템을 포함한 방사선 전문의들의 기존 워크플로우를 통합해 실행됩니다.
싱 CCO는 “워크플로우 통합이 가장 중요한데요. AI 솔루션이 튀지 않고 기존 의료 워크플로우에 자연스럽게 녹아 들수록 앞으로 더 널리 사용될 확률이 높아지기 때문입니다”라고 말했습니다.
코로나19 분석용 qXR의 1차 버전이 코로나바이러스에 한정된 11,500장의 스캔사진을 학습해 성능을 검증 받은 뒤에도 매주 수천 장의 스캔사진이 데이터세트에 추가돼 분석 데이터 량이 늘어나면서 그 정확도도 높아지고 있습니다.
싱 CCO는 큐어가 수년간 수집한 다양한 흉부 엑스레이 데이터세트를 빠르게 활용한 것이 좋은 결과로 이어졌다고 말합니다. 큐어는 북미, 유럽, 중동, 아시아에서 약 8백만 건에 달하는 연구사례를 균등하게 수집했으며, 다양한 설비 제조업체와 의료환경에 대한 연구를 다방면으로 진행하고 있습니다.
싱 CCO는 “데이터의 양과 다양성을 확보한 것이 큐어 AI모델의 정확도 개선에 도움이 됐습니다. 한 지역이나 한 국가의 완벽하고 깔끔한 데이터만 사용하면 안됩니다. 새로운 환경에는 적용할 수 없기 때문이죠”라고 말했습니다.
클라우드로 신속한 모니터링 지원
영국의 볼튼 국민보건서비스 파운데이션 트러스트(Bolton NHS Foundation Trust)와 이탈리아의 밀라노의 산 라파엘레 건강보건 대학교(San Raffaele Univ.)은 방사선과 전문의들의 코로나19 환자의 질병 진행상황 모니터링 지원을 위해 qXR를 사용해온 수십개의 의료기관 중 하나입니다.
대부분의 사용자들은 1시간 내로 클라우드에 qXR을 설치해 시스템을 가동할 수 있죠. 현재의 코로나 팬데믹과 같은 이런 긴급한 상황에 이런 솔루션은 코로나19 방역 조치로 인한 이동제한으로 실제 장비를 바로 설치할 수 없는 상황에도 즉각 대응할 수 있게 해줍니다. 또 병원내 데이터센터를 보유한 병원들은 자체 컴퓨팅 리소스를 사용해 추론을 실행할 수 있죠.
싱 CCO는 큐어의 다음 행보는 “환자들을 직접 대면하는 전세계 방사선 전문의와 의료진이 우리 제품을 가능한 한 많이 사용할 수 있도록 하는 것”이라고 말했습니다.
큐어는 그 외에도 자신이 코로나19에 감염됐다고 생각하거나 자택에서 회복중인 환자들을 정기적으로 진단하는 챗봇이 탑재된 자연어 처리 도구 ‘qScout’를 개발했습니다. 외래환자들과 지속적으로 연락하는 것은 증세를 모니터링하는 데 있어서도 중요한데요. 이런 방법은 병원 인프라가 과부하 되지 않고 의료 종사자들이 환자들의 병원 입원 여부나 환자의 회복 상황을 체크하는데 도움이 됩니다.
큐어 개발팀은 단 6주 만에 qScout 챗봇의 콘셉트를 기획하고 첫번째 고객인 오만 보건부에 전달했습니다.
큐어에 대해 자세한 사항이 궁금하시다면 지난 5월에 있었던 ‘COMPUTE4COVID’ 웨비나 세션, ‘코로나19와 맞선 의료 AI 스타트업’을 살펴보세요. 또 엔비디아 코로나 페이지를 방문해 AI와 가속 컴퓨팅으로 코로나19 퇴치를 위해 노력하고 있는 여러 스타트업들을 만나보세요. 엔비디아가 제공하는 의료업계 뉴스도 받아보실 수 있습니다.