AI를 이용하여 환자의 암을 발견하는 'AR현미경'을 Google과 미 국방부가 개발 중

Google과 미 국방부가 공동으로 개발을 진행하고 있는 암종양의 발견을 AI와 증강현실(AR)의 힘으로 서포트하는 'Augmented Reality Microscope(AR현미경)'에 대해서 해외 미디어 CNBC가 보도했습니다. AR현미경은 종래의 현미경과 같은 외형을 하고 있으며 초기 단계이지만 이미 유망한 결과가 나오고 있다고 합니다.

Google, DoD built an AI-powered microscope to help doctors spot cancer
https://www.cnbc.com/2023/09/18/google-dod-built-an-ai-powered-microscope-to-help-doctors-spot-cancer.html

Google and the Department of Defense are building an AI-powered microscope to help doctors spot cancer

병리의사는 환자로부터 채취한 샘플을 바탕으로 환자가 암에 걸려 있는지 여부를 진단하는데 이 작업에는 매우 큰 책임이 수반합니다. 국방부 산하조직인 Defense Innovation Unit(국방 이노베이션 유닛)에서 최고의료책임자를 맡고 있는 닐스 올슨 박사는 한때 미 해군의 군의로 괌에 파견되었을 때 해군병원에서 유일한 병리의사로 다양한 진단을 내렸다고 합니다.

올슨 씨는 CNBC의 인터뷰에서 “암 판정은 환자의 생사에 관련되는 진단이어서 병리의가 느끼는 압력은 크다"고 설명했습니다.

올슨 씨가 괌에 파견되기 전인 2016년 샌디에고의 해군의료센터에 근무하고 있을 때에 'AR현미경'에 대한 아이디어를 생각해 냈습니다. 이 아이디어에 대해 Google에 근무하는 지인에게 상담했고 몇 개월 후 캘리포니아주 마운틴뷰에 있는 Google의 오피스 빌딩의 밀실에서 초기의 'AI를 탑재한 현미경'을 실연했습니다. 이 AI 탑재 현미경은 실제로 올슨 씨가 지참한 슬라이드 세트로부터 정확하게 암을 검출했고 결과에 모두 매우 흥분했다고 합니다.

그 후 AI를 탑재한 현미경의 프로젝트는 국방 혁신 유닛이 계승했고 AR을 조합한 AR현미경의 상용 파트너에 Google과 광학기업인 Jenoptik을 선정해 개발을 진행했습니다.

2019년에 공개한 AI 탑재 현미경에 대한 기사는 미 연방정부의 의료제도에 수백만명의 환자가 등록되어 있어 '세계에서 가장 포괄적인 의료 데이터세트'라고 보도했습니다. 또한 빅데이터는 실리콘밸리가 가장 잘 하는 곳이며, 민간의 의료시스템에 파급될 가능성은 방대하다"고 전망했습니다.

이미 구글과 미 국방부는 AR현미경 개발에 성공했으며 아직 적극적으로 환자의 진단에 이용되고 있는 것은 아니지만 13대의 AR현미경이 관련 시설에 배치되어 있습니다. 아래 이미지는 정부기관과 협력하여 기술 관련 문제를 다루는 비영리단체인 Mitre에 배치된 AR현미경입니다. AR현미경은 마치 학교의 이과실에 있는 광학현미경과 같은 외형을 하고 있으며 큰 접안렌즈와 슬라이드 유리를 세트하는 트레이가 갖추어져 있고 동시에 AI모델을 수용하는 상자형의 컴퓨터 타워에 연결되어 있습니다.

슬라이드 유리를 현미경에 고정하면 AI는 접안렌즈의 영상과 겹쳐 암이 어디에 있는지를 나타내는 녹색 테두리를 표시하는 것 외에 암의 경계를 픽셀화한 히트맵도 생성한다는 것.

최근에는 병리의사의 일을 디지털화하려는 시도가 진행되고 있지만 1장의 슬라이드를 디지털화하면 1GB를 넘는 데이터량이 됩니다. 따라서 방대한 환자를 진단하려고 하면 인프라 비용이 많이 들고 많은 소규모 의료기관에서는 디지털화가 부담됩니다.

그 점에서 종래의 광학현미경에 시스템을 통합하는 AR현미경이라면 의료기관의 부담을 9만 달러~10만 달러(약 1억 3000만 원 가량)로 억제하는 것이 가능합니다. Mitre의 자율시스템 엔지니어인 패트릭 마이노트 씨는 물리적 현미경은 병리학의 진단과정에 필수적이며 많은 사람이 "현미경은 그대로 두는 것이 좋다"고 말했다고 전했습니다.

Google Cloud의 건강관리 전략 및 솔루션 담당 글로벌 디렉터인 아시마 구프타 씨에 따르면 구글은 이미 유방암, 자궁경부암, 전립선암, 유사분열을 확인하는 4가지 알고리즘을 개발했다고 것. AI모델은 국방 혁신 유닛의 데이터세트로 교육했으며 암호화를 통해 원래 데이터에 액세스할 수 없게 되었다고 구프타 씨는 설명했습니다.

2022년 가을에는 학술지 Journal of Pathology Informatics에 연구팀의 논문이 발표되었고 유방암의 AI 알고리즘이 샘플의 대부분에서 잘 작동하는 것으로 보고되었습니다. 실제로 현실세계에서 병리학자를 AR현미경이 지원하게 하려면 아직 방대한 양의 테스트가 필요하지만 이미 국방 혁신 유닛은 Google 및 Jenoptik과 AR현미경을 군과 상업 루트로 배포하기 위한 계약협상도 시작했다는 합니다.

시애틀의 퇴역군인병원에 근무하는 병리학자인 나디임 자팔 박사는 환자의 전립선암이 얼마나 심각한가에 대해 동료의 의사와 의견이 나뉘었을 때 AR현미경을 사용하여 샘플을 분석했다고 합니다. 그 결과 환자의 전립선암은 자팔 씨의 견해대로 공격성이 높은 것을 알게 되었다고 합니다. 동료 의사도 AR현미경의 결과를 보고 납득했는데 이에 자팔 씨는 “이 사례가 이 기술의 이점으로 일종의 중재자가 되는 것”이라고 보았습니다.