인공지능(AI) 기반의 신장 피질 부피 측정 모델이 신장 기증자의 기증 후 신기능 손실을 간편하고 정확하게 예측할 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 이 모델은 기존 컴퓨터단층촬영(CT)의 복잡하고 시간이 많이 소요되던 신장 평가 방법을 혁신적으로 개선해줄 것으로 기대된다.

조은아 중앙대병원 이식혈관외과 교수팀(제1저자, 민상일 서울대병원 이식혈관외과 교수(교신저자), 이주한 연세대 세브란스병원 이식혈관외과 교수(3저자), 김진성 온코소프트 대표(4저자))이 2010년부터 2020년까지 신장 기증 수술을 받은 생체 기증자 1074명의 데이터를 바탕으로, AI 기반의 CT 이미지를 활용해 신장 피질 부피를 측정하고 이를 통해 신장이식 후 신기능 저하와의 연관성을 분석한 다기관 후향적 코호트 연구 결과를 26일 발표했다.

고령화 사회로 접어들면서 고령 기증자의 신장이식 수술이 증가하고 있다. 그러나 고령 기증자는 노화로 인한 사구체 경화 등 신장 미세구조의 변화로 인해 신기능이 저하될 가능성이 높다. 이에 따라 신장 기증 후 신기능 손실을 예측할 수 있는 방법이 필요했다. 기존 연구들에서 신장 피질 부피와 신기능 간의 상관관계가 보고됐지만 기존의 측정 방법은 번거롭고 어려웠으며 많은 시간을 필요로 해 실제 임상 적용이 곤란했다. 

연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 기증 전 CT 이미지를 분석해 신장의 피질 부피를 자동으로 측정할 수 있도록 인공지능 모델을 개발했다. 신장 피질은 신장의 기능을 담당하는 중요한 부분이기 때문에, 이 부피를 정확하게 측정하는 것이 신기능 예측에 매우 중요하다.

이 자동화 모델은 CT 이미지만 올리면 자동으로 신장 피질을 찾아서 분할시켜 부피를 측정해 준다.

연구팀은 신장 생체 기증자 1074명의 수술 전 CT로 신장 피질 부피를 측정하고, 이식 후 남게 될 신장의 부피가 기증 후에 신기능 손실 정도를 예측하는지에 대한 평가를 시행했다.

그 결과, 고령의 신장 기증자들의 신장 피질 부피는 젊은 기증자들에 비해 노화로 인한 감소 폭이 커서 신장 기능의 급격한 감소를 경험했다. 특히 이식 후 3년까지는 젊은 기증자들에 비해 고령 기증자들의 신장 기능 저하 폭이 더 큰 것으로 나타났다. 이로써 신장 피질 부피가 신장 기능 저하와 상관관계가 있음을 확인했다. 

즉 고령의 신장 기증자는 젊은 기증자에 비해 기증 후 신장 기능의 지표로 나타나는 신장이 1분 동안 걸러주는 혈액량인 사구체 여과율(eGFR)이 더 많이 감소하는 것으로 나타났다.

하지만 수술 전 더 큰 신장 피질 부피를 가진 기증자들은 신장 피질 부피가 작은 기증자보다 사구체 여과율(eGFR)의 감소가 유의하게 적어 상대적으로 신장 기능 감소가 덜한 것으로 확인됐으며, 고령이라도 신장 피질 부피가 클수록 이식 후 신기능 저하가 덜 한 것으로 확인됐다.

모델의 정확성을 검증하기 위해, 연구팀은 AI가 측정된 피질 부피와 수작업으로 측정된 결과를 비교했다. 검증 결과, AI 모델의 정확도는 매우 높았으며, Dice 유사 계수(두 이미지 간의 겹치는 부분을 평가하는 지표로, 1에 가까울수록 유사함을 의미) 0.97과 Hausdorff 거리(예측된 경계와 실제 경계 간의 최대 오차를 측정하며, 값이 작을수록 정확함을 의미) 0.76mm을 기록했다. 이는 AI 모델이 실제 신장 피질 부피를 매우 정확하게 측정할 수 있음을 의미한다. 

연구팀은 AI를 활용해 측정한 신장 피질 부피가 기증 후 신기능 손실을 예측하는 데 중요한 지표로 작용할 수 있다고 강조했다. 아울러 이 모델이 기증자 선별과 평가 과정에 통합된다면, 신장이식 수술의 성공률을 높이고 기증자 안전성을 강화하는 데 크게 기여할 것으로 기대된다고 덧붙였다.

 조은아 중앙대병원 이식혈관외과 교수팀(오른쪽), 민상일 서울대병원 이식혈관외과 교수 조은아 교수는 “인공지능을 활용한 신장 피질 부피 측정의 임상적 유용성을 입증한 이번 연구는 신장 기증자의 평가 및 예후 예측에 중요한 진전을 이룬 것으로 평가된다”며 “특히 고령 기증자의 경우, 기존보다 더욱 정밀하게 신기능 손실을 예측할 수 있는 방법을 제공함으로써 보다 안전한 기증 결정을 지원할 수 있다는 점에서 의미가 크다”고 말했다.

민상일 교수는 “인공기능 기술을 활용하여 기존에 많은 시간이 소모되고 어려웠던 분석이나 측정을 정밀하고 빠르게 했다”며 “이번 신장 피질 부피 측정 모델이 신장 기증자의 선별과 평가 과정에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 외과 분야의 세계적 권위지인 국제외과학저널 ‘International Journal of Surgery’(IF=12.5)에 온라인 게재됐다. 아울러 조 교수는 생물학연구정보센터(Biological Research Information Center, BRIC)로부터 ‘한국을 빛낸 사람들(한빛사)’에 선정됐다.