삼성서울병원 유방외과·이식외과 공동 연구팀
AI가 수술 영상 실시간 분석…안전한 절제면 표시
유재민 삼성서울병원 유방외과교수가 다빈치 로봇을 이용해 수술을 집도하고 있다. 사진 제공=삼성서울병원
네비게이션이 주행 코스를 안내하듯, 유방암 수술 중 안전한 절제 경로를 안내해주는 인공지능(AI) 솔루션이 등장했다.
삼성서울병원은 유재민·박웅기 유방외과 교수와 유진수·오남기 이식외과 교수 공동 연구팀이 로봇을 활용한 유두보존 유방절제술에서 안전한 절제면을 실시간 안내하는 AI 내비게이션 모델을 개발해 임상 적용 가능성을 확인했다고 5일 밝혔다.
로봇 유두보존 유방절제술은 겨드랑이 부근에 작은 절개를 한 뒤 로봇 팔을 넣어, 유방 조직을 제거하는 수술이다. 유두와 피부는 그대로 둔 채 유방 조직만 제거해 가슴에 큰 흉터가 남지 않고 환자 만족도가 높다.
의사가 손 끝 감각으로 조직 경계를 파악할 수 있는 반면, 로봇은 촉각이 전달되지 않다보니 화면에 포착되는 영상에만 의존해야 한다는 한계가 있었다. 특히 유두보존 유방절제술은 피부 바로 밑 지방층과 유선 조직의 경계를 정확히 구분하기가 까다롭다. 과도하게 얕게 절제하면 유방 조직이 남고, 너무 깊게 절제하면 피부로 가는 혈류가 끊겨 피부 손상이 생길 수 있기 때문이다.
연구진은 수술 중 촬영되는 영상을 AI가 실시간으로 분석해 지방층과 유선 조직의 경계, 즉 안전한 절제면을 화면에 표시해주는 방식을 고안해냈다. 자동차 내비게이션이 운전자에게 경로를 안내하듯 AI가 집도의에게 절제 경계선을 시각적으로 알려주는 것이다.
삼성서울병원 유재민(왼쪽부터)·박웅기 유방외과 교수, 유진수·오남기 이식외과 교수. 사진 제공= 삼성서울병원
연구진은 삼성서울병원에서 시행한 29건의 로봇 유방절제술 영상에서 1996개의 프레임(정지 화면)을 추출한 다음, 유방외과 전문의들에게 각 프레임에서 안전한 절제면을 직접 표시하도록 했다. 이 데이터를 AI에게 학습시켜 수술 영상에서 절제면을 자동 인식하도록 훈련하는 과정을 거쳤다.
삼성서울병원 데이터로 내부 검증을 진행한 결과 AI 모델의 정확도(DSC)는 74.0%를 기록했다. 이어 삼성창원병원에서 시행한 8건의 수술 영상으로 외부 검증을 진행한 결과에서도 70.8%로 유사한 성능을 보였다. 다른 기관, 다른 집도의의 수술 영상에서도 AI가 안정적으로 작동함을 확인한 것이다.
앞서 연구진은 지난해 복강경 생체 간 이식 수술에서도 AI 내비게이션 체계를 개발했다. 당시 삼성서울병원, 명지병원, 영남대병원 등 3개 기관 연구진은 이들 병원이 보유한 수술 영상 48건을 분석해 간 주변 혈관 구조와 안전한 박리면을 AI가 실시간으로 표시하는 기술을 선보였다. 해당 성과는 국제학술지 ‘사이언티픽 리포트’(Scientific Reports)에 게재되며 주목을 받았다. 이번 연구로 AI 수술 내비게이션의 적용 범위가 유방까지 확대된 것이다.
유재민 교수는 “로봇 유방절제술에서 AI 내비게이션 체계를 개발하고 다기관 외부 검증까지 완료한 최초의 연구”라며 “AI가 수술 중 실시간으로 안전한 절제면을 안내해 수술의 정밀도와 안전성을 높이는 데 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.
연구진은 향후 다양한 최소침습 수술에 AI를 접목해 환자에게 도움을 줄 수 있도록 연구를 이어가겠다는 방침이다. 이번 연구는 유럽외과종양학회 공식학술지(European Journal of Surgical Oncology) 최근호에 실렸다.