최근 컴퓨터의 인공지능에 관한 관심이 높아지고 있다. 앞으로 인공지능은 인간의 일을 대신할 것으로 예측되며, 언론에서도 인공지능 때문에 없어지는 직업에 대한 언급을 다투어 하고 있다. 하지만 오늘날 인공지능의 도입에 부정적인 시각을 갖기보다 우리의 생활을 발전시키는 긍정적인 역할을 기대해보는 것도 중요할 것이다.

글. 김영수 교수 한양대학교병원 신경외과

 

정밀해진 방사선치료 및 수술의 현재

의학 분야도 인공지능의 도입이라는 대세를 피해 갈 수 없다는 말들이 나오곤 한다. 현재도 일부 분야에는 인공지능이 이미 도입되어 있는데, 그 대표적인 예로 노발리스 티엑스(Novalis Tx)에 적용되는 최신 인공 지능을 소개하고자 한다. 노발리스티엑스는 방사선치료에 사용되는 치료 시스템이다. 정밀한 방사선치료를 위해서는 우리가 일반적으로 떠올리는 방사선 발생장치, 즉 하드웨어만 있어서 되는 것이 아니라 방사선치료 계획을 하는 소프트웨어가 절대적으로 중요하다.

노발리스티엑스는 각종 암 치료를 위한 방사선 수술 혹은 정위적 방사선치료를 전담하는데, 더욱 정확하고 빠른 치료 계획을 통해 전신의 암을 통증 없이 단시간 내에 치료하는 것이 가능하다. 그 배경을 살펴보자면, 과거의 방사선치료는 치료 계획을 세울 때 단순히 방사선사진 전면과 측면 두 장만으로 치료의 범위와 주사하는 방사선의 양을 결정하였다. 그러나 현재는 CT, MRI, PET-CT 등 정밀 단층 영상촬영을 통해 몸 안에 자라는 종양을 보다 확실하고 입체적으로 확인할 수 있다. 이렇게 정밀해진 영상촬영은 방사선 치료 계획을 효과적으로 세우는 데 도움을 주는데, 특히 정밀 단층 영상촬영은 최근에는 1mm 두께로 얇게 찍을 수 있어서 최소 3mm 이하의 작은 종양도 찾아낼 수 있다.

이러한 방법을 통해 체내에 발생한 종양의 정확한 위치를 확인하고, 적절한 방사선량을 설정해 정확하게 타겟 종양에 주사하는 것이 가능해졌다. 또한, 컴퓨터 그래픽 기술의 발달로 단층 촬영한 영상 데이터를 이용해 삼차원 영상도 재구성할 수 있어서 단면, 횡단면, 종단면의 여러 방향에서 종양의 모습을 관찰할 수 있다. 이를 통해 주위 정상 조직과의 관계를 명확히 알 수 있으며, 종양의 체적을 자동으로 계산하고 종양 세포에 필요한 충분한 양의 방사선량을 계산할 수 있다.

방사선수술에 도입된 인공지능

일반적으로 방사선치료는 매일 적은 양의 방사선을 사용해 일주일에 5회, 5~6주간에 걸쳐 치료하는 것을 말한다. 반면 방사선 수술은 한 번에 많은 양의 방사선을 한 곳에 집중해서 조사하는 것을 말한다.

방사선 수술은 뇌종양 치료에 이용되었다가 최근에는 체부의 종양에도 이용되고 있다. 방사선치료 혹은 방사선 수술에서 중요한 것은 종양에는 충분한 양의 방사선을 조사하여 세포를 파괴할 수 있도록 해야 하나, 그 주위의 정상조직이나 방사선이 투과되는 정상조직에는 해를 입히지 말아야 한다는 것이다. 그래야만 치료 결과가 좋고 후유증도 없다. 그러므로 정밀한 방사선치료를 계획하기 위해서는 오차 없이 결과를 계산해내는 컴퓨터와 소프트웨어가 더욱 중요해진다.

실제로 오늘날 방사선 수술의 많은 부분을 컴퓨터가 인간을 대신해서 하고 있다. 신경외과에서 이뤄지는 뇌종양에 대한 방사선 수술은 초기 청신경종양이나 뇌수막종 등 수술 후 떼어낼 수 없는 부분에 남아있는 종양을 치료하는 것에서 시작됐다. 그러나 점차 치료 결과가 뛰어나 이제는 수술을 안 하고 바로 종양을 방사선 수술하는 경우가 늘어나고 있다. 뇌종양에 대한 방사선 수술은 악성종양의 치료에도 널리 이용되고 있다. 특히 전이암에 대한 방사선 수술이 활발하게 적용되고 있는데, 여기에는 몇 가지 이유가 있다.

첫째로, 원발성 암에 대한 치료가 많이 발전하여 많은 환자의 치료 여명이 길어졌다. 둘째로, 원발성 종양에 대한 치료가 끝난 뒤, 뇌 내에 전이암이 발견되는 경우에도 방사선 수술을 하게 되면 뇌수술을 하지 않더라도 전이암을 치료할 수 있고, 일상생활로 복귀하는 데도 훨씬 수월하다.

보통 전이암이 1~3개 정도라면 현재의 소프트웨어만으로도 의사가 정밀한 치료계획을 세우고 수술하는 것이 가능하고 그 결과도 비교적 만족스럽다. 그런데 6~10개 정도의 다발성 전이암이 발견되었을 경우, 치료계획을 세우는 데만 해도 많은 시간이 걸리며, 환자가 치료를 받는데도 1~2시간가량이 걸린다.

종양의 크기가 다 다르고 종양이 자라는 곳이 뇌 내 여러 곳에 산재해 있으므로, 각각 종양에 대한 치료계획을 수립하는 데 많은 시간과 노력이 필요하며 동시에, 다발성 종양을 전부 치료할 때 정상 뇌에 미치는 영향도 알 아내야 한다. 바로 이런 상황에서, 최근 개발된 일종의 인공지능이라 볼 수 있는 이 노발리스티엑스의 소프트웨어는 의사가 종양을 지정해 주면 스스로 몸속의 종양을 찾아낸다. 이어서 의사가 원하는 방사선치료의 양을 처방하여 입력하면, 여러 개의 종양을 동시에 그리고 순차적으로 정교하게 치료할 계획을 세우고 그 결과를 의사에게 제공한다. 그렇기 때문에 치료계획 시간을 획기적으로 줄일 수 있으며, 치료 자체도 단순하게 진행되어 30분 이내면 끝나기 때문에 환자는 보다 편안하게 치료를 받을 수 있다. 이보다 앞서 시작된 뇌동정맥기형에 대한 방사선수술은 혈관기형 을 정확하게 그려내는데 치료의 성패가 있다.

뇌혈관조영술 전면 사 진과 측면 사진으로 수술을 계획했던 과거에 비해, 최근에는 MRI와 MRI 삼차원 혈관촬영 사진을 이용, 좀더 세밀한 치료 계획을 세운 뒤 수술을 하는 것이 가능해졌다. 또한 최근의 관련 소프트웨어는 증상현실과 같은 영상정합 기술을 보여주는 단계까지 이르렀다. MRI 삼차원 혈관기형 영상을 기존의 혈관조영술 영상에 정합하여 보여주며, 혈류의 시간에 따른 영상도 제공하여 의사의 판단을 돕는다.

게다가 혈류 변화에 따른 단층영상자료를 제공해 치료계획 시 의사가 이차원, 삼차원 혈류의 변화에 따라 다양한 각도에서 치료 계획을 수립할 수 있게 됐다. 그러므로 과거에 혈관조영촬영 사진에서 계산된 치료계획보다 정교하게 혈관 기형에 따른 맞춤형 치료를 할 수 있으므로 치료 효과를 증가시킬 수 있음은 물론이다.

인공지능이 도입된 암치료의 미래

오늘날 환자의 상태에 따른 정밀한 치료 계획은 의사의 직관적인 판 단에 의존하기보다는 컴퓨터의 정교한 영상처리 기술과 이에 따라 정밀하게 계산되어 도출된 결과에 의한 것이다. 이와 같이 영상진단 과 동시에 치료계획을 도와주는 컴퓨터 소프트웨어 기술은 지금도 계속 발전하고 있다. 암 환자 치료에 더해진 인공지능 기술이 한층 더 발달된 치료를 가능하게 해 앞으로도 보다 많은 환자의 효과적 인 치료가 가능하게 될 것으로 기대한다.

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