치명적인 후유증 남기는 ‘부정맥’, AI로 진단에서 치료·예방까지

# 불규칙한 심장 박동 증상을 느낀 A씨. 갑작스러운 두근거림에 병원을 찾았지만 박동은 다시 정상으로 돌아왔고 심전도 검사에서 이상이 없다고 진단됐다. 주기적으로 몇 차례 심장 박동에 불편감을 느꼈지만, 병원만 찾으면 거짓말처럼 이상이 없어진다는 A씨는 과연 부정맥 진단을 어떻게 받을 수 있을까?

심장의 혈액 박출 활동은 심장의 수축과 확장(이완)의 반복에 의해서 이루어지는데, 심장의 수축은 저절로 일어나는 것이 아니고 심장근육(심근) 세포에 전기 자극이 전달되어야 일어난다. 심장에는 이러한 전기 자극을 만들어내는 자극 생성 조직과 이를 심근세포에 전달해주는 자극 전도 조직이 있다. 심장의 자극 생성 조직에서 규칙적으로 1분에 60~100회의 전기 자극을 만들고 이 자극이 심근세포에 정상적으로 전달되면 심장의 수축과 확장이 반복되면서 신체 각 조직으로 필요한 혈액이 충분히 공급된다.

만약 심장에서 전기신호의 생성이나 전달에 이상이 생기거나, 혹은 비정상적인 전기신호가 발생할 경우, 정상적이고 규칙적인 수축이 계속되지 못하여 심장 박동이 비정상적으로 빨라지거나 늦어지거나 혹은 불규칙해지는데, 이를 부정맥이라고 한다.

부정맥은 심장의 선천적인 이상 (선천성 심장병), 담배·술·카페인, 다른 심장 질환(심근경색, 고혈압, 심근병증 등), 갑상선 질환, 비만, 수면무호흡증, 고령, 유전적 부정맥 (유전자 변이에 의한 부정맥 증후군) 등이 원인이 된다.

부정맥이 위험한 이유는 한번 나타나면 심장마비나 졸도, 치명적인 후유증을 일으키기 때문이다.

최근 국내 연구진이 심장 박동이 비정상적으로 빨라지거나 늦어지거나 혹은 불규칙해지는 부정맥을 인공지능(AI)으로 진단할 수 있는 연구 결과를 발표했고, 의료기기 산업화까지 성공한 사례가 있어 주목을 받고 있다.

이대목동병원 순환기내과 박준범 교수와 비뇨의학과 신태영 교수는 최근 ‘딥러닝 방법을 통한 정상동리듬 심전도 신호의 이산심장박동을 이용한 향후 심장 부정맥 발생 예측 (Predicting Future Incidences of Cardiac Arrhythmias Using Discrete Heartbeats from Normal Sinus Rhythm ECG Signals via Deep Learning Methods)’ 연구결과를 국제학술지 'Diagnostics'에 발표했다.

연구팀은 치료가 필요한 부정맥(CIA: Clinically Important Arrhythmia)을 정의하고 명확한 이벤트 발생 위험 기간을 인공지능으로 예측해 사회적 비용감소를 모색했다. 연구 결과에 따르면 부정맥 알고리즘을 분석해 향후 2주 내 심장 박동의 이상 징후 여부를 확인할 수 있다.

미국 에모리 대학(Emory University)에 초빙교수로 연수 중인 박준범 이대목동병원 순환기내과 교수는 "현재 미국 메이요클리닉에서는 이미 해당 연구가 상용화 단계이다. 부정맥 조기진단이라는 사회적 가치가 인정받았기 때문"이라며 "국내에서도 식약처 확증임상시험은 이미 마무리했고, 혁신의료기기 등록 등 절차가 순조롭게 진행된다면, 우리나라가 미국보다 상용화에 더 빠르게 진입할 수 있는 절호의 기회가 될 수 있다"고 말했다.

연구진들은 해당 연구를 산업에 접목해 의미있는 성과를 냈다.

이대목동병원 비뇨의학과 신태영 교수가 설립한 의료인공지능 소프트웨어 전문기업 시너지에이아이는 국내 최초로 ‘인공지능(AI) 기반 부정맥 예측진단 솔루션’ 맥케이(Mac’AI)를 개발했다.

맥케이는 심전도(ECG) 빅데이터를 정밀한 기준으로 스크리닝하고 전처리한 뒤 딥러닝 학습 기법을 적용했으며, 치료가 필요한 다양한 부정맥에 대처할 수 있도록 설계했다. 따라서 부정맥 예측 정확도가 92.7%에 달한다.

이를 통해 14일 이내에 부정맥이 발생할 수 있는 위험을 예측해 의료진이 조기에 진단하고, 치료 방향을 명확히 설정하는 것을 도와 환자는 심각한 부작용을 예방할 수 있고, 진료비도 줄일 수 있다.

맥케이는 뛰어난 성능을 인정받아 오는 2024년 1월 9일부터 12일까지 미국 라스베가스에서 열리는 국제전자제품박람회(CES)에서 2024 혁신상을 받는다.

신태영 이대목동병원 비뇨의학과 교수 겸 시너지에이아이 대표는 "연구성과를 의료기기 개발까지 이어가게 돼 의미가 크다"라며 "CES 2024에 참가해 맥케이를 널리 알려 국내 · 외 부정맥 치료에 획기적인 대안을 제시하겠다"고 말했다.