[Tech Note] 인공지능 기반 3D 의료용 소프트웨어로 환자는 ‘안심’

  • 2018-09-05
  • 기술 책임자: 김영준 책임연구원, 한국과학기술연구원(KIST) 의공학연구소




3D 프린팅 적용을 위한 수술계획 소프트웨어

기술 개요


환자의 상태에 대한 인공지능 기반 3D 환자 모델링, 3D 형상 모델 처리 및 3D 가상 수술을 통해 기존의 수술방법 보다 정확한 수술 계획으로 수술 시간이 단축되고 수술 시 출혈, 감염 등의 위험을 감소시킬 수 있는 기술이다.

① AI 기반 3차원 수술 자동진단 소프트웨어
- AI 딥 러닝 기술인 3D CNN (Convolutional Neural Network) 의료 영상 적용 및 가시화 (최초)
- 정형외과, 치과, 신경외과, 성형외과 등 CT/MR 3차원 자동진단 및 분석 적용




② 3D 환자 모델링 및 형상 처리 기술
- 신경, 혈관, 뼈, 피부 등 복합 가시화 환자에 대한 정밀한 3D모델링 및 형상 처리 기술
- 복잡한 신체를 신뢰도 높은 이미징 기술로 모델링하여 실제 수술의 경우의 출혈, 합병증 등의 위험성을 대폭 낮춤

③ 3D 가상 수술
- 효과적인 진단 정보 가시화를 통한 수술 방법 최적화 및 수술시간의 단축 가능
- 수술 가이드 설계 및 3D프린팅 지원



기술적인 이슈


최근 의료영상 분야에서 다양한 3차원 인체 모델의 활용도가 커지고 있다. 다양한 인체 모델을 바탕으로 의료 분야에서는 가상 진료 및 가상 수술 시스템을 개발하고 있다.

3차원 의학 영상의 발전은 영상유도 수술(image-guided surgery), 가상 내시경(virtual endoscopy), 가상 수술 시뮬레이션(surgical simulation)과 같이 이전에는 없던 새로운 기술 분야를 창출하며 21세기의 새로운 영역으로 발전하고 있다. 하지만, 국내의 3차원 모델링 및 프린팅 SW 제품은 해외기술에 100% 의존하고 있는 실정이다.




기술의 차별성 및 특장

- AI 기반 3차원 수술 자동진단 소프트웨어

• 환자를 위한 턱과 얼굴 전문 소프트웨어
• 수동 프로세스의 자동화로 인해 빠른 진단 속도를 가짐
• 가상 수술 뼈 정리, 유리피판술 최적화
• 최적화된 가상 외과 수술 계획 소프트웨어로 사용하기가 간편함
• Rotator Cuff MRI (fat suppression mode)
• Classification of Normal / Rotator Cuff Tear(RCT)
• Normal: 710 (N= ~ 2,000), Patient: 1138 (N=~2,000)

- Training
• Voxception-ResNet Network, epoch 110
• Train set: 3,573 (None-RCT : 1,749, RCT : 1,824), Test set: 200

- Reseults
•Accuracy: ~95%



3D 환자 모델링 및 형상 처리 기술


Semi-Automatic Orbital Wall Modeling 기술 적용으로 수술 결과를 개선하여 환자 안전 강화 및 수술 시간을 단축할 수 있다. 또한 기존 S/W는 100장 이상의 영상에 대해 수작업으로 진행하기 때문에 소요시간이 매우 길었으나, 이 기술을 적용하면 모델링 소요시간 1/10 수준으로 줄일 수 있다.

기술 완성도(TRL)

( TRL 7: 시제품 신뢰성 평가)
• 의료기기법에 따른 의료기기 소프트웨어의 품질관리시스템 구축
• 품목군: 생체현상 측정기기
• 품목명: 의료영상 분석장치 소프트웨어(A26430.11), 2등급
• 식품의약품안전처 임상 GMP(의료기기 제조 및 품질관리 기준) 적합인정서 획득 (2016.11)

응용분야

3D 가상 수술 시뮬레이션(VR, AR), 의료 훈련 시뮬레이터, 로봇 수술 내비게이터, 3D 스캐닝&프린팅 기술을 이용한 의료기기 제조 등.

시장성과 시장 전망

Grand View Research의 조사에 따르면, 의료 영상 분석 소프트웨어 시장은 2024년까지 45억 달러에 달할 것으로 예상된다. 독립형 소프트웨어는 예상보다 높은 연평균 7.5% 이상의 성장률을 가질 것으로 예상된다. 2016년 의료용 영상처리용 장치·소프트웨어의 국내 시장 규모는 약 1,001억 원으로 최근 5년간 2.7%대 성장했다. 국내기업 제품이 67%, 해외기업 제품이 33%의 비중을 차지하고 있는 것으로 나타났다.

Digi-Capital에서는 2020년 까지 가상/증강현실 시장이 1,500억 달러 규모에 이를 것으로 예측하고 있으며, 증강현실은 1,200억 달러, 가상현실은 300억 달러 규모가 될 것으로 내다봤다. 가상/증강현실 기술은 의료 분야의 수술계획, 3D 영상진단, 치과수술, 원격 수술, 재활 훈련, 심리치료 등 다양한 의료분야에 도입이 가능하다.

원격 수술(Telesurgery)이나 가상치료(Virtual Care)와 관련된 기술은 관심을 받기 시작하는 단계에 있으며, 가상치료의 경우 환자 치료를 위한 시스템은 가상 대면과 직접 대면에 의한 상담 지원이 필요하다. ES
 

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