인공지능으로 회전근 개 재파열 예측 가능

[이데일리 이순용 기자] 우리나라 회전근 개 환자의 수술 중 사진을 활용해 수술 후 재파열을 예측하는 인공지능 기술이 개발됐다.

건강을 위해 다양한 운동을 즐기는 인구가 증가하면서 회전근 개가 파열 위험도 높아지고 있다. 회전근 개는 어깨를 감싸고 있는 4개의 힘줄을 말한다. 어깨의 안정성과 운동성에 중요한 역할을 맡고 있는데, 이 힘줄이 다양한 원인에 의해 약해지거나 찢어지면서 발생하는 것이 회전근 개 파열이다.

심한 어깨 통증으로 자연 치유가 어렵고 수술이 필요한데, 문제는 수술이 잘 되어도 환자의 근육 상태에 따라 재파열이 되는 것이다. 그 동안 어떤 경우 재파열이 되는지 알기 위한 다양한 연구가 시도 되었으나, 우리나라 환자의 수술 사진을 활용한 딥러닝 예측 기술은 처음이다.

가톨릭대학교 서울성모병원 정형외과 김양수 교수(교신저자)·조성현 임상강사(제1저자) 연구팀은 858명의 회전근 개 수술 환자를 조사하고, 1,394장의 관절경 수술 중 이미지를 추출하였다. 수술 후 2년 이내 회전근 개가 파열되지 않은 환자와 재파열된 환자로 구분하여 분석한 후, 세 가지의 확립된 딥러닝 구조를 전이학습 이용으로 예측모델을 만들었다. ※그림

그 결과 값이 1에 가까울수록 우수한 평가모델을 의미하는 지표인 AUC(곡선하면적)는 0.92, 정확도 91%, 특이도 93%로, 결론적으로 관절경 수술 중의 이미지는 다른 추가적인 정보 없이 재파열을 예측할 수 있었다.

우리나라에서는 연간 13만명의 환자가 회전근 개 질환으로 진료를 보고 있다. 과도하게 어깨를 사용하면 약해진 힘줄이 어깨뼈에 반복적으로 부딪히게 되면서 회전근 개가 파열된다. 회전근 개 파열은 어깨통증환자의 약 70%, 60대 이상의 일반인에서 50% 이상의 유병률을 보이며 최근 레저 스포츠 활동이 활발해지면서 발생률이 크게 증가하는 추세이다.

회전근 개에 이상이 생겼을 때 나타나는 가장 흔한 증상은 어깨 통증이다. 대개 어깨 관절 자체보다는 약간 아래쪽 팔 부위에서 통증을 느끼는 경우가 많고, 통증이 때때로 손끝이나 목까지 뻗쳐 목 디스크로 오인되기도 한다. 최근의 주 수술 치료법은 관절 내시경 수술이다. 0.5cm 정도 피부 3곳을 절개 후 카메라가 달린 관절경을 통해 파열된 힘줄을 뼈에 봉합한다.

김양수 교수는 “높은 예측 정확도는 수술 중 관절경 사진이 힘줄의 건강상태(tendon quality)를 반영하기 때문으로 보이고, 그 동안 영상 평가에 포함되지 않았던 수술 중 사진으로 수술 치료 효과와 회전근 개의 상태를 처음 객관적으로 평가할 수 있게 되었다”고 연구의 의미를 설명했다.

또한 김 교수는 “회전근 개 파열의 통증이 어깨 손상 정도와 반드시 비례하지는 않아, 상당수 환자가 조기 발견과 초기 치료를 놓쳐 수술을 받게 되는데, 평소 높은 곳에 있는 물건을 집거나 어깨관절을 과도하게 사용하는 운동은 피하고, 어깨근육 강화에 도움이 되는 스트레칭을 꾸준히 하는 생활습관이 회전근 개 파열을 예방하는데 큰 도움이 된다”고 조언했다.

논문제목이 ‘Prediction of Retear After Arthroscopic Rotator Cuff Repair Based on Intraoperative Arthroscopic Images Using Deep Learning’인 이번 연구는 미국 스포츠 의학회지(American Journal of Sports Medicine.AJSM) 최근호에 게재되었다.

가톨릭대 서울성모병원 정형외과 김양수 교수팀은 858명의 회전근 개 수술 환자를 조사하고, 1,394장의 관절경 수술 중 이미지를 추출하였다. 수술 후 2년 이내 회전근 개가 파열되지 않은 환자(A)와 재파열된 환자(B)로 구분하여 분석하였다.