윤혜은 서울성모병원 신장내과 교수와 민지원 부천성모병원 신장내과 교수 공동 연구팀은 전신마취 수술 환자의 임상 빅데이터를 기반으로 급성신손상 발생 위험을 조기 예측하는 AI 모델 ‘CMC-AKIX’를 구축하고, 관련 기술에 대한 특허(특허명: 수술 후 급성신손상 발생 예측 방법 및 그 시스템)를 취득했다고 1일 밝혔다. 

급성신손상은 단기간에 신장 기능이 급격히 떨어지는 질환으로 전체 입원 환자 5~7.5%, 중환자실 환자 20%에서 나타난다. 특히 원내 발생 급성신손상의 30~40%는 수술과 연관돼 있는 것으로 파악됐다.

그러나 기존 진단 기준인 혈청 크레아티닌 수치는 신장 손상이 이미 진행된 뒤에야 상승하는 한계가 있어, 수술 전 단계에서 위험군을 선별해 선제 대응하는 기술 필요성이 꾸준히 제기됐다.

연구팀은 가톨릭중앙의료원 산하 7개 대학병원(서울성모·여의도성모·의정부성모·부천성모·은평성모·인천성모병원, 성빈센트병원)에서 지난 2009년부터 2019년까지 전신마취하 비심장수술을 받은 환자 23만 9267건의 임상 데이터를 분석했다.

분석 대상 중 수술 후 30일 이내 급성신손상이 발생한 사례는 7935건(3.3%)이었다. 연구팀은 수술 전(前) 확보 가능한 연령 및 성별, 혈압, 기저질환, 복용 약물, 수술 전(前) 검사 수치, 수술 시간 및 진료과 등 38개 변수를 모델 학습에 활용했다.

특히 결측치 보정을 위해 다중대체법(MICE)을 적용하고, 3.3%에 불과한 질환 발생 비율을 고려해 소수 사례 학습을 강화하는 SMOTE 기법을 도입해 데이터 불균형을 해소했다.

여러 알고리즘을 비교 검증한 결과, 심층신경망(DNN) 모델이 예측 정확도(AUC) 0.832(약 83%)를 기록하며 가장 우수한 성능을 나타냈다.

연구팀은 이를 토대로 웹 기반 시스템을 구현했으며, 연구 성과는 국제학술지 ‘Journal of Medical Internet Research(JMIR)’에 게재돼 유효성을 입증받았다.

윤혜은 교수는 “CMC-AKIX를 임상에 적용하면 수술 전 환자 정보 입력만으로 급성신손상 위험도를 즉시 확인할 수 있다”며 “고위험군을 사전 선별해 체액·혈압 관리와 신독성 약물 최소화 등 맞춤형 예방 전략을 세울 수 있어 합병증 감소와 신속한 임상 결정에 기여할 것”이라고 밝혔다.

민지원 교수도 “이번 특허는 예측 알고리즘 자체에 그치지 않고 수술 전 정보를 입력해 실시간으로 위험도를 산출하는 웹 기반 시스템 구현 방식까지 포괄했다”며 “향후 임상 현장 도입과 상용화 가능성을 높였다는 점에서 의미가 있다”고 말했다.