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중국 AI+5G 를 이용한 심장 수술 성공

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관리자 작성일 :19-04-16 13:25 조회 :130회 댓글 :0건

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중국 AI+5G 를 이용한 심장 수술 성공

광둥성(广东省)인민병원과 광둥성 가오조우시(高州市)인민병원이 공동으로 전국 최초로 심장병환자의 “补心심장보강” AI+5G 수술을 마쳤다.

AI+5G, 첫 번째로 심장병수술 성공가오조우시 인민병원 심장외과 수술실에서, 의사주도로 심장병수술이 진행됐다: 400km 떨어진 광둥성 인민병원에서 전문가가 5G 로 전송된 대형화면의 고화질 수술 화면을 보고 가오조우시에서 진행하는 수술에 원격으로 가이드 한다.

이번 수술 전, 병원은 독립적인 연구 개발의 전자동 AI 모델링 소프트웨어를 사용하여 원클릭으로 모델링을 완성했다. 소모 시간은 2 분이내로 자동생산 3D 프린터기는 3D 데이터 심장병(STL 양식)을 식별하여 곧바로 1:1 크기의 심장모형을 프린팅 했다.

특히 수술의 AI 기술 부분에서는 광둥성 인민병원 특채 고문인 스이위(史弋宇) 교수가 팀을 이끌면서 참여했다. 스이위는 성모대학(圣母大学)컴퓨터학과 명예 부교수와 박사생의 지도교수, 전자과 명예 부교수를겸하고 있다.

이번에 전국 첫 AI+5G 시술에 참여하면서 1 년간 준비해온 스이위의 수술은 성공으로 치닫으면서 AI 는 의료 분야에 더욱 정착하게 됐다.

AI+5G 수술을 받은 환자는 41 세 여성 환자로 선천성 심장질환으로 심장에 구멍이 생겼다.

 

이 구멍은 좌심방의 피를 우심방으로 계속 흐르게하여 우심방과 폐순환에 부하를 가중시키고, 오래지속되면 폐동맥에 압력이 가하게되면서 심장이 계속 커진다.

3D 프린팅 된 1:1 심장 모형을 보면 알수있듯이 정상인의 심장은 대략 주먹 하나정도지만 환자의 심장은 정상인보다 큰 편이다. 환자의 심장이 전체 흉부의 2/3 을 차지하는 것도 확인할 수 있다.

준비단계 : AI 3 차원 모델링 2 분만에광둥성 인민병원은 이번 수술에서 현재 가장 인기 있는 '블랙 테크놀로지'를 사용했으며, 이 중 특허를 출원해 지적재산권을 보호했다. 스이위교수는 AI 파트에 참여하며 수술의 준비단계를 담당했다.

(1)이미지 압축스이위교수는 병원의 영상 채취 후 실시간 영상 전송을 위해 플로리다 국제대학 운우줴 교수는 머신러닝을 위한 영상 압축을 먼저 만들어 데이터 수신단에서 영상을 자동으로 출력을 한 뒤 분할하고 모델을 만들었다.

영상 압축의 시초이자 전통적인 압축(예를 들어 JPEG)과는 다르다. 이 작업의 압축은 AI 모델을 위한 것으로 사람의 시각을 기준으로 하지 않고 컴퓨터 시각을 겨냥한 영상 압축이다. 압축을 통해 수신된 이미지의 크기가 작아지고 이미지 분할의 정확도가 향상되고 압축률이 3 배 향상되며 분할 효과가 향상된다.

 

(2)AI 잡음제거

 

위의 그래픽 압축 과정에는 일부 잡음제거 기술도 포함되어 있다. 여기서 그래픽은 모델링을 위해 사용되었기 때문에 압축 과정에서 일부 잡음도 함께 제거했다. 잡음제거에는 주의력 신경 네트워크를 사용하여 이미지 속의 소리에 집중할 수 있다.

스(史)교수팀은 영상 하나하나를 자동으로 소음을 제거하면서 자동모형의 최종 결과물을 만들기 때문에 사람이 관여를 하지 않아도 된다. 이렇게 하면 심장 모형을 3D 프린팅 모형으로 만들 수 있다.

(3)머신러닝과 전통적인 컴퓨터 시각의 혼합 모형

구조적인 심장병 환자들에게 있어서, 그들의 심장 구조는 정상적인 심장과는 차이가 클 수 있기 때문에, 스교수 팀은 머신러닝을 전통적인 컴퓨터 시각을 더하는 방법을 사용했다.

 

 

전통적인 3D 모델링 방법을 사용하면 몇 시간이 걸릴 수 있지만 심장 전체의 3 차원 모델링 시간은 약 2 분이 소요 되며 정확도는 선천성 심장병의 경우 전통적인 방법의 70%보다 12% 향상되었다. 

이 모형의 직접적인 역할은 두 가지로 첫째는 의사가 수술을 하기 전에 3D 로 프린트하여 수술준비 시 참고할 수 있도록 하고, 환자의 심장이 어떤 모양인지, 어떤 문제가 있는지 직관적으로 볼 수 있도록 하는 것이다.

모형의 또 다른 중요한 역할은 수술 중 원격 지도를 할 수 있는 의사가 VR 와 MR 기술을 통해 전송된 실시간 영상 및 이전 건모를 이용해 현재의 수술 진행 상황을 실시간으로, 동적으로 지도할 수 있도록 하는 것입니다.

본 수술에서 병원은 3D 모델링 방법을 사용해 심장내과 수술 조작이 직관적으로 작용하지만, 3D 프린팅을 수행할 수 없을 정도의 응급환자 같은 경우에는 실시간으로 가상현실(VR) 심장으로 지도할 수 있다.

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4 월 3 일 오전 9 시 35 분쯤 수술이 정식적으로 시작됐다. 광둥성 인민병원 현장의 대형화면에서 4개의 화면(아래사진 참고)을 중계한다. 왼쪽부터 ‘가오조우인민병원 수술실, VR 비디오수술과정’을 보여준다. 우리는 현장중계의 VR 화면에서 모든 수술과정을 볼 수 있다.

 

  

통창 말하는 인공심폐기를 환자 신체에 삽입하여 외부 순환기와 연결시킨다. 그리고 신체 온도를 내린뒤

의사는 심장기계 보호액을 부어 심장을 잠시 멈추게 한 뒤 심장사이를 관찰하고 구멍이 난 부분을 수술

한다.

  

수술중 가장 중요해야 할 부분은 첫째로, 심장의 Koch 삼각지대를 봉합할 때 심장 박동을 일으키는 리듬전도가 막히지 않도록 심근손상이 일어나지 않게 주의해야한다.

또 다른 하나는 심장의 해부구조를 조금 더 분명하게 봐서 심실중격결손증의 “패치”를 더 크게 매꿔야한다.

환자의 수술은 3 시간이 걸려 12 시 55 분 완벽하게 끝났다. 5G 는 4G 보다 10 배 더 빠르고, 지연은 30 마이크로초보다 낮다. 이 수술은 환자 흉부를 3-4mm 만 여는 최소 절개 복강경 수술로 의사에게 어려움이있을 수 있다. 따라서 광둥성 인민병원의 서포트가 필요하다.

지도에 따르면 가오저우시 인민병원은 광둥성 인민병원에서 400km 가까이 떨어져 있지만 실시간 현장화면의 지연은 발생하지 않았고, 현장 테스트 결과 5G 네트워크가 4G 네트워크 대비 10 배 이상 빠른 속도를 내면서 30 마이크로초 이하의 저지연을 기록했다.

 

 

수술 과정에서 가오저우시 인민병원의 의사가 "심장의 여기를 열면 되는가"라고 물으면 광저우에 있는 전문가가 "윗쪽으로 3mm 만 이동하라"고 알려주기도 했다.

 

 

최근 광둥성 인민병원은 이미 광둥 차이나모바일, 화웨이와 협력해 병원 전체에 5G 통신 네트워크를 구축했고, 실외네트워크는 4G 에서 5G 로 확장되면서 사용자 체감 속도가 80Mbps 에서 800Mbps 로 높아졌다.

 

 

AI 에 대해서는 최근 몇 년간 인공지능이 의료 분야에서 급속한 진전을 보이고 있지만 실제 임상에서의 응용은 매우 제한적이다. 그 주된 이유 중 하나는 인공지능이 의사들을 완전히 대신할 만큼 충분한 신뢰

성이 부족하기 때문이다. 

 

 

스이위는 현재 팀은 의료시스템에서의 인공지능의 보조 역할에 초점을 맞춰 빠른 착지를 돕고 있다고 말

했으며, 예를 들어 이번 원격수술 지도에 채택된 인공지능을 위한 영상압축 전송, 지능형 영상 잡음제거, 스마트심장 모델링은 의료전문가들에게 더 쉽고 빠르고 정확한 진료를 위하는데에 목표로 하고 있다.

 

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