국내 연구진이 목 부위 척수를 다친 환자에게 기관절개술이 필요한지를 입원 초기부터 예측하는 인공지능(AI) 모델을 개발했다. 환자의 나이와 의식 수준, 척수 손상 정도 등 진료 초기에 확인할 수 있는 정보만으로 기관절개술 가능성을 가려내 중환자 치료 계획을 세우는 데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
아주대병원 신경외과 노성현 교수팀과 경북대 데이터사이언스대학원 김수현 교수팀은 외상성 경추척수손상 환자의 초기 임상정보를 활용해 기관절개술 필요 여부를 예측하는 머신러닝 모델을 개발했다고 7일 밝혔다. 이번 연구는 최근 국제학술지 《연세 메디컬 저널(Yonsei Medical Journal)》에 실렸다.
외상성 경추척수손상은 사고 등으로 목 부위의 척수가 손상되는 중증 외상이다. 경추척수손상 환자는 손상 부위와 정도에 따라 호흡 기능에 큰 차이가 생길 수 있다.
특히 척수 손상으로 호흡근을 움직이는 신경 경로에 문제가 생기면 스스로 충분히 숨 쉬기 어려워 장기간 인공호흡기 도움이 필요할 수 있어 초기 단계에서 호흡 관리 방향을 결정하는 것이 중요하다.
이때 안정적으로 기도를 확보하기 위해 목 앞쪽 기관에 구멍을 내는 기관절개술을 시행할 수 있다. 기관절개술 여부를 일찍 예측할 수 있다면 중환자 치료와 기도관리 계획을 보다 신속하게 세우는 데 도움이 될 수 있다.
문제는 손상 직후 어떤 환자가 장기간 호흡 보조를 필요로 할지 판단하기가 쉽지 않다는 점이다.
이에 연구진은 2017년부터 2024년까지 외상성 경추척수손상으로 치료받은 환자 267명의 임상정보를 분석했다. 입원 초기에 확보할 수 있는 정보를 바탕으로 6가지 예측 모델을 적용해 기관절개술 예측 성능을 비교했다.
분석 결과 여러 임상정보를 학습해 예측 정확도를 높이는 머신러닝 기법인 ‘CatBoost’를 적용한 모델이 가장 뛰어난 성능을 보였다고 연구진은 설명했다.
최종 모델에 필요한 정보는 ▲나이 ▲의식 수준을 나타내는 글래스고 혼수척도(GCS) ▲신경학적 손상 정도(AIS) ▲경추 수술 여부 ▲C2/3 척수 손상 여부 ▲C3/4 척수 손상 여부 ▲C4/5 척수 손상 여부 등 모두 7가지였다.
C는 목뼈(경추 cervical vertebra)를 뜻한다. 어느 높이에서 척수가 손상됐는지를 나타낼때 사용하는 표현이다. 가령 C2/3은 2번과 3번 경추 사이 척수를 의미한다.
연구진의 분석 결과 이들 정보만으로 기관절개술이 필요한 환자와 그렇지 않은 환자를 구분하는 성능인 AUROC가 0.8166을 기록했다. AUROC는 예측 모델의 판별력을 나타내는 지표로, 1에 가까울수록 성능이 뛰어나다.
연구진은 AI가 기관절개술 필요성을 예측할 때 어떤 요인을 중요하게 판단하는지도 살펴봤다. 그 결과 신경학적 손상이 심하고 의식 수준이 낮을수록 기관절개술이 필요할 가능성을 높게 예측했다.
또 60세 이상이거나 경추 수술을 받은 경우, C2/3·C3/4·C4/5 부위에 척수 손상이 있는 경우에도 기관절개술이 필요할 가능성을 높이는 요인으로 나타났다.
노성현 교수는 “경추척수손상 환자에게 기관절개술 여부는 호흡기 합병증과 중환자 치료 과정에 큰 영향을 주지만 손상 초기에는 장기간 기계환기가 필요한지를 판단하기 쉽지 않다”며 “이번 연구는 의료진의 신속한 기도관리 결정을 보조할 수 있다는 가능성을 보여줬다”고 말했다.
