ETRI 연구진이 분석 시스템에 넣을 날숨을 채취하고 있다. (사진=ETRI 제공)
국내 연구진이 호흡(날숨)을 이용해 폐암을 진단하는 데 도움을 주는 의료용 '전자 코'를 개발했다.
방사선 위험 없이 간단하면서도 저렴한 비용으로 폐암을 조기에 진단하고 예방하는 데 도움을 줄 전망이다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 날숨을 통해 폐 속 암세포가 만드는 휘발성 유기화합물을 감지하는 센서와 여기서 얻은 데이터를 통해 폐암 환자를 판별하는 기계학습 알고리즘 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.
연구진은 사람의 코가 신경세포를 통해 냄새를 맡는 것에 착안했다. 호흡 가스가 들어오면 전자소자를 이용해 마치 사람의 코처럼 냄새를 맡아 이를 전기적 신호로 바꿨다.
이를 통해 질병 유무를 판단하고 검진하도록 만들었다. 기술명은 '전자 코'로 정했다.
시스템은 데스크톱 컴퓨터 크기로 날숨 샘플링부, 금속산화물 화학센서 모듈, 데이터 신호 처리부 등 크게 세 부분으로 구성했다. 사람의 호흡만으로 간단하게 검사가 가능하다고 연구진은 설명했다.
우선 검진자의 날숨을 비닐 키트에 담고 날숨이 찬 비닐에 탄소막대기를 넣으면 호흡 중 배출되는 여러 가스 성분들이 막대기에 붙는다. 다시 이 막대기를 '전자 코' 시스템에 집어넣는다.
시스템을 구동하면 내장된 센서를 통해 가스가 붙은 정도에 따라 전기 저항이 달라짐을 알 수 있다.
이렇게 날숨의 구성성분 데이터를 알고리즘으로 분석해 환자의 날숨 정보와 비교하면 폐암 유무를 판별하는 데 도움을 줄 수 있다고 연구진은 밝혔다.
연구진은 분당 서울대병원의 도움으로 폐암 환자 37명과 정상인 48명 날숨을 채취해 200회를 분석한 뒤 데이터를 만들었다. 기계학습 모델을 공동 개발해 적용한 결과 약 75%의 정확도를 보였다.
같은 병원 흉부외과 연구팀의 임상적 유의성 확인 결과에서도 폐암 환자 진단 보완재 역할을 충분히 수행할 수 있음을 확인했다.
이 기술은 기존 병원 진단 장비에 비해 센서 제작 비용이 저렴하고 가격 대비 정확도가 높다는 장점이 있다. 편의성도 우수해 폐암 환자의 수술 예후 모니터링은 물론 일반인의 자가 건강 관리에도 활용할 수 있다.
가스 센서에서 분석할 날숨을 채취하는 과정을 설명한 CG 캡처. (사진=ETRI 제공)
연구진은 향후 의료기기 업체에 기술을 이전해 상용화를 계획 중이다.
또 후속 연구를 통해 환자 정보를 추가로 얻어 빅데이터를 구축하고 딥러닝 알고리즘을 적용할 예정이다.
이를 통해 판별 정확도를 높이고 위암, 대장암 등의 다양한 암의 조기 진단 가능성도 타진할 계획이다.
연구진은 이와 함께 비만 환자가 운동할 때 지방이 분해되면서 날숨으로 배출되는 단내(아세톤)를 실시간으로 측정하는 '웨어러블 전자 코 시스템'을 개발하는 연구도 진행 중이다.
연구책임자인 ETRI 진단치료기연구실 이대식 박사는 "기술이 상용화되면 폐암 진단 관련 의료기기 시장경쟁력 확보는 물론 정부 건강보험료 지출 비용 절감에 큰 도움이 될 것으로 보인다"고 설명했다.
공동연구를 수행한 분당서울대병원 흉부외과 전상훈 교수는 "ETRI와 연구성과를 통해 저렴하면서도 편리하게 폐암발병 여부를 검사할 수 있다는 가능성을 확인했다"며 "정확도 개선과 빅데이터 적용 등을 통해 시스템을 고도화해 국민건강증진에 기여하길 바란다"고 말했다.
이 기술은 '폐암 스크리닝을 위한 호기 가스분석기술개발' 사업과 한국연구재단 모바일 헬스케어 기술 개발 국책사업인 '다중바이오마커 기반 모바일 다이어트 모니터링 기술 개발' 과제의 일환으로 진행했다.