한국전자통신연구원(ETRI)이 날숨을 이용해 폐암을 조기 선별검사할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 분당서울대병원과 함께 진행한 임상에서 95%의 정확도가 확인됐다. 

이번 기술 개발의 의미는 방사선 위험 없이 폐암을 조기에 선별 검사할 수 있다는 점이다. 간단하면서 저렴한 비용으로 검사가 가능해 질환의 예방·치료에 큰 도움이 될 전망이다.

ETRI가 개발한 이 기술은 날숨을 통해 폐 속 암세포 덩어리에서 발생하는 다종의 휘발성유기화합물(VOCs)을 감지하는 센서 시스템과 이로부터 얻은 센싱 데이터를 통해 폐암 환자를 판별하는 인공지능(AI) 딥러닝 알고리즘을 바탕으로 폐암을 신속하게 판별할 수 있게 한다.  

특히 사람의 호흡만으로 간단하게 폐암 선별검사가 가능한 점이 특징이다. 우선 검진자의 날숨을 비닐 키트에 담고, 날숨이 찬 테프론 기반 봉투와 탄소흡착 튜브 막대기를 연결해 호흡 중 배출되는 여러 가스 성분을 폐암 조기진단 시스템으로 분석함으로써 간편한 검사가 가능하게 한 것이다. 

ETRI가 개발한 폐암 조기진단 시스템은 ▲날숨 샘플링부 ▲날숨 감지센서 모듈 ▲데이터 신호 처리부 등 크게 3개 부분으로 구성되며, 시스템의 크기는 데스크탑 컴퓨터 수준으로 작아 간편하게 설치·사용할 수 있다.

시스템에 적용된 AI 알고리즘은 멀티모달 전자센서소자를 이용해 마치 사람의 코처럼 냄새를 맡아 전기적 신호로 바꿔 학습·분석함으로써 폐암 판별의 정확도를 높였다.

기술 개발을 위해 ETRI는 분당서울대병원 전상훈 흉부외과 교수 연구팀과 10여년간 폐암 환자 107명과 정상인 74명의 임상시료 날숨을 채취해 표준기기와 가스센서를 통해 분석한 뒤 데이터베이스화하면서 공동연구를 진행한 바 있으며, 이를 토대로 딥러닝 알고리즘 모델을 개발·적용한 결과 95% 이상의 선별검사 정확도가 확인됐다.

ETRI가 2019년 호흡을 이용해 폐암을 발견하는 ‘전자코’는 약 75%의 폐암 진단 정확도로 실제 현장에서 선별검사에 적용할 수준에 이르지는 못했지만, 더 많은 가스 성분을 빠르고 정확하게 검출할 수 있도록 멀티모달센서를 사용한 시스템으로 개선하고, 학습으로 진단 정확도를 비약적으로 향상하는 딥러닝 알고리즘을 개발해 보완했다. 

호기 가스 채취 후 20분 내로 폐암 환자를 95% 이상 정확도로 현장 선별 가능한 저렴하고 빠른 차세대 폐암 조기진단 기술로, 높은 편의성을 지녀 폐암 환자의 수술·치료 예후 모니터링은 물론, 일반인의 자가 건강 관리에도 활용 가능할 것으로 ETRI는 기대했다. 

ETRI는 후속 연구를 통해 추가로 1천례 이상의 대규모의 추가적인 폐암 환자 임상시험 진행으로 빅데이터를 구축해 시스템의 재현성과 신뢰성을 확보할 예정이다. 향후 위암, 대장암 등 다양한 암 조기진단과 만성폐쇄성폐질환, 천식, 폐렴 등의 호흡기질환 진단 가능성도 확장할 계획이다.

ETRI 진단치료기연구실 이대식 박사는 “개발 기술이 상용화되면 폐암 환자의 조기선별검사를 통한 치료․생존율 제고와 관련 의료기기 국내 시장경쟁력 확보는 물론, 정부의 건강보험료 지출 비용 절감에도 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.

분당서울대병원 흉부외과 전상훈 교수는 “ETRI와 연구를 통해 저렴하면서도 편리하게 폐암 발병 여부를 검사할 수 있다는 가능성을 확인했다. 임상규모 확대를 통한 시스템 재현성 및 신뢰성 개선과 빅데이터 적용 등을 통해 시스템을 고도화해 국민건강증진에 기여하길 바란다”고 밝혔다.