하노이 의과대학 병원에서 주문한 문제로, 하노이 과학기술대학의 신입 엔지니어인 부이 반 손(2000년생, 탄호아 출신)이 3년 만에 수행했습니다. 또한, 국제인공지능연구센터(BK.AI) 생물의학정보학 연구부장인 응우옌 홍 꽝 박사의 지도를 받았습니다.
부이 반 손(Bui Van Son)은 컴퓨터 공학과 학생입니다. 연구에 대한 열정으로 대학교 2학년 때부터 응우옌 홍 꽝(Nguyen Hong Quang) 박사의 생물의학 정보학 연구실에 지원했습니다. 이곳에서 그는 유전자 해독, 약물 반응 분석, 이미지 처리 등 의학 분야에서 AI를 적용하는 데 따르는 몇 가지 문제점을 배울 기회를 얻었습니다.
대부분의 반 친구들이 웹사이트와 앱 관련 일을 하는 반면, 손 씨에 따르면 생물의학 분야에서 인공지능에 집중하는 일 역시 많은 어려움이 있다고 합니다.
"인공지능 관련 과목을 연구하고 수강하는 것 외에도, 연구에 참여하기 위해 유전자 시퀀싱, DNA, mRNA, PCR 검사 과정 등에 대한 지식을 다시 배워야 했습니다."
손 학생은 실험실에서 처음으로 선생님의 지도를 받으며 암세포에 반응하고, 예방하고, 억제하는 신약을 찾는 데 참여했습니다. 또한, 남학생은 이미지 처리 및 태양광 패널의 결함 패널 식별에 관한 문제도 풀었습니다.
2022년 중반, 손씨는 하노이 의과대학 병원에서 발주한 "초음파 영상을 이용한 태아의 목덜미 투명대 측정"과 관련된 프로젝트에 참여해 달라는 선생님의 제안을 받았습니다.
기술 용어를 완전히 이해하기 위해 손 씨는 두 달 동안 병원 의사들과 상담하고, 태아의 초음파 영상을 시청하며 태아 목덜미 투명대 측정 과정을 이해해야 했습니다. 손 씨는 점차 이 주제의 의미와 목적, 그리고 연구 결과가 실제 생활에 어떻게 적용될 수 있는지 이해하게 되었습니다.
손 박사에 따르면, 목덜미 투명대의 폭을 측정하면 의사가 출생 전 태아 기형을 조기에 진단하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 목덜미 투명대의 초음파 측정은 현재 여전히 수동으로 이루어집니다. 이 기술은 의사의 경험에 의존하기 때문에 많은 오류가 발생할 수 있습니다.
손 원장은 "때로는 0.1~0.2mm의 오차만으로도 진단 결과가 달라질 수 있고, 이는 임산부 상담 과정에 영향을 미친다"고 말했다.
따라서 남학생은 하노이 의대 병원의 주요 의료진이 태아 목덜미 투명대 부위를 라벨링한 약 1,200장의 태아 초음파 이미지 데이터셋을 연구하는 동시에, 해당 문제에 적합한 딥러닝 모델과 이미지 처리 알고리즘을 구축하고 개발했습니다. 그러나 처음에는 결과가 그다지 만족스럽지 않았습니다.
"2~3주 정도 걸렸는데, 여러 고급 이미지 처리 모델을 시도해 봤지만 결과를 개선할 수 없었습니다. 전 세계적으로 인공지능을 이용해 목덜미를 측정하는 연구는 있었지만, 목덜미의 크기와 너비를 mm 단위로 명확하게 보여주는 연구는 없었습니다."라고 손 박사는 말했습니다.
새로운 방향을 찾지 못할 때마다 교사와 학생은 함께 앉아 알고리즘의 각 단계를 "풀고" 개선해야 했습니다. 응우옌 홍 꽝 박사에 따르면, 손 박사는 끈기 있고 성실한 사람입니다. 그 문제를 해결하기 위해 손 박사는 실제로 거의 20개의 하위 문제를 풀어야 했습니다.
광 박사는 "그가 더 많이 노력할수록 해결해야 할 문제가 더 많이 발견되었고, 그는 이를 적극적으로 실행하여 성과가 날이 갈수록 향상되었습니다."라고 말했습니다.
부이 반 손(Bui Van Son)은 약 2년간의 연구 끝에 2D 초음파 영상을 이용하여 태아 목덜미 투명대를 측정하는 새로운 방법을 제안했습니다. 이 방법은 의사의 수동 측정 방식과 비교하여 오차가 0.4mm에 불과합니다. 이 측정 방법은 의사의 측정 비용과 노력을 줄이는 데 도움이 되며, 의사들이 초음파 측정 과정을 점검할 수 있는 기반을 제공합니다.
손 박사의 연구 결과는 하노이 의과대학 병원에서도 시험되었고, 실현 가능성이 있다는 평가를 받았습니다. 손 박사는 이 연구 결과를 하노이 과학기술대학교 학생 과학 연구 경진대회에 제출하여 2등을 차지했습니다.
손 교수에 따르면 이는 새로운 연구이기는 하지만 당시 방법의 정확성은 절대적이지 않았다고 한다.
그래서 대회 이후, 손 씨는 알고리즘을 지속적으로 개발하고 개선했습니다. 남학생은 휴대폰으로 바로 웹사이트와 애플리케이션을 구축했습니다. 이미지를 시스템에 업로드하기만 하면, 모델은 단 5~7초 만에 안전 기준치인 목덜미 투명대 데이터를 정확하게 측정합니다. 이 방법은 흐릿하고 불분명한 초음파 이미지에서 식별하기 어려운 사례도 처리하여 초음파 측정 과정에서 불필요한 오류를 최소화할 수 있습니다.
긍정적인 결과를 확인한 부이 반 손(Bui Van Son)과 그의 학생은 국제 학술지인 생물의학 정보학(Biomedical Informatics)에 제출할 과학 연구 논문을 완성했습니다. 그러나 손 학생은 이 모델이 의사를 대체하는 역할을 하는 것이 아니라, 의사들이 밝기를 더 정확하게 판단할 수 있는 근거를 제공하는 보조 도구일 뿐이라고 단언했습니다.
2학년 때 손 교수와 함께 연구를 시작하면서, 응우옌 홍 꽝 박사는 손 교수를 과학 연구에 대한 열정이 넘치는 사람으로 평가했습니다. 연구실에서 그에게 처음 할당된 과제는 애플리케이션 프로그래밍과 웹 프로그래밍이었는데, 손 교수는 이를 매우 빠르고 효율적으로 수행했습니다. 그 후, AI에 대한 열정 덕분에 손 교수는 주어진 문제를 연구하고 적용하며 매우 훌륭하게 해결했습니다.
"초음파 영상을 이용한 태아 목덜미 투명대 측정" 연구의 현재 정확도는 베트남 최고의 초음파 전문의들의 정확도와 동일합니다. 하지만 실제 적용은 병원 운영 절차 및 보건부의 검진 및 치료 절차와 관련된 요인에 크게 좌우됩니다."라고 응우옌 홍 꽝 박사는 평가했습니다.
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