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세브란스병원,중추신경계 감염 환자..." AI로 감염 원인과 예후 예측"

뇌척수액 내 면역세포 구조 이미지 활용해 딥러닝 모델 개발
감염 원인과 예후 예측 정확도 각각 최대 99%, 94%로 높은 예측 성능 보여

중추신경계 급성 염증의 원인을 조기에 분류하고 예후를 예측할 수 있는 AI 모델이 개발됐다. 

연세대 의대 의생명시스템정보학교실 박유랑 교수와 세브란스병원 신경과 김경민 교수, 강남세브란스병원 신경과 최보규 강사 연구팀은 뇌척수액 내 면역 세포의 삼차원 구조 이미지를 활용해 중추신경계 질환의 감염 원인과 예후를 예측할 수 있는 모델을 개발했으며, 예측 정확도는 각각 최대 99%(원인 예측), 94%(예후 예측)에 달한다고 4일 밝혔다. 

현대차 정몽구 재단 보건의료 R&D 지원을 받아 수행된 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 인텔리전트 시스템(Advanced Intelligent Systems)’에 게재되며 6월호 표지로 선정됐다. 

중추신경계에 급성 염증이 발생하면 뇌염, 뇌수막염과 같은 질환이 나타난다. 발생 원인이 매우 다양하고 원인에 따라 증상과 예후도 다양하다. 이 중 원인이 세균성이나 결핵성이라면 사망률도 높고 치료 후에도 인지기능 장애, 뇌혈관 장애, 경련 발작 반복 등 후유증이 생길 수 있기 때문에 빠른 원인 진단과 치료가 중요하다. 

염증의 원인은 다양한데 주로 미생물에 의한 감염으로 각 병원체에 따라 확진 검사가 다르고, 특정 검사는 결과가 나올 때까지 수주 이상의 시간이 소요된다. 실제 임상에서는 결과가 나오기까지 증상에 기반한 경험적 치료를 수행하게 되는데 이로 인해 합병증이 발생하기도 한다. 때문에 중추신경계 감염 환자에게 적절한 치료를 제공하기 위해서는 원인을 정확히 파악하는 것이 필수적이다. 

연구팀은 인공지능 기반의 중추신경계 감염 원인 및 예후 예측 모델을 개발하고 그 효과를 분석했다. 

세브란스병원에 내원한 14명의 중추신경계 감염 환자로부터 총 1427개의 뇌척수액 면역 세포
그림설명1) 딥러닝 모델 구축 모식도 
의 3D 영상을 수집했다. 수집한 면역 세포 구조의 이미지를 활용해 감염 원인과 예후를 예측하는 딥러닝 모델을 구축했다. 

연구팀은 구축한 딥러닝 모델의 중추신경계 감염의 원인과 예후 예측 성능을 평가했다. 
그 결과 면역 세포 1개를 대입했을 때 감염 원인 예측 정확도에서 89%의 성능을 보였다. 신경 질환 환자의 예후 예측 정확도는 79%로 나타났다. 특히, 각각의 예측 성능은 딥러닝 모델에 더 많은 세포 이미지를 대입할수록 정확도가 높아졌다. 면역 세포를 5개를 대입했을 때 감염 원인 예측 정확도는 99%, 예후 예측 정확도는 94%에 달했다. 

또한 연구팀은 딥러닝 모델이 세포핵 주변의 구조 차이를 확인해 예후와 원인을 예측하며, 세포의 질량, 부피, 단백질 밀도 등 정량적 지표를 예측에 중요한 요소로 활용하는 것을 확인했다. 

박유랑 교수는 “이번 연구는 중추신경계 감염 환자의 원인과 예후를 예측하는데 뇌척수액 내 면역 세포의 3차원 이미지를 활용한 첫 사례”라며 “연구에서 제시한 딥러닝 모델이 환자 진단과 예후 예측에 필요한 시간을 단축하는데 도움이 될 수 있을 것이라 기대한다”고 말했다. 
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수해발생 시 감염병 예방은? .... 안전한 물·음식물 섭취와 손씻기 등 개인위생 수칙 준수해야 질병관리청(청장 임승관)은 집중호우로 인하여 호우 위기경보 수준이「심각」으로 격상됨에 따라 풍수해 감염병 유행을 대비하기 위하여 지자체에게 감염병 예방홍보, 발생 감시강화 및 모기 등 매개체 방제를 요청하였다(7.17). 풍수해 감염병에는 ❶오염된 물이나 음식 섭취로 인한 수인성·식품매개 감염병(장관감염증, A형간염, 세균성 이질, 장티푸스 등), ❷물 웅덩이 등 모기 증식이 쉬운 환경으로 인한 모기매개감염병(말라리아, 일본뇌염), ❸오염된 물 등에 직접 노출로 인한 접촉성 피부염, 렙토스피라증, 안과 감염병 등이 있다. 질병관리청은 풍수해 감염병 예방을 위해, 안전한 물과 음식을 섭취하고, 손씻기 등 위생수칙을 철저하게 준수하여 줄 것을 당부했다. 또한 침수지역에서 수해복구 등의 작업 시에는, 방수장갑(고무장갑) 등으로 피부노출을 최소화하고, 작업 종료 후에는 반드시 깨끗이 씻을 것을 당부했다. ➊ 수인성·식품매개 감염병 수해발생 지역에서는 하수관의 범람 등으로 오염된 물을 통한 장관감염증(살모넬라균 감염증 등), A형 간염, 세균성 이질, 장티푸스와 같은 수인성·식품매개 감염병이 유행할 수 있다. 수인성‧식품매개감염병 예방을 위해 조리 전· 후와 식사 전

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