연세대 이과대학 수학계산학부 윤경호 교수 연구팀이 하버드의대와 공동연구를 통해 경두개 집속초음파(tFUS)를 이용한 뇌 자극 치료 시, 기기 사용자에게 체내 초음파 전달 상황을 신속하게 보여주는 인공지능(AI) 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
경두개 집속초음파는 뇌 특정 영역에 초음파를 집중시키는 방식으로 자극을 가한다. 이러한 방식은 치매·뇌암·간질·파킨슨병 등 다양한 뇌 질환에 비침습적 치료가 가능하다.
다만 초음파가 두개골을 넘어 뇌 내부로 전달되는 과정에서 반사와 굴절에 의한 왜곡으로 의도하지 않은 뇌 영역이 자극될 위험이 있다. 집속초음파의 전달 상황을 모니터링하는 것이 중요한 이유다.
윤 교수 연구팀은 'tFUSFormer'라는 초해상도(SR) 트랜스포머 모델을 개발했다. 초음파에 의해 생성된 두개골 내부 압력장을 정밀하게 시각화해 집속초음파 전달 상황을 실시간으로 보여준다.
연구 결과에 따르면, tFUSFormer는 학습에 사용된 두개골 CT 데이터 조건에서 약 91% 초음파 초점 영역 위치를 정확하게 예측할 수 있다. 새로운 데이터 조건에서도 약 87%의 높은 정확도를 보였다.
이번 연구는 경두개 초음파 전달 현상을 수리 모델링과 계산과학 기술을 통해 AI 모델에 학습시킨 독창적인 연구로 평가받는다.
윤 교수는 “집속초음파 치료를 넘어 환자 맞춤형 정밀 치료를 위한 스마트 의료 시스템 개발의 초석이 될 것”이라며 “이번에 개발된 AI 기반 치료 보조시스템은 경두개 집속초음파 치료 효과와 안전성을 향상시켜 다양한 뇌 질환 비침습적 치료를 앞당길 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 수학 및 계산 생물학 분야 최상위 저널인 IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics에 게재됐다.
정하정 기자 nse033@etnews.com
