의료서비스 제공방식에 변화를 일으키는 AI 기술
AI 기술 활용을 위해 양질의 의료 데이터 축적과 데이터 공유 플랫폼 구축이 중요

각 분야에서의 AI 활용이 확대되고 있다. 헬스케어 분야도 예외는 아니다. 인공지능(AI), 기계학습(ML), 심층학습(DL)과 같은 기술들은 예방, 진단, 처방 등 복잡하고 고도의 전문성이 요구되는 의료영역에서부터 개인의 건강관리에 이르기까지 다양한 분야에서 광범위하게 활용되고 있다. 시장조사기관 Precedence Research에 의하면 전 세계 AI 헬스케어 시장 규모는 2022년 151억 달러로 추산되며 연평균 37% 성장해 2030년에는 1879억5000만 달러를 넘어설 것으로 전망된다. 2022년 북미 시장 규모는 68억 달러로 세계 시장 점유율의 59%를 차지하며 시장을 선도하고 있다.

전미경제연구소(National Bureau of Economic Research)가 2023년 1월에 발표한 연구에 따르면 AI의 광범위한 활용을 통해 향후 5년 이내에 미국 의료 및 행정 비용 전반에 관한 지출의 5~10%(연간 약 2000억~3600억 달러)를 절감할 수 있을 것으로 추산되며, 의료 품질과 환자 만족도 향상, 의료 접근성 향상에도 기여할 것으로 기대되고 있다. AI 기술 발전에 따라 앞으로의 활용이 더욱 기대되는 가운데 다양한 사례를 통해 헬스케어 분야에서 AI가 어떻게 적용되고 있는지 소개한다.

AI를 활용한 영상 진단과 질병의 조기 발견

인공지능(AI) 및 기계학습(ML) 알고리즘은 건강기록과 의료영상 등 방대한 데이터를 신속, 정확하게 분석하고 잠재적인 질병 징후를 탐지할 수 있어 질병 예측과 여러 질환의 진단에 활용되고 있다. 특히 AI 기반 의료 영상은 사람의 눈으로 식별하기 힘든 미세한 변화와 패턴을 감지해 진단의 정확성과 효율성을 높여줄 수 있어 크게 발전하고 있는 분야 중 하나이다.

2011년에 설립된 Arterys는 데이터에 기반한 정확한 진단과 치료 결정을 지원하는 AI 의료 영상 업체이다. Arterys는 방대한 심장 MRI 데이터를 클라우드에 축적하고 딥 러닝으로 진단을 지원하는 소프트웨어를 개발해 2017년 클라우드 기반 딥 러닝에 대한 세계 최초의 미국 식품의약국(Food and Drug Administration, FDA) 승인을 받았다. 현재 골절, 기흉, 폐 결절, 뇌졸중, 유방암 감지 등 다양한 영역에서 AI 기반 영상 진단 소프트웨어를 제공하고 있으며, Arterys가 개발한 3D 및 4D MRI 영상은 심장의 혈류를 사실적이고 입체적으로 시각화해 효과적이고 정확한 영상 진단을 지원한다.

뇌졸중 초기 징후를 식별해 더 빠른 치료를 돕는 솔루션에도 AI가 활용되고 있다. 2016년에 설립된 Viz.ai는 뇌졸중 감지 및 치료 플랫폼 개발업체로 AI 기반 질병 탐지 분야의 선두 업체다. Viz.ai가 개발한 의료 영상 플랫폼은 AI 기반 솔루션으로 CT 촬영, 심전도, 심장초음파 등을 포함한 의료 영상 데이터를 분석해 뇌졸중, 동맥류, 폐색전증과 같은 특정 질병이 의심되는 환자를 식별해 의사에게 초기 징후를 경고한다. 뇌졸중은 뇌로 흐르는 혈관이 막히는 뇌경색이나 혈관이 파열되는 뇌출혈로 인해 뇌가 손상을 입고 이로 인해 신체가 영향을 받게 되는 뇌 질환이다. 뇌로 공급되는 혈액이 차단되는 시간이 길어질수록 뇌 손상 범위가 커지므로 최대한 빨리 치료에 들어가가는 것이 관건이다. Viz.ai의 플랫폼은 뇌 CT 촬영으로부터 몇 초 이내에 뇌졸중 여부를 자동 감지해 의심 환자를 식별한 뒤 즉시 뇌졸중 전문의의 휴대 전화로 알림을 보낸다. 이를 통해 의사는 위험 환자군을 사전에 예측하고 진단 속도를 단축해 신속한 치료를 시행할 수 있다. 동 소프트웨어는 현재 전 세계 1400개 이상의 병원에서 활용되고 있다.

<Arterys 및 Viz.ai의 AI 기반 영상진단 서비스 예시>

시장조사기관 GlobeNewswire에 의하면 AI 의료 영상 시장 규모는 2022년부터 연평균 34.3% 성장해 2029년에는 275억2000만 달러에 이를 것으로 예상된다. 진단 프로세스의 효율성과 정확도를 높이는 AI 의료 영상 진단 분야는 양질의 의료 데이터 축적이 증가함에 따라 앞으로의 활용이 더욱 가속화될 것으로 전망된다.

AI를 활용한 신약 개발

제약업계에서는 AI를 활용한 신약 개발에 주목하고 있다. 임상시험을 통한 의약품 개발에는 막대한 시간과 비용이 소요되는데 AI 기술은 신약 개발 사전 조사, 임상시험 단계, 제조단계, 인허가 결정, 약물 감시 등의 단계에서 약물 개발 프로세스를 획기적으로 단축하고 비용 효율성을 높이는 데 기여한다. 글로벌 컨설팅 회사 Deloitte의 2019년 보고서에 따르면 신약 개발 프로세스는 평균 12년이 걸리고 약 26억 달러의 비용이 소요된다. 신약 개발 과정에 AI를 활용하면 약물 발굴 시간을 15배나 단축할 수 있고 신약 개발 비용을 최대 70%까지 절감할 수 있다고 한다.

Recursion Pharmaceuticals는 AI 및 ML 기반 신약 개발 플랫폼 구축을 목표로 2013년도에 설립됐다. Recursion Pharmaceuticals는 희귀질환 분야 약물 개발에 중점을 두고 있으며 치료에 사용되는 새로운 약물 후보 추출, 약물의 작용 메커니즘, 잠재적 독성 등을 밝혀내는 데 AI 기술을 활용하고 있다. 세포 관련 대규모 이미지 데이터와 슈퍼컴퓨터, 기계 학습, 자동화된 로봇 플랫폼은 매주 수백만 건의 실험 수행을 가능하도록 하며 새로운 약물 개발을 가속화하고 있다. Recursion Pharmaceuticals는 2018년에 FDA로부터 AI를 활용한 뇌 해면상 혈관 기형(Cerebral Cavernous Malformation) 치료 물질 임상 1상 시험계획에 대한 승인을 받으며 AI 신약 개발의 선두업체로 업계의 주목을 받았다. 현재 뇌 해면상 혈관 기형 및 신경섬유종증 2형(Neurofibromatosis Type 2) 등에 관해 임상 2상을 진행하고 있다.

Atomwise는 새로운 저분자 약물 개발에 AI를 활용하는 신약 개발 회사이다. Atomwise는 3조 개 이상의 합성 가능한 화합물이 포함된 라이브러리를 보유하고 있으며 딥러닝 기반 신약 개발 플랫폼 AtomNet의 스크리닝 과정은 저분자의 생물학적 활성을 예측하고 새로운 후보 화합물의 유효성을 신속, 정확하게 추정한다. 기존의 약물 스크리닝은 몇 달 이상 소요되기도 하나 AtomNet은 하루에 100만 개의 화합물을 스크리닝할 수 있는 것으로 알려져 있다. AtomNet은 임상 시험 전 후보 화합물의 독성, 부작용 및 잠재적 효과를 예측해 약물 발견의 초기 단계를 간소화하고 의약품 개발 비용을 줄이는 데 기여하고 있다.

<Recursion Pharmaceuticals 및 Atomwise의 AI 기반 신약개발플랫폼 예시>

그랜드뷰리서치(Grand View Research)에 따르면 2022년 전 세계 신약 개발 AI 시장 규모는 약 11억 달러이며 2023년부터 2030년까지 30% 성장할 것으로 예상된다. 앞으로 AI 기반의 신약 개발을 통해 다양한 질병에 효과적인 약물이 더욱 효율적으로 생산될 것으로 기대된다.

AI를 활용한 건강관리

AI는 의료 전문 분야뿐만 아니라 일반인들의 건강관리를 돕는 데도 활용되고 있다. 2008년에 설립된 Noom은 인공지능 기반의 건강관리 휴먼 코칭 서비스를 제공하는 모바일 헬스케어 회사이다. 체중 감량과 행동 변화 등 사람들이 스스로 건강관리를 할 수 있는 디지털 서비스 제공을 목표로 설립됐으며 자사 건강관리 코칭 앱 Noom은 전 세계 누적 이용자 수가 5000만 명에 달한다. 이 앱은 31억 건의 코칭 데이터에 기반한 인공지능 플랫폼과 심리학자, 영양사, 운동 생리학자 등으로 구성된 라이프스타일 코치진이 사용자 맞춤형 식이요법 등을 제안하며 이용자들의 식습관 변화를 돕는다. 370만 개의 음식 단위 데이터베이스, 수천 개의 건강한 레시피, 체중, 운동, 혈압 등 임상 정보 기록 기능 등을 바탕으로 비만, 제2형 당뇨병, 고혈압 등 다양한 질환을 관리하고 개인의 건강 상태에 맞춤화된 프로그램을 제공한다.

Noom은 AI와 사람의 융합을 통한 코칭 서비스를 제공하고 있는데 식단과 칼로리, 운동량 계산이나 반복적인 대화는 AI 알고리즘을 활용하고, 동기부여, 공감 등 정서적 감정을 헤아리는 작업은 사람을 활용해 이용자들이 꾸준한 관리로 건강 목표를 달성할 수 있도록 돕는다.

Youper는 언제 어디서나 누구나 이용할 수 있는 정신건강 서비스를 제공하기 위해 2016년에 설립된 AI 기반 원격 의료 플랫폼이다. 자사 개발 정신건강 관리 앱 Youper는 AI 챗봇 기반의 심리상담 서비스를 제공하며 인지행동치료(CBT) 기법을 통해 사용자의 기분과 수면 패턴을 개선하고 우울증과 불안 증상을 경감시키기 위한 방법을 추천해 준다. 이용자는 앱을 통해 자신의 기분과 정신 건강 상태를 체크할 수 있고, 심리학과 AI를 결합한 알고리즘은 사용자의 정서적 요구를 이해하고 자연스러운 대화를 이끌어가며 감정 조절을 돕는다. 2021년 발표된 스탠퍼드대학(Stanford University) 연구팀의 연구에 의하면 AI 기반 앱 서비스가 정신 건강치료에 효과가 있는 것을 입증했다. Youper앱 사용자 4500명을 대상으로 한 실험에서 앱 사용 2주 뒤부터 불안 증상이 24%, 우울증이 19% 감소한 것으로 나타났다. Youper은 250만 명 이상의 사용자를 보유하고 있으며 원격 의료 서비스와 결합해 전문가를 통한 온라인 치료와 처방 약의 배송 서비스도 제공하고 있다.

<Noom 및 Youper의 AI 기반 건강관리 플랫폼 예시>

시장조사기관 Market Research Future에 의하면 2022년 글로벌 디지털 정신 건강 케어 시장 규모는 195억 달러로 평가되며 연평균 20.3% 성장해 2030년에는 711억 달러에 이를 것으로 예측된다. 저렴한 비용과 간편한 접근성, 개인 맞춤형 치료에 대한 수요 증가 등에 따라 향후 정신건강 앱 시장은 더욱 확대될 것으로 전망된다.

시사점

대규모 의료 데이터를 체계적으로 분석하고 해석할 수 있는 AI 기술이 주목받고 있다. AI 기술은 질병을 더 빨리 감지하고 신약 개발 프로세스를 획기적으로 단축하고 개인 맞춤형 건강 서비스 제공에 활용되며 의료 서비스 제공 방식에 변화를 일으키고 있다. 헬스케어 업계에서의 AI 도입에 대한 관심도 커지고 있는데, Deloitte가 2021년 220명의 글로벌 헬스케어 경영진을 대상으로 실시한 설문조사 결과에 따르면 응답자의 90%가 AI 활용이 시장에서 경쟁력을 유지하는데 중요하다고 생각하고 있는 것으로 나타났다. 또한, 응답자의 85%는 다음 회계연도(2022~2023년)에 AI 관련 투자 증가를 예상한다고 밝혔다. 최근 개최된 플로리다 의료기기 전시회(FIME 2023)에서도 AI 의료기기와 관련한 주제로 다양한 세미나가 개최됐는데, 관련 산업 종사자들의 높은 관심이 돋보였다.

앞으로 AI 활용이 더욱 활성화되기 위해서는 양질의 대규모 의료 데이터 축적이 필요하다. 이에 따라 개인 정보 보호 및 안전한 데이터 공유 플랫폼 구축이 더욱 중요해지고 있다. 조지아주 소재 AI 신약개발업체 D사는 KOTRA 애틀랜타 무역관과의 인터뷰에서 "인공지능이 성공하려면 딥 러닝을 위한 데이터가 많아야 하는데 현재는 대부분이 Private data(민간 데이터)여서 공유에 한계가 있다"라고 전하며, 데이터 공유가 중요함을 지적했다. 또한 최근 몇 년 동안 AI 붐이 한 번에 일어났던 것처럼 AI 붐이 한 번에 꺼질 수도 있다는 점을 지적하며 "특정 분야에 파고들어 전문성을 가지는 것이 중요”하고 “증명가능한 데이터를 가지고 접근을 해야 가능성이 있다"라고 덧붙였다.

건강관리에 대한 수요 증가와 치료 비용 절감을 위해 향후 미국 내 헬스케어 분야 AI 도입이 증가할 것으로 보인다. 우리 기업들은 미국의 다양한 AI 활용 사례와 데이터 활용법에 대한 이해, 전문성을 바탕으로 성공적인 진출 전략을 수립할 수 있을 것이다.

자료: Precedence Research, National Bureau of Economic Research, Arterys, Viz.ai, GlobeNewswire, Recursion Pharmaceuticals, Atomwise, Grand View Research, Noom, Youper, Market Research Future, KOTRA 애틀랜타 무역관 자료 종합