패혈증 사전 예측의 중요성

 

AITRICS는 인공지능 기술을 통해 직면하고 있는 다양한 문제 해결을 목표로 하고 있습니다. 그리고 인공지능의 효용성이 가장 뚜렷한 곳이 ‘헬스케어’ 분야라 판단하여, 가장 먼저 병원 내 응급 상황을 예측하는 의료 소프트웨어 'AITRICS-VC(바이탈케어)'를 개발하게 되었습니다.

 

앞으로 병원 내 위험한 중증 상황을 미리 예측하는 AITRICS-VC(바이탈케어)에 적용된 인공지능 기술을 포함하여 의료 인공지능 소개와 최신 연구 동향 등 흥미로운 이야기를 들려드릴 예정입니다.

먼저 소개해드릴 내용은 AITRICS가 첫 번째로 타겟한 심각한 중증 상황, 바로 ‘패혈증’에 대한 이야기입니다.

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패혈증(Sepsis)이란?

패혈증은 소리없는 암살자라고 불리며 실제로 병원내에서 환자들이 사망하는 원인 중 큰 비중을 차지하고 의료 비용 또한 매우 크지만 일반인들에게는 잘 알려져있지 않은 심각한 중증 상황입니다.

 

패혈증은 세균, 바이러스와 같은 병원체의 감염에 대한 조절되지 않는 과도한 인체 반응으로 주요 장기들의 기능이 손상되고, 나아가 생명을 위협하는 중증의 임상적 이상 상태를 말합니다. 

노령 인구의 증가, 면역억제요법, 다약제내성감염의 증가 등 다양한 이유가 패혈증 발생의 위험 인자로 생각되며, 전체 패혈증 환자의 60–85%가 65세 이상의 노인이라는 점에서 인구의 노령화와 함께 그 발병 역시 계속 증가 추세에 있습니다.

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조기 예측의 어려움 및 중요성

패혈증은 초기에 빠르게 조치가 이루어질 경우 치료될 수 있는 가능성이 높지만, 아직까지 패혈증으로 인한 사망률이 높은 이유는 조기에 패혈증 여부를 판단하기 어렵기 때문입니다. 

 

초기 증상이 오한, 고열, 두통, 맥박 변화 등으로 특정한 질병을 가리키지 않는 자기 자가 보고적인 증상, 즉 비특이적이라 알아차리기 어려울 뿐더러, 패혈증으로 의심되는 증상을 보이는 환자에게서 감염을 확인하기 위한 검사를 수행하더라도 결과를 확인하는데 최소 2–3일 가량이 소요됩니다. 때문에 패혈증의 정확한 진단은 가능할지라도 조기 예측에는 어려움이 있습니다.

 

2016년 발표된 패혈증의 진단에 대한 제 3차 국제 합의 정의(Sepsis-3)는, 패혈증을 ‘SOFA 스코어로 측정된 장기기능장애를 동반한 감염’으로 정의하였으며, 평균동맥압 65mmHg 이상을 유지하기 위해서는 승압제를 사용하여야 하고, 적절한 수액 투여 후에도 혈장 젖산 농도가 2mmol/L 초과하는 경우를 패혈성 쇼크로 구분하였습니다.

2016년 이전에 사용하던 Sepsis-2 에서는 패혈증을 아래와 같은 3단계로 분류하였는데, 1단계에서 설명하는 전신적인 염증 반응과 그로 인한 장기부전(2단계) 및 확인된 감염이 패혈증의 진단 조건으로 구체화된 것입니다.

1단계: 전신 염증 반응 증후군 (SIRS)
패혈증 1단계인 전신 염증 반응 증후군 단계에서는 아래와 같은 증상들이 환자에게서 나타날 수 있습니다. 아래 증상 중 2가지 이상이 동시에 나타날 경우 패혈증으로 진단할 수 있습니다.

① 38도 이상 또는 36도 이하의 체온
② 분당 90회 이상의 높은 심박수
③ 분당 24회 이상의 빈호흡
④ 백혈구 수의 증가 또는 현저한 감소 등

2단계: 중증 패혈증

중증 패혈증이라고 불리는 두번째 단계는 급성 장기 부전이 시작될 때 진단됩니다. 저혈압 또는 저관류(장기 혈류량 감소)과 있어도 중증 패혈증으로 진단할 수 있습니다. 장기 부전은 소변량 감소, 갑작스러운 정신 상태 변화, 혈소판 감소, 호흡 곤란, 비정상적인 심장 박동 기능, 복통 등과 같은 증상들이 나타날 수 있습니다.

3단계: 패혈성 쇼크

패혈증의 가장 심각한 단계는 패혈성 쇼크입니다. 수액 공급에도 불구하고 저혈압이 있는 경우를 정의합니다. 또한 젖산 농도가 높아지는 등 관류 이상도 있습니다. 패혈성 쇼크는 사망률이 가장 높고, 예후는 환자의 기저질환에 큰 영향을 받게 됩니다.

패혈증의 사망률은 10-30%로 보고되며, 패혈성 쇼크의 경우 30-50% 가까이 되는 것으로 알려져 있습니다.

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AITRICS가 패혈증을 선택한 이유

앞에서 살펴보았듯이 패혈증은 조기에 진단이 이루어진다면 비교적 쉽게 치료가 가능하여 환자의 생존율을 높일 수 있는 질환입니다. 발생 초기 1–3시간 내에 적절한 치료가 이루어진다면 사망률을 10% 정도로 낮출 수 있다는 연구 결과도 찾아볼 수 있듯, 사전 진단을 통한 처치가 이루어진다면 패혈증으로 인한 사망의 80% 가까이는 방지할 수 있습니다. 이에 AITRICS는 자체적으로 개발한 인공지능 기술을 기반으로 이러한 문제를 해결할 수 있다고 판단하였습니다.

패혈증은 진행 속도가 매우 빠르고 초기 증상이 다른 질환들과 겹치는 부분이 많아 일반적인 경우 패혈증을 미리 예측하는 것은 쉽지 않습니다. 현재 입원 환자의 중증도 관리를 위해 널리 사용되고 있는 방법들 중에는 SOFA, qSOFA와 같은 위험 환자 선별 도구가 있습니다. 

 

이런 메디컬 스코어는 환자의 활력징후들과 혈액검사 결과 등을 종합하여 패혈증을 진단하고, 그로 인한 사망 위험성을 추정하지만, 위험 요소 점수 합산을 통해 현재 중증도 상태를 파악하기때문에 적시 처치가 어렵고, 점수를 계산하는 과정이 복잡하다는 한계가 존재합니다. AITRICS는 첨단 AI 기술을 통해 변수 간의 상관관계를 고려하여 정확한 패혈증 예측 스코어를 제공함으로써 기존 평가도구의 한계를 극복하였습니다.

이어지는 연재에서는 현재 사용되는 메디컬 스코어들에 대한 자세한 설명과 기존 방법의 한계를 극복하기 위한 AITRICS의 패혈증 조기 예측모델에 대해 소개해드리겠습니다.