최근 AI와 빅데이터를 활용한 프로그램들이 크게 주목받으며 활발한 연구가 진행되고 있다. 치과계도 예외는 아닌데, 디지털 덴티스트리로 시작된 치의학과 4차 산업의 만남은 인공지능을 활용한 영역으로까지 확산되고 있다. 특히 진단과 같은 실제임상에 접목되며 그 무한한 가능성을 개척해나가고 있다. 치과교정과 전문의이자 진단분석용 인공지능 프로그램 ‘WebCeph’의 개발자인 김예현 원장을 통해 인공지능 도입으로 인한 치과진료의 변화와 앞으로의 성장 가능성을 들여다본다. [편집자주]
인공지능이란 무엇인가?
얼마 전, 소프트뱅크 손정의 회장이 한국을 방문하여 “앞으로 한국이 집중해야 할 것은 첫째도 인공지능(AI), 둘째도 인공지능, 셋째도 인공지능”이라는 말을 한 것이 화제가 된 적이 있다. 그만큼 인공지능 기술이 우리가 향후 미래를 이해하고 준비하는 데 있어 매우 중요한 주제라는 것을 이해할 수 있다.
인공지능이란 인간이 지닌 지적 능력의 전체 또는 일부를 인공적으로 구현한 것을 의미한다. 인공지능을 두려워하는 이들도 있지만 사실 이것은 인간의 오랜 꿈이기도 하다. 최근 각광을 받게 된 이유는 딥러닝 또는 심층신경망 기술의 발전, 그리고 이 기술을 구현한 ‘알파고(AlphaGo)’가 2016년에 이세돌 기사를 뛰어넘은 사건 때문일 것이다.
심층신경망이란 신경계의 기본 단위인 뉴런을 컴퓨터 언어로 모사한 퍼셉트론이라는 기본 단위를 여러 층으로 쌓아 연결하여, 인간의 뇌와 매우 유사한 구조체를 프로그램으로 구현한 것이다. 이 개념은 1950년대부터 존재했고, 연구자들의 수많은 노력이 있었으나 기술적인 장벽에 가로막혀 발전이 지체되고 있었다. 그러다 기술적 문제들이 2000년대 들어서야 비로소 해결되었고, 이에 따라 인공지능 분야의 폭발적인 발전이 있을 수 있었다.
현재 인공지능 기술 발전의 핵심이 되는 또 한 가지 요인은 데이터다. 과거에는 데이터를 아날로그 형태로 저장하였기 때문에 대량의 데이터를 축적하는 것이 어려웠으나, 최근에는 모든 데이터를 디지털로 저장하게 되면서 인공지능의 학습을 위한 빅데이터 구축이 가능하게 되었다. 이처럼 심층신경망 기술의 발전과 빅데이터의 구축, 이것이 인공지능 기술 발달을 이끌게 된 핵심적인 요인이라 할 수 있다.
치과분야에서도 인공지능을 다룬 연구가 급증하는 등 큰 변화의 흐름이 일고 있다. 이미 치과 교정학 분야에서는 인공지능을 이용한 진단 논문이 나오고 있으며, 2016년 미국교정학회지에 게재된 정석기 교수 등의 연구에서는 93%의 발치·비발치 판단 정확도를 보였다고 보고된 바 있다. 앞으로도 인공지능을 활용한 연구는 더욱 증가될 것으로 예상된다.
현재 개발된 인공지능 치아교정 진단분석 시스템은, 입력단계에서 치아교정 분석용 방사선 사진이 입력되면, 이 이미지의 특성을 자동으로 추출하고, 안면영역탐지 인공지능모델이 추출된 특성을 기반으로 방사선 사진 상 안면영역을 자동으로 탐지한다. 이어 계측점탐지 인공지능모델이 탐지된 영역 내부에서 75개의 해부학적 계측점을 자동으로 탐지한다. 그 결과는 수치화된 좌표값으로 반환되나 치과의사의 해석이 용이하도록 화면에 해부학적 계측점의 이름과 색이 들어간 원으로 표시되며, 연조직선, 상하악골 및 치아는 연결된 선으로 표시되도록 개발되었다.
불편함 개선하려다 인공지능 개발까지
처음부터 원대한 목표를 가지고 프로그램의 개발을 시작한 것은 아니었다. 기존 교정진단 프로그램들이 수백만 원에서 천만 원이 넘는 고가의 프로그램이라는 점과 고가임에도 불구하고 프로그램이 설치된 컴퓨터에서만 진단할 수 있다는 점을 교정과 전공의 시절부터 늘 불편하게 생각했다. 그때부터 병원이 아니라 하더라도 언제 어디서든 환자의 진단자료를 검토할 수 있어야 한다고 생각했다. 그래서 생각해 낸 것이 클라우드 기반의 교정진단 프로그램이었다.
당시만 해도 의료법 등 각종 규제에 막혀 의료정보를 클라우드 환경에 저장하는 것이 불가능했었다. 그러다 2016년 8월 의료자료를 클라우드에 저장할 수 있도록 의료법이 개정되었고, 이때부터 클라우드 기술을 이용한 웹 기반 교정진단 프로그램을 본격적으로 기획하게 되었다. 이에 인터넷을 의미하는 ‘Web’에 두부규격방사선계측법을 의미하는 ‘Ceph(Cephalometry)’을 합성, ‘WebCeph’이라는 이름으로 프로그램의 개발을 시작하게 되었다.
클라우드 기반 교정진단 솔루션을 개발하던 중, 우연히 해외 IT 블로그에서 인공지능 기술을 다양한 분야별로 정리한 시리즈를 보게 되었고, 그중에 특히 안면인식 인공지능에 관련한 글을 매우 흥미롭게 읽은 적이 있다. 매우 긴 글이었고 처음에 이해하기 어려운 내용이었지만 직관적으로 이 기술은 치아교정에 큰 도움이 될 수 있는 것이라는 확신이 들었다. 이에 시간을 들여 여러 차례 읽게 되었고, 이에 대한 이해를 기반으로 좀 더 전문적인 글과 논문을 읽으며 관련 지식과 기술을 습득하며 치아교정 진단분석용 인공지능 개발에 착수하게 되었다.
스스로 해부학적 계측점 탐지하는 인공지능
기획을 어느 정도 완성하고 개발을 시작했을 때는 이것이 실제 가능한 일인지조차 가늠이 되질 않았다. 그래서 무거운 마음보다는 즐겁게 해보자는 생각으로 인터넷에 공개되어 있는 자료들을 대상으로 테스트를 해보기 시작했다. 이조차도 쉽지는 않았고 매우 고단한 과정이었지만, 다양한 시도 끝에 인공지능이 스스로 계측점을 탐지하는 것을 보면서 대단히 놀랐고 왠지 모를 설레고 두근대는 마음에 잠을 설치기도 했다.
개발과정에서의 독창적인 노하우와 기술들을 모아 특허청에 특허를 출원하였고, 지난해 2월 21일 특허등록원부에 등록을 완료하게 되었다(특허등록번호 제 10-1952887 호, 해부학적 랜드마크의 예측 방법 및 이를 이용한 디바이스, 특허권자 : 김예현). 현재는 미국과 중국의 해외특허출원도 완료하였다.
특히 지난해 12월 18일 과학기술정보통신부가 주최하고 정보통신산업진흥원, 벤처기업협회 등 11개 기관이 후원한 K글로벌 스타트업 공모전 ‘ICT 이노페스타 2019’에서 최우수상(정보통신산업진흥원 원장상)을 수상하기도 했다.
‘WebCeph’은 치과교정과 전문의가 인공지능을 지도학습하여 만든 ‘웹 기반 인공지능 치아교정 및 양악수술 진단분석 솔루션’이다. ‘WebCeph’에 영상을 업로드하면 인공지능 모델이 해부학적 계측점을 자동으로 탐지한다. 이후 탐지된 계측점을 기반으로 다양한 분석법에 따른 정리된 결과보고서를 보여주며, 이에 대한 임상적 의미와 문제목록을 도출해낸다. 또한, 인공지능 기반 방사선사진 자동중첩 기능을 통해 교정치료가 잘 진행되고 있는지 또는 치료종료 이후 교정치료가 잘 되었는지를 임상의가 쉽고 편하게 평가할 수 있다. 특히 중첩기능은 앞으로 치의학 연구 분야에서 많은 활용 가능성이 있을 것으로 기대된다.
‘WebCeph’을 개발하면서 가장 중점적으로 고려한 부분은 전문성, 편의성, 보안성이었다. 인공지능 기술에서 진정한 차별성은 인공지능을 학습시키는 학습자의 ‘전문성’에 있다. 이미지 처리 분야에서 인공지능 기술은 이미 인간의 인지능력을 뛰어넘은 것으로 알려져 있다. 즉, 알고리즘 종류에 따른 능력치 차이가 조금씩 있을 수는 있으나 그 차이는 인간이 인지하기 어려운 수준이 될 것이다. 그렇다면 인공지능을 학습시키는 전문가의 ‘전문성’이 훌륭한 프로그램과 그렇지 못한 프로그램을 가르는 핵심 차별성이 될 것이다.
‘WebCeph’은 치과교정과 전문의인 장민석 원장(서울클리어치과교정과)과 구강악안면외과 전문의인 박재봉 원장(내소구강악안면외과)이 프로그램 개발과 인공지능 모델 학습에 직접 참여하여 교정학 및 악교정수술 분야의 전문성을 프로그램에 담고 있다. 또한 고려대학교병원 치과교정과 정석기 교수와 인공지능 치아교정 및 양악수술 치료예측모델 개발을 공동연구 진행 중에 있어 앞으로 더욱 정교하고 전문적인 기능들을 추가할 것으로 기대된다.
두 번째는 ‘편의성’이다. 4차 산업시대를 맞이하며, 우리가 접하는 대부분의 서비스는 어디서든 접근 가능한 특징이 있으며, 특히 모바일에서도 사용이 편리하다는 특징이 있다. ‘WebCeph’도 이러한 ‘편의성’을 달성하기 위해, △치과의사가 사용하기 쉬운 인터페이스일 것 △클라우드 기반으로 치과의사가 어디서든 사용 가능할 것 △모바일 환경에서도 사용할 수 있어야 한다는 점을 개발 초창기부터 추구해왔고, 그 방향으로 지속 발전시켜왔다. 현재 ‘WebCeph’은 특별한 다운로드나 프로그램 설치 없이도 구글이나 네이버에서 ‘WebCeph’ 또는 ‘웹셉’으로 검색하여 접속 후 즉시 사용이 가능하다.
세 번째는 ‘보안’이다. 의료정보를 취급하는 서비스의 특성상 데이터의 ‘보안’은 가장 중요한 이슈라고 생각했다. 이를 달성하기 위하여 ‘WebCeph’은 데이터 저장수단으로 의료법 시행규칙 제16조를 준수하며 ISO/IEC 27799(개인의료정보보호 국제표준) 인증을 받은 의료전용 클라우드를 운용 중인 네이버 클라우드 플랫폼(Naver Cloud Platform)과 미국 HIPAA(건강보험 휴대성 및 책임법) 규정을 준수하는 아마존웹서비스(AWS)를 기반으로 서비스를
구축하고 있다.
이미 전 세계 3천명이 사용하는 ‘WebCeph’
인공지능 기술을 활용한 치과 전용 프로그램에 관심을 두고 있는 치과의사들이 점점 더 많아지고 있다. ‘WebCeph’의 경우만 하더라도 이미 전 세계적으로 3,000명이 넘는 치과의사들이 사용하고 있다. 특히 북미, 중남미, 유럽, 중앙아시아 및 동남아시아 지역 치과의사들의 사용량이 가파르게 증가하는 추세다. 현재 ‘WebCeph’은 한국어, 영어, 중국어, 스페인어, 브라질 포르투갈어로 서비스를 제공하고 있다. 인공지능 기술은 기존의 번거로운 작업을 감소시켜 주는 편리한 기능으로 시작되어, 앞으로는 치과의사의 정확한 진단을 도와주고 진료의 질을 향상시키는 필수 기술로 계속 발전해 나갈 것이라고 예상된다.
인공지능의 가능성과 향후 미래의 모습은?
인공지능은 반복적이고 시간이 걸리는 귀찮은 작업으로부터 치과의사를 해방시켜 줄 것으로 예상된다. 노동시간이 줄어들고 삶의 질은 개선될 것이며 치과의사는 좀 더 종합적이고 고차원적인 사고판단의 영역으로 나아가게 될 것이다. 또한 혹시나 있을 수 있는 치과의사의 실수나 판단 오류를 줄여 환자에게 제공하는 진료의 질을 향상시키는 데 기여한다.
인공지능은 인간과 같은 ‘종합적 사고’를 하는 것이 아니다. 입력과 출력이 정해진 방대한 데이터로부터 일정한 패턴을 찾고 이를 수학적 모델로 만드는 것이 바로 인공지능 기술의 핵심이다. 반면, 진단이란 환자의 얼굴과 구강을 눈으로 직접 보고, 임상 검진에서 수집한 정보, 다양한 임상 사진과 방사선 사진, 그리고 구강모델에서 획득한 정보를 모두 취합하여 종합적으로 판단하는 사고과정이다.
따라서 앞으로 인공지능은 인간의 사고과정을 대체하는 것이 아닌, 데이터의 분석을 정확하고 실수 없이 대신 수행해주는 기술로 발전해 나갈 것이고, 인공지능은 전문가의 올바른 판단을 도와주는 훌륭한 조력자가 될 것이다. 이를 통해 전문가는 종합적이고 고차원적인 사고판단에만 집중할 수 있다.
‘WebCeph’은 앞으로도 치과교정과 전문의와 구강악안면외과 전문의가 진단 시 수행하는 다양한 자료 분석의 과정을 빅데이터로 만들고 이를 인공지능으로 학습해나갈 계획이다. 앞으로 도래할 ‘인공지능 치과교정학’의 미래에서 ‘웹 기반 인공지능 치아교정 및 양악수술 진단분석 프로그램’으로서 ‘WebCeph’이 중요한 축을 담당할 수 있도록 지속 발전시켜 나갈 계획이다.
