‘눈 속까지 꿰뚫는 AI’ 사진 한 장으로 교정 시력까지 정확히 맞춰

Estimating Visual Acuity With Spectacle Correction From Fundus Photos Using Artificial Intelligence

눈 사진 한 장만으로 내 시력이 얼마나 좋은지 알 수 있다면 어떨까? 세계적 의료기관 존스홉킨스 대학 연구팀이 이런 상상을 현실로 만들어냈다. 연구팀은 인공지능(AI)을 활용해 눈 속 망막 사진만으로 안경을 쓴 상태의 시력을 놀라운 정확도로 측정해내는 기술을 개발했다. 특히 당뇨병으로 인한 눈 합병증인 황반부종(DME) 환자들에게서 이 기술의 정확성을 확인했다는 점이 주목할 만하다.

연구팀은 당뇨병으로 인한 눈 질환이 있는 141명(눈 282개)의 망막 사진과 실제 시력검사 결과를 비교 분석했다. 인공지능은 ‘레즈넷50(ResNet50)’이라는 특별한 학습 알고리즘을 사용해 망막 사진만 보고도 그 사람의 안경 쓴 시력을 추정했는데, 실제 시력과 평균 1~1.5줄 차이밖에 나지 않았다. 이는 안과에서 같은 날 시력검사를 두 번 했을 때 나타날 수 있는 오차 범위와 비슷한 수준이다!

“시력표 읽어보세요” 고전적 시력검사의 시대는 끝났다

지금까지 시력을 재려면 어떻게 해야 했을까? 병원에 가서 시력표 앞에 앉고, 안과 전문가가 “이 글자가 보이시나요?”라고 묻는 과정을 거쳐야 했다. 시간도 들고 전문가도 필요했다. 하지만 이제 AI는 눈 속 망막 사진 한 장만 있으면 당신의 시력이 얼마나 좋은지 정확히 알려줄 수 있다. 의사가 부족한 지역이나 바쁜 현대인들에게 혁명적인 변화가 아닐 수 없다.

이번 연구의 놀라운 점은 실험실에서만 통하는 기술이 아니라는 것이다. 연구팀은 2014년부터 2022년까지 실제 병원에서 진료받은 환자들의 데이터를 사용했다. 심지어 백내장처럼 눈이 뿌옇게 흐려진 환자들도 포함시켜 ‘실전’에서도 AI가 제대로 작동하는지 확인했다.

“당신의 시력은…” 단 한 장의 사진으로 정확한 결과가 나온다

연구 결과는 정말 놀라웠다. 당뇨병으로 인한 초기 망막 질환(비증식성 당뇨병성 망막병증, NPDR) 환자의 경우, AI가 추정한 시력과 실제 시력 차이는 시력표에서 고작 1.16~1.44줄에 불과했다. 더 심각한 단계인 증식성 당뇨병성 망막병증(PDR) 환자도 1.42~1.92줄 차이로 상당히 정확했다. 쉽게 말해, 실제로 시력표에서 ‘다’ 글자까지 읽을 수 있다면, AI는 ‘나’ 또는 ‘라’ 정도까지 읽을 수 있을 것이라고 예측한다는 뜻이다.

더 놀라운 것은 AI가 시력 변화까지 감지해낸다는 점이다. 환자가 병원을 두 번 방문했을 때 시력이 조금만 변했다면(2줄 미만), AI는 95%의 정확도로 이를 감지했다. 시력이 아주 조금만 변했을 때도(1줄 미만) 72%의 정확도를 보였다. 당신의 시력이 조금이라도 나빠지면, AI가 먼저 알아차릴 수 있다는 뜻이다!

내 손안의 눈 건강 지킴이, 스마트폰으로 확장될 가능성

이 기술이 가져올 미래는 어떨까? 연구팀은 이 기술이 안과뿐 아니라 일반 병원, 심지어 당신의 스마트폰까지 확장될 수 있다고 전망한다. 당뇨병 환자라면 병원에 자주 가지 않아도, 스마트폰으로 눈 사진을 찍어 AI에게 보여주는 것만으로 시력 변화를 체크할 수 있게 될지도 모른다.

“아, 당신의 시력이 지난달보다 조금 나빠졌네요. 안과 의사를 만나볼 시간입니다.” AI가 이렇게 조언해주는 시대가 곧 올 수 있다. 특히 당뇨병으로 인한 눈 합병증은 조기 발견과 치료가 중요한데, 이 기술은 그 가능성을 크게 높여준다.

연구를 이끈 닐 브레슬러(Neil M. Bressler) 박사는 “이 기술은 안과 의사가 부족한 지역이나 의료 접근성이 떨어지는 곳에서 특히 빛을 발할 것”이라며 “미래에는 다양한 눈 질환 환자들도 이런 방식으로 시력을 관리할 수 있게 될 것”이라고 전망했다.


FAQ

Q: 인공지능이 안저 사진에서 시력을 어떻게 추정할 수 있나요?
A: AI 알고리즘은 수많은 안저 사진과 실제 시력 데이터를 학습하여 망막의 상태와 시력 사이의 관계를 파악합니다. 이 연구에서는 ResNet50 알고리즘을 사용하여 안저 사진의 특징을 분석하고 이를 바탕으로 시력을 추정했습니다.

Q: 이 기술은 당뇨병 환자만 대상으로 하나요?
A: 현재 연구는 당뇨병성 황반부종이 있는 환자들을 대상으로 진행되었습니다. 하지만 연구진은 향후 황반변성, 망막정맥폐쇄 등 다른 망막 질환으로 연구를 확장할 계획이라고 밝혔습니다.

Q: 실제 안과 진료에서 이 기술이 언제부터 사용될 수 있나요?
A: 이 기술은 아직 연구 단계에 있으며, 더 많은 임상 데이터와 검증이 필요합니다. 특히 시력이 20/80보다 나쁜 환자들에 대한 추가 연구와 다양한 망막 질환으로의 확장이 필요합니다. 성공적으로 발전한다면 향후 몇 년 내에 실제 임상에서 활용될 가능성이 있습니다.

기사에 인용된 논문은 링크에서 확인할 수 있다.

이미지 출처: 이디오그램 생성

기사는 클로드와 챗GPT를 활용해 작성되었습니다.