제 때 치료 안하면 치명적인 ‘급성 신손상’…조기 발견의 길 열려

분당서울대병원, 인공신경망 기반 ‘급성 신손상 예측시스템’ 개발
모델 2단계로 구분해 개발…시스템 예측 오차범위 줄이고 정확도↑
‘급성 신손상 발생 여부’에 ‘혈청 크레아티닌 수치 예측’도 가능

신장세포의 갑작스러운 손상으로 신장기능이 악화되는 ‘급성 신손상’. 이 질병은 입원 환자의 약 10%에서 발생하는 비교적 흔한 질환이지만, 제 때 치료하지 않으면 투석을 받아야 하는 상태가 되거나 사망에 이를 수도 있는 심각한 질환이다.

또한 감염성질환‧심뇌혈관질환‧간질환‧암(종양) 등 기저질환이나 이를 치료하는 수술‧시술‧약물에 의해서도 발생할 수 있기 때문에 입원 치료 중 급성 신손상의 발생 여부를 주의 깊게 관찰해야 하며 발생 가능성을 미리 예측하고 대처해야 한다.

하지만 급성 신손상을 예측할 수 있는 시스템이 국내 의료진에 의해 개발돼 앞으로는 진단과 치료가 신속하고 정확하게 이뤄질 전망이다.

분당서울대병원 신장내과 김세중 교수, 인하대병원 신장내과 김기표 교수 연구팀은 인공신경망을 기반으로한 ‘급성 신손상 예측 시스템’을 개발하고, 개발된 시스템의 타당도까지 검증해 그 결과를 12일 발표했다.

인공신경망은 인간이나 동물의 두뇌의 신경망에 착안해 정보처리 과정을 모방해 만든 알고리즘을 말한다. 정보가 입력되면 정해진 함수 과정을 거쳐 새로운 값을 도출한다.

연구진은 먼저 분당서울대병원에 48시간 이상 입원한 환자 중 6만9081명의 데이터를 이용해 2단계 구조의 급성 신손상 예측 모델을 만들었다.  

구체적으로 보면 모델1은 입원기간(7일 이내) 동안 급성 신손상 발생 여부를 예측하는 구조로 설계됐다. 나이‧성별‧진단명‧투약정보‧검사결과 등 환자의 정보가 입력되면 급성 신손상 발생 여부를 알려주는 방식이다.  

모델2는 입원 후 24시간, 48시간, 72시간 시점의 혈청 크레아티닌 수치를 예측하는 구조로 설계됐다. 

모델2는 급성 신손상은 혈청 크레아티닌 수치의 상승 정도를 가지고 진단하는 것에 착안해 단순히 급성 신손상이 발생할지 예측하는 것을 넘어서 혈청 크레아티닌 수치와 중증도까지 예측할 수 있다는 것이 장점이다. 아울러 신독성 약물을 복용중인 환자가 이를 계속 복용할 경우와 중단할 경우, 혈청 크레아티닌 수치가 어떻게 변화될지도 예측할 수 있다. 

연구팀은 개발된 예측 시스템이 다른 집단에도 적용될 수 있을지 검증하고자 분당서울대병원 입원환자(내부타당도) 7675명 및 서울대병원 입원환자(외부타당도) 7만2352명의 데이터를 대입해 시스템의 타당도를 분석했다. 

그 결과, 모델1의 급성 신손상 예측력은 내부타당도 88%, 외부타당도 84%로 나타났고, 중증 급성 신손상 예측력은 내부타당도 93%, 외부타당도 90%에 이른 것으로 확인됐다.

또 모델2에서는 혈청 크레아티닌 수치를 예측하는 예측값의 오차범위가 고위험군에서는 0.04-0.09, 저위험군에서는 0.03-0.08 이내로 나타났다.

연구진은 “환자의 크레아티닌 수치를 시스템이 예측하는 예측값과 실제 검사를 통한 측정값의 차이(오차)가 작을수록 더 정확한 모델이라고 할 수 있다”며 “모델을 2단계로 구분해 시스템 예측 오차범위 줄이고, 시스템 예측 정확도를 높였다”고 설명했다. 

김 교수는 “이번에 개발한 급성 신손상 예측 시스템은 외부타당도 검증까지 완료하면서 단일 기관에만 적용되는 것이 아닌, 다기관에서도 활용할 수 있다는 점이 특징”이라며 “본 시스템을 입원환자의 치료 과정에 적용한다면 신장기능에 대한 실시간 관리뿐만 아니라 위험한 상황을 미리 예측하고 예방할 수 있는 환경까지 마련할 수 있다”고 전했다.  

이번 연구는 국제 학술지 ‘JMIR(Journal of Medical Internet Research)’ 4월호에 게재됐다.

한편 이번 연구는 대한신장학회 신장학연구재단 연구비 지원으로 수행됐다.

이승구 온라인 뉴스 기자 [e-mail]