인실리코젠 프로젝트 : 골다공증 인공지능 예측모델 구축

골다공증이란?

골다공증은 뼈에 구멍이 생기고 밀도가 줄어들어 사소한 충격에도 뼈가 쉽게 부러지는 질환입니다. 골다공증은 먼저 검진하고 진단받기까지 별다른 증상이 없고 서서히 진행되는 특성이 있어 질환에 대한 인지도나 심각성이 높지 않습니다. 주요 증상은 골절이며, 손목, 척추, 대퇴골(고관절) 등이 골절될 수 있습니다. 이 질환은 뼈가 부러진 뒤에야 확인되는 경우가 많습니다. 

 

골다공증 (출처:  http://www.cwhhospital.com/%EA%B3%A8%EB%8B%A4%EA%B3%B5%EC%A6%9D-%EC%9B%90%EC%9D%B8%EA%B3%BC-%EB%8C%80%EC%B2%98%EB%B2%95/)

'어차피 뼈는 다시 붙는 거 아니야?'라는 생각은 큰 착각입니다. 실제로 고려대학교 구로병원의 신정호 교수에 따르면, 골다공증 대퇴골절 후 약 50%의 환자는 완전한 회복이 어려우며, 1년 내 사망률도 약 20%에 달한다고 합니다.

국내의 연구 결과에 의하면 고관절 골절의 1년 사망률은 15%, 2년 사망률은 25%, 5년 사망률 45%로 보고되고 있습니다. 수술을 시행하지 않을 경우 1년 사망률은 50%까지 올라간다고 합니다. 이는 웬만한 암보다 사망률이 높으므로 고관절 골절이 발생하지 않도록 예방하는 것이 무엇보다 중요합니다. 

 

골다공증의 원인은 무엇일까?

골다공증의 원인으로는 가족력(유전), 영양부족, 흡연, 노화, 폐경 등이 있습니다. 특히 남성보다 여성의 비율이 높습니다. 특히 여성의 경우 남성보다 골다공증에 걸릴 확률이 더 높은데, 이는 여성 호르몬인 에스트로겐이 골량을 유지하는 역할을 하다가 폐경이 오면서 에스트로겐 분비가 감소하여 골다공증이 촉진되는 것으로 알려져 있습니다. 통계에 따르면 2019년에는 여성 환자가 남성 환자보다 16배나 더 많았습니다.

 

더불어 국민건강보험공단에 따르면 골다공증 진단을 받은 건강보험 환자 수는 2015년 82만 명에서, 2019년 기준 108만 명으로 연평균 7.1% 이상 꾸준히 증가했고, 이 중 50대 이상은 105만 명으로 97.2%를 차지했습니다. 

골다공증은 치료보다 예방 및 관리가 효과적이므로, 초기 단계에서 예측하고 진단하여 관리하는 것이 중요합니다. 이를 통해 골다공증으로 인한 부작용을 최소화하고 건강한 뼈를 유지하는 데 도움이 됩니다.

 

골다공증의 예방

골다공증의 예방과 관리를 위해 다음과 같은 생활 수칙을 준수하는 것이 중요합니다.

 

골다공증 예방법 (출처:  보건복지부 블로그, https://blog.naver.com/mohw2016/221155684733)

1. 적정량의 칼슘과 비타민 D 섭취: 칼슘과 비타민 D는 뼈 건강에 중요한 영양소입니다. 우유, 요구르트, 치즈 등 칼슘이 풍부한 음식을 섭취하고, 비타민 D는 태양 빛을 통해 체내에서 합성되므로 적절한 햇볕을 받는 것이 중요합니다.
2. 해로운 습관 삼가기: 흡연, 탄산음료, 과도한 커피나 음주는 골다공증을 유발할 수 있는 요인이므로 삼가는 것이 좋습니다.
3. 적절한 운동: 유산소 운동과 근력 강화 운동은 뼈 건강을 유지하는 데 도움이 됩니다. 
4. 정기적인 골밀도 검사: 골다공증의 위험 인자가 있는 경우, 정기적인 골밀도 검사를 받아 뼈 건강 상태를 파악하고 의사와 함께 결과를 확인하고 관리하는 것이 중요합니다.

이러한 예방 수칙을 지키면서 건강한 뼈를 유지하고 골다공증으로 인한 위험을 최소화할 수 있습니다.

 

인실리코젠의 골다공증 연구를 소개합니다!

현재 인실리코젠에서는 골다공증 예방 및 진단을 위한 연구를 진행하고 있습니다.

일반적으로 골다공증을 진단하는 방법에는 DEXA (Dual Energy X-ray Absorptiometry) 장비로 골밀도를 측정하는 방법도 있지만, 해당 장비가 있는 병원을 방문해야 하므로 번거롭고 비용이 한 부위당 3~5만 원으로 여러 부위를 찍게 되면 비용이 다소 발생하여 부담될 수 있습니다.

 

DEXA 장비 (출처: https://www.doctorsnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=126817)

 

 

이러한 제약을 극복하기 위해 인실리코젠은 간단한 설문 조사 또는 건강검진 기본 조사 항목을 기반으로 인공지능 기술을 이용하여 골다공증 유병여부 예측 및 위험도를 추정할 수 있는 연구를 진행하였습니다.

 

요즘 전 세계적으로 화두가 되는 인공지능은 인간의 학습 능력과 추론 능력, 지각 능력, 자연언어의 이해 능력 등을 컴퓨터 프로그램으로 실현한 기술로 다양한 분야에 적용되고 있습니다. 특히 의학 분야에서 인공지능을 적용하는 사례가 증가하고 있는데요, 인공지능 기반의 의료 서비스는 의료 데이터의 보조적인 해석부터 질병의 예측, 진단, 해석과 같은 전문 영역에도 적용됩니다. 

 

 

인실리코젠 골다공증 인공지능 연구

이를 위해 국민건강영양조사 자료(2008~2011년도)를 활용하여 골다공증 유병여부를 예측하는 변수(T-score)와 관련된 데이터를 분석하였습니다. 해당 데이터에서 나이와 성별에 제한을 두어 전체 연구 참여자 수는 1,431명입니다.

 

탐색적 데이터 분석 결과, 체중, 키, 허리둘레, 에스트로겐 사용 여부, 나이 등의 변수가 골다공증 유병여부를 예측하는 데 중요한 역할을 한 것으로 나타났습니다. 특히 여성 호르몬인 에스트로겐과 폐경 나이가 핵심 변수로 확인되었습니다. 이는 전문의의 의견과도 동일한 결과입니다.

인실리코젠에서는 이러한 변수를 기반으로 20가지 항목에 대한 설문 조사와 검진 조사를 수행하여 골다공증 유병여부를 예측하는 분류 기반의 머신러닝 모델을 개발하였고, 이 모델은 골다공증 유병여부를 92%의 정확도로 분류하는 결과를 얻었습니다. 이러한 연구를 통해 골다공증 예방 및 진단에 대한 새로운 접근법을 제시하였습니다. 본 연구 결과는 MDPI Healthcare 저널에 “Osteoporosis Pre-Screening Using Ensemble Machine Learning in Postmenopausal Korean Women” 논문으로 게재되었습니다. 

 

인실리코젠은 해당 모델의 일반화 및 실증 연구를 위해 2023년부터 2024년까지 환자들의 설문 조사 결과와 건강검진 기본 항목을 기반으로 한 골다공증 유병여부 분류 모델의 정확도를 평가할 예정입니다. 또한, 현재는 골감소증에 대한 예측까지 확장하여 모델을 연구하고 있습니다. 

 

이외에도 인실리코젠은 영상 딥러닝 기술을 활용하여 X-ray 기반 의료 영상 데이터와 설문 및 검진 조사 항목 결과를 결합하여 객관적이고 정확한 골다공증 보조 진단 도구를 개발하고 있습니다.

 

이러한 연구를 통해 골다공증으로 내원하는 환자뿐만 아니라 일반인도 간단한 설문 조사를 통해 자신의 골다공증 위험 여부를 파악하고 미리 대비할 수 있도록 도움을 줄 수 있을 것으로 기대합니다.

앞으로도 인실리코젠은 계속해서 다양한 연구와 기술 개발을 통해 국민건강증진에 기여할 수 있도록 노력할 것입니다.

 

참고자료

• https://www.medifonews.com/news/article.html?no=168085
• http://medipharmhealth.co.kr/news/article.html?no=67289

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EDITOR

홍온유

FLEX Dept · Digital Marketer