[스케일업] 니어브레인 [1] AI·VR 뇌혈류 예측, 뇌혈관질환 극복 선봉

[스케일업 x SBA] 스케일업코리아는 서울경제진흥원(SBA)과 함께 ‘2023년 스케일업 프로그램’을 진행합니다. 스케일업코리아는 이번 프로그램에 참여한 각각의 스타트업이 지금 진행 중인 사업 전반을 소개하고, 다음 단계로 나아가기 위해 도전 중인 문제를 조명합니다. 이를 해결하도록 여러 전문 영역에서 활동하는 전문가를 연결해 도움을 주고자 합니다.

[IT동아 차주경 기자] 많은 사람들이 뇌의 혈관에 문제를 일으키는 ‘뇌혈관질환’을 두려워한다. 예고나 징후 없이 갑자기 들이닥치는데다가 검진과 치료 모두 어렵다. 치료한다고 해도 회복 기간이 길고 예후도 대개 나쁘다. 각종 후유증에 시달리는 일도 많다. 즉, 뇌혈관질환은 사람의 삶의 질에 아주 나쁜 영향을 미친다.

그래서 신경외과 의사와 의학계 관계자들은 지금 이 순간에도 뇌혈관질환과 맞서 싸운다. 다양한 진단, 치료 기술을 연구 개발하고 실험을 거듭해 완성도를 높인다. 이것은 아주 어렵고 고된 과정이다. 사람의 뇌의 구조는 지구상의 그 어떤 물체보다도 복잡하다. 게다가, 뇌에는 수많은 혈관이 있는데 이 가운데 하나만 잘못 건드려도 치명적인 문제를 일으킨다. 그래서 연구도 실험도 어렵다.

니어브레인의 기술로 재현한 뇌혈관 3D 모델링. 출처 = 니어브레인

그럼에도 신경외과 의사들은 밤낮없이 뇌혈관질환을 연구하고 환자를 돌본다. 한 엔지니어는 최신 정보통신기술을 활용해 이들이 더 편리하게, 정확하게 뇌혈관질환을 연구하도록 도울 생각을 했다. 검진과 치료에 도움을 줄 기술을 개발해서 환자들의 삶의 질을 높일 생각을 했다. SBA 보육 스타트업 ‘니어브레인’을 이끄는 이태린 대표의 창업 동기다.

뇌혈관 연구원, 3D 모델링과 인공지능으로 혁신 꿈꾸다

엔지니어이자 R&D 연구원으로 일하던 이태린 대표는 3D 모델링 기술을 활용한 뇌혈관 재현 기술에 관심을 가졌다. MRI(자기공명영상)·MRA(자기공명 혈관영상)사진을 토대로 뇌혈관의 모습과 굵기, 분포를 3D 컴퓨터 그래픽으로 묘사하는 기술이다. 사람의 뇌와 혈관을 고스란히 묘사하는 기술이므로, 뇌혈관질환의 진단 정확성과 치료 가능성을 모두 높일 것으로 주목 받는다. 그래서 기술의 발전 속도도 빨랐다.

이태린 대표는 여기에 인공지능과 가상현실 등 정보통신기술을 더해 기술의 완성도를 높이고 활용 영역도 넓힐 계획을 짰다. 인공지능으로 뇌혈관의 분포를 더욱 정확하게 묘사하고, 나아가 혈액이 흐르는 속도와 혈관에 가하는 압력까지 표현하자는 아이디어를 냈다. 이것을 3D 가상현실 콘텐츠로 만들면, 뇌혈관질환을 치료하는 의사들에게 아주 유용한 정보가 될 것이라는 확신이 있어서다.

니어브레인은 MRI·MRA 사진을 토대로 뇌혈관을 고스란히 3D 모델링하는 기술을 가졌다. 출처 = 니어브레인

그는 2022년 2월 니어브레인을 세우고, 분당서울대병원 신경외과를 찾아 자신의 이론을 소개했다. 신경외과 의사들은 뇌와 뇌혈관 질환의 수술은 아주 하기 어렵다며, 수술 편의와 성공 가능성을 높일 기술이 있다면 강한 위력을 발휘할 것이라고 조언했다. 이런 기술이 있다면 직접 활용하며 성능 검증과 고도화에 힘을 싣겠다는 신경외과 의사도 있었다.

한편으로는 3D 모델링 기술을 활용한 뇌수술 교육 프로그램을 만들어 달라는 현장의 목소리도 나왔다. 수술할 환자의 뇌와 뇌혈관 구조를 3D 모델링으로 재현해 수술 연습을 한다면, 성공 가능성과 의사의 숙련도를 함께 높일 것이라는 의견이다. 분당서울대병원에서 많은 격려와 조언을 받은 이태린 대표는 뇌혈관 3D 모델링 서비스와 응용 기술 개발에 박차를 가한다.

뇌 혈관 분포 정확히 묘사하고 혈액 흐름과 압력까지 측정하는 고도화 서비스

이전에도 MRI·MRA 사진을 토대로 뇌혈관 3D 모델링을 만드는 기술은 있었다. 다만, 기술의 한계상 뇌 속의 혈관 분포를 실제와 유사한 수준으로 정확하게 묘사하기 어려웠다. 혈액의 흐름과 혈관에 가해지는 압력도 파악할 수 없었다. 이런 뇌혈관 3D 모델링을 토대로 수술을 하다가 미처 발견하지 못한 뇌혈관이 수술 도구에 찢어지는 일, 뇌혈관의 압력을 제대로 파악하지 못해 피가 과도하게 많이 나와 부작용을 일으키는 일이 잦았다.

니어브레인이 MRI·MRA 사진을 토대로 뇌혈관을 3D 모델링하는 과정. 출처 = 니어브레인

니어브레인은 MRI·MRA 사진으로 뇌혈관 3D 모델링을 만들고 독자 개발한 컴퓨터비전 기술, 즉 인공지능을 더해 뇌 속의 혈관 분포를 더욱 선명하게 묘사한다. 나아가 MRA 사진을 토대로 뇌혈관 속 혈액이 흐르는 속도를 가늠하고, 이를 인공지능 분석해 혈관에 가하는 압력까지 추측한다. 이들 결과를 뇌혈관 3D 모델링에 반영하고 압력 정도에 따라 다른 색깔로 표현한다.

신경외과 의사는 니어브레인의 뇌혈관 3D 모델링을 보고 풍부한 정보를 얻는다. 굵은 뇌혈관은 물론, 얇고 가는 뇌혈관의 위치와 분포까지 알려주므로 수술할 때 이를 건드리지 않도록 조심할 수 있다. 수술을 앞둔 뇌혈관질환 환자의 혈관 압력, 혈액의 흐름을 미리 파악하도록 돕는 것도 요긴하다. 그러면 수술 도구를 어느 정도의 강도로 넣어 뇌혈관 손상이나 파열을 막을지 가늠할 수 있어서다.

니어브레인이 MRI·MRA 사진을 토대로 3D 모델링한 뇌혈관. 분포뿐만 아니라 압력까지 색깔로 표시한다. 출처 = 니어브레인

이들의 기술은 의사가 수술할 부위를 확대해 시뮬레이션을 여러 차례 거듭하는 것도, 뇌종양을 진단하고 치료하는 것도 돕는다. 뇌종양은 주변의 뇌 조직과 혈관을 끌어오는 특성을 가졌다. 그래서 떼어낼 때 파열 사고가 자주 난다. 뇌혈관 3D 모델링을 보고 뇌종양과 주변 혈관의 위치를 정확히 파악하면 사고 가능성을 많이 낮춘다. 지금까지 뇌혈관질환 환자의 안전은 의사의 숙련도와 경험으로 지켰다. 여기에 정보통신기술이라는 또 하나의 안전장치를 더한 셈이다.

뇌혈관 3D 모델링 서비스 ‘닥터 니어 뉴로’와 메타버스 실습 플랫폼 ‘닥터 니어 메타’

니어브레인은 뇌혈관 3D 모델링 기술을 토대로 서비스를 두 개 선보인다. ‘닥터 니어 뉴로’는 병원이 보낸 뇌와 뇌혈관 MRI·MRA 사진을 니어브레인이 분석·가공해 정밀한 뇌혈관 3D 모델링 결과물을 만들어 보내주는 서비스다. 웹 서비스라 쓰기 간편하고 시공간의 제약도 없다. 세계 어디에서든 쓴다. 니어브레인은 올 9월 미국 워싱턴DC에서 세계 신경외과 의사들에게 닥터 니어 뉴로를 소개한다.

닥터 니어 뉴로 소개 사진. 출처 = 니어브레인

메타버스 뇌수술 실습 플랫폼 ‘닥터 니어 메타’는 신경외과 현장의 목소리를 반영한 서비스다. 관계자들이 가상 공간에서 뇌혈관 3D 모델링을 공유하며 협업·협진하도록 돕는다. 뇌와 혈관 수술 실습도 가능하다. 뇌와 뇌혈관 수술은 아주 복잡하고 어려운 것이기에, 수술의 순서를 정하는 것조차 어렵다. 한 번만 실수해도 치명적인 결과로 이어지기도 한다.

닥터 니어 메타를 쓰면 수술 전, 환자의 뇌와 뇌혈관의 구조를 그대로 복제해 연구 가능하다. 뇌혈관과 병변의 위치, 혈관 분포와 압력 등 각종 정보를 미리 파악해 수술 순서를 한결 원활하게 정한다. 세계 곳곳의 신경외과 의사들과 협업·협진하며 수술 성공 가능성을 높이고, 가상 실습을 원하는 만큼 거쳐 실수할 가능성을 줄인다. 환자에게 수술 과정을 상세히 설명해 안심하도록 돕는 역할도 한다.

닥터 니어 메타 소개 사진. 출처 = 니어브레인

세계 각국의 신경외과 의사들이 닥터 니어 메타에서 협업·협진한 결과, 가상 실습한 수술 결과는 모두 소중한 의료 데이터가 된다. 병원과 의사들은 이들 의료 데이터를 주고받으며 서로의 지식을 공유하고 기술을 발전시키는 계기로 삼을 것이다. 이미 우리나라의 한 대형 병원이 니어브레인의 닥터 니어 메타를 도입, 활용 중이다.

성과 거둔 니어브레인, 도전 과제는 ‘호환성·완성도’ 증대

닥터 니어 솔루션을 완성한 니어브레인은 파트너 기업과 기관에게 협업을 제안했다. 먼저 분당서울대병원과 손을 잡았고, 스위스 바젤 병원과 벨기에 루벤 뇌과학 연구소 등 세계 유명 기관과 네트워킹을 논의 중이다. 니어브레인은 보건복지부와 메인 프로젝트를 수행하며 한국보건산업진흥원과도 협업 중이다. 중소벤처기업부 R&D 과제도 수행한다.

미국 보스턴 클러스터에서 기술을 소개하는 이태린 대표(왼쪽). 출처 = 니어브레인

이태린 대표는 파트너 기업, 기관과 함께 해외 신경외과에 닥터 니어 솔루션을 소개한다. 이미 세계 의료 클러스터의 대명사 보스턴에서 IR도 마쳤다. 해외의 유명 의과 대학교의 신경외과에 뇌혈관 3D 모델링 기술을 소개하고, 유럽의 대형 의료 기업·기관으로까지 협업 범위를 넓힌다.

이들 성과를 딛고 니어브레인은 도전 과제를 해결한다. 먼저 뇌혈관 3D 모델링 기술의 완성도를 더 높인다. 사람의 뇌와 뇌혈관의 구조를 더욱 정확하게, 선명하게 표현하도록 ‘소프트웨어를 고도화’한다. 이 도전 과제를 함께 풀 파트너(분당서울대병원)와 이미 손을 잡았다. 나아가 미국과 유럽의 대형 병원과의 POC(개념 증명)를 논의 중이다.

스위스 바젤에서 액셀러레이터를 만난 니어브레인 임직원들. 출처 = 니어브레인

소프트웨어 고도화와 함께 ‘범용성’도 확보한다. 병원마다 MRI와 MRA 설비가 다르다. 뇌혈관 3D 모델링의 완성도를 높일 풍부한 데이터를 얻고 분석하고 활용하려면, 다양한 MRI와 MRA 설비에서 얻은 데이터를 원활하게 다루는 범용성을 갖춰야 한다. 그러면 니어브레인의 닥터 니어 솔루션을 어떤 병원에 공급해도 좋은 성과를 낼 것이다.

‘데이터·레퍼런스 확보’도 니어브레인의 도전 과제다. 인공지능의 완성도를 높이려면 풍부한 데이터를 확보하는 것은 필수다. 이들은 병원이 가진 의료 데이터 가운데 혈류 데이터를 더 많이 모아 솔루션의 완성도를 높이려 한다. 이를 활용한 신경외과의 도입 사례, 권위 있는 연구자의 활용 결과를 담은 레퍼런스도 늘린다.

니어브레인 “뇌혈관 3D 모델링 완성도 높여 뇌과학 연구에 기여”

이태린 대표는 밤낮 없이 환자를 돌보면서 뇌혈관질환을 연구하던 분당서울대병원 신경외과 의사들의 노력을 결코 잊지 못한다고 말한다. 뇌 수술을 앞둔 의사들이 환자를 살리고 더 좋은 수술 성과를 거두려고 노력하는 모습을 보고, 여기에 힘을 실을 생각을 거듭한다고 말한다.

학술대회에서 기술을 소개 중인 니어브레인. 출처 = 니어브레인

그래서 그는 뇌혈관 3D 모델링 기술 고도화를 멈추지 않을 각오다. 신경외과 의사에게 정확한 진단과 연구·수술 편의를 주는, 뇌혈관 수술을 앞둔 환자에게 안전을 가져다줄 기술로 만들려 한다.

위 도전 과제들을 해결하면, 니어브레인은 뇌질환을 앓는 환자의 뇌 조직과 혈관의 분포, 혈류 흐름과 혈압, 뇌 기능의 활성화 정도 등 다양한 데이터를 모두 제공하는 뇌혈관질환 종합 솔루션 기업으로 발전할 것이다.

니어브레인 임직원들. 출처 = 니어브레인

이태린 대표는 “뇌·뇌혈관을 정확하게 3D 모델링하는 기술은 뇌혈관질환의 진단과 수술을 돕고 치료 안정성까지 높일 유용한 기술이다. 수술 부작용을 줄이고 성공 가능성도 높일 것이다. 신경외과 수술 전반을 돕고 환자의 안전까지 챙기는 최고의 도우미 기업으로 자리매김하겠다.”고 밝혔다.

글 / IT동아 차주경(racingcar@itdonga.com)

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