[메디게이트뉴스 조운 기자] 의료 인공지능(AI)이 진단 보조를 넘어 방사선치료 계획 수립 영역으로 확장되면서 실제 치료에 적용할 수 있는 수준의 임상 근거 확보가 중요해지고 있다. 의료 AI 기반 방사선치료 소프트웨어 기업 온코소프트는 AI 자동 윤곽화 소프트웨어 ‘온코스튜디오(OncoStudio)’를 중심으로 국내외 연구를 통해 임상 활용 가능성을 검증하고 있다.

온코스튜디오는 CT 영상에서 방사선치료에 필요한 정상장기(OAR)를 딥러닝으로 자동 윤곽화하는 소프트웨어다. 두경부·흉부·복부·골반 부위를 지원하며, 결과는 DICOM-RT 구조로 제공돼 다양한 치료계획시스템과 연동된다.

온코소프트가 온코스튜디오를 개발한 배경에는 방사선치료 계획 과정에서 반복되는 수작업 부담과 의료진 간 윤곽 설정 편차가 있다. 정상장기와 표적체적을 직접 그리는 데 많은 시간이 필요한 만큼, 치료계획의 효율성과 일관성을 높일 수 있는 자동 윤곽화 기술이 요구돼 왔다.

이러한 기술이 실제 임상에서 활용되기 위해서는 자동 윤곽화의 정확도와 치료계획에 미치는 영향에 대한 임상 근거가 뒷받침돼야 한다. 온코소프트는 국내외 연구를 통해 이 같은 근거를 축적해 왔다.

 
한국인 암 환자 1200명 연구…정상장기 85%에서 비교 제품보다 우수

대표적인 근거는 연세암병원 연구진이 2024년 국제학술지 캔서스(Cancers)에 발표한 한국인 암 환자 1200명 대상 후향적 연구다.

연구진은 2019년 1월부터 2022년 6월까지 방사선치료를 받은 환자의 CT 영상과 의료진이 직접 작성한 윤곽을 기준으로 온코스튜디오와 글로벌 AI 도구 프로테제 AI(Protégé AI)의 성능을 비교했다.

그 결과 온코스튜디오는 평가 대상 정상장기의 85%에서 프로테제 AI보다 높은 성능을 보였다.

흉부 영역의 정상장기 윤곽 일치도를 나타내는 Dice 유사도 계수(DSC)는 남성에서 온코스튜디오 0.87, 프로테제 AI 0.82였으며 여성에서는 각각 0.95와 0.87이었다. 복부는 0.88 대 0.81, 골반은 남성 0.95 대 0.85, 여성 0.82 대 0.73으로 온코스튜디오의 일치도가 높았다.

두경부 영역의 평균 DSC는 두 제품 모두 0.70 수준으로 큰 차이가 없었다. 다만 평균 표면거리와 95% 하우스도르프 거리 등 표면거리 지표에서는 온코스튜디오가 더 나은 정렬 성능을 보였다.

달팽이관과 수정체처럼 크기가 작고 구조가 복잡한 장기에서는 두 제품 모두 상대적으로 낮은 일치도를 나타냈다.

방사선종양학과 전문의·전공의·방사선사 10명이 참여한 블라인드 평가에서는 AI 도구끼리 비교한 사례의 70%에서 온코스튜디오를 선호했다. 평가자의 90%는 온코스튜디오가 한국인 환자에게 임상적으로 적합하다고 판단했다.

일본 전립선암 연구서 기하학적 정확도·선량 비열등성 확인

일본 도쿄의대 이바라키의료센터 연구진은 2025년 의학 저널 Cureus에 논문 고위험 국소 전립선암 환자 15명을 대상으로 온코스튜디오의 기하학적 정확도를 평가한 논문을 게재했다.

30년 이상 경력의 전문의가 작성한 수기 윤곽과 비교한 결과 평균 DSC는 방광 0.90, 직장 0.95, 양측 대퇴골두 0.97이었다. 95% 하우스도르프 거리는 방광 7.3㎜, 직장 7.1㎜ 수준이었다.

대퇴골두는 뼈 구조의 경계가 뚜렷해 가장 안정적인 결과를 보였다. 방광에서는 소장·전립선 돌출 부위와의 경계, 직장에서는 S상결장과 항문괄약근 주변의 저대조도 영역에서 수기 윤곽과 차이가 났다.

같은 연구진은 자동 윤곽을 실제 치료계획에 적용했을 때의 선량 영향도 평가했다. 76Gy를 38회 조사하는 세기조절회전방사선치료(VMAT) 계획에서 온코스튜디오 2.0의 자동 윤곽과 수기 윤곽을 기준으로 정상장기 선량체적히스토그램(DVH) 지표를 비교한 결과, 모든 지표에서 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다.

직장의 V70 차이는 0.33%, V50은 1.8%였다. 방광의 V70과 V50 차이는 각각 1.6%였고, 대퇴골두 V30 차이는 오른쪽 0.6%, 왼쪽 1.4%였다. 모두 연구진이 사전에 정한 임상적 허용 범위 안에 포함됐다.

차이가 가장 컸던 방광 V70도 수기 윤곽 9.67%, 자동 윤곽 8.07%로 나타났지만 통계적 유의성에는 이르지 않았다.

연구진은 자동 윤곽화가 수기 윤곽화와 비교해 선량학적 비열등성을 보였으며, 치료계획의 안전성과 품질을 유지하면서 의료진의 시간 부담을 줄일 가능성이 있다고 평가했다. 다만 실제 임상에서는 의사가 결과를 검토하고 필요한 부분을 수정해야 한다고 강조했다.

방사선치료 넘어 이식외과로…신장 용적 측정에 활용

온코스튜디오는 방사선치료 외 임상 영역에서도 영상분할 도구로 활용됐다.

최근 국제학술지 인터내셔널 저널 오브 서저리(International Journal of Surgery)에 발표된 생체 신장이식 연구에서 서울대·연세대 등 3개 기관 연구진은 수혜자 3335명을 대상으로 이식 후 1년 이내 최저 혈청 크레아티닌 수치를 예측하는 모델을 개발했다.

연구진은 이식 전 변수만을 활용했으며, 온코스튜디오를 통해 공여 전 조영 CT에서 공여자의 전체 신장 용적과 피질 용적을 자동 측정했다.

변수 중요도 분석 결과 공여자 전체 신장 용적은 수혜자의 나이·성별·체표면적, 공여자 나이와 함께 가장 중요한 5개 변수에 포함됐다. 이들 5개 변수만으로 구성한 간소화 모델은 전체 변수를 활용한 모델과 유사한 정확도를 보였다. 다기관 외부검증에서 평균절대오차는 약 0.14였으며, 연구진은 결과를 노모그램과 모바일 앱으로 구현했다.

연구진은 방사선치료용으로 개발된 자동 분할 기술이 촬영 조건과 임상 목적이 다른 이식외과 CT에서도 활용될 가능성을 제시했다고 평가했다.
 
정상장기 넘어 표적 윤곽화로…멀티모달 AI 연구

현재 온코스튜디오가 자동으로 윤곽화하는 대상은 정상장기다. 그러나 방사선치료 계획에서 더 어려운 영역은 실제 방사선을 조사할 표적체적을 설정하는 과정이다.

표적체적 윤곽화에는 영상뿐 아니라 병기, 수술 방식, 종양 위치와 좌우측 등 임상정보를 함께 고려해야 한다.

온코소프트가 공동 참여한 연구진은 2024년 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 대규모 언어모델(LLM)이 영상과 임상 텍스트를 함께 분석하는 멀티모달 AI ‘LLMSeg’를 발표했다.

연구진은 LLMSeg를 3차원 임상표적체적(CTV) 윤곽화에 적용했다. 유방암 검증에서 멀티모달 모델은 영상만 분석한 기존 AI보다 높은 성능을 보였으며, 촬영 조건이 다른 외부검증 데이터에서 격차가 더 크게 나타났다.

한 외부검증군의 DSC는 영상 전용 모델 0.44, 멀티모달 모델 0.84였다. 전립선암 확장 검증에서도 멀티모달 모델의 성능이 더 높았으며, 전문의 정성평가 총점은 영상 전용 모델의 최대 2배 수준이었다.

연구진은 영상과 임상정보를 함께 분석하는 방식이 표적체적 윤곽화의 정확도를 높일 수 있다고 평가했다. 다만 LLMSeg는 아직 연구 단계 모델로, 제품화와 신규 인허가, 별도의 임상 검증이 필요하다.

영상 전용 AI와 영상·임상정보를 함께 분석하는 멀티모달 LLMSeg의 구조 및 성능 비교. 외부검증에서 멀티모달 모델이 영상 전용 모델보다 높은 DSC를 보였다. 

온코플랜 탄소이온 계획 엔진, 계산 정확도 검증

치료계획시스템(TPS) 영역에서도 관련 연구가 이어지고 있다.

온코소프트가 개발 중인 입자치료 통합 치료계획시스템 ‘온코플랜(OncoPlan)’의 탄소이온 치료계획 엔진에 해당하는 자체 시스템은 2026년 국제학술지 메디컬 피직스(Medical Physics)에 정확도 검증 결과가 발표됐다.

연세암병원 중입자치료센터 연구진이 개발한 이 시스템은 탄소이온 치료계획을 자동으로 생성한다. 연구에는 온코소프트 김진성 대표가 공동저자로 참여했다.

연구진은 물팬텀과 폐암·전립선암 증례에서 자체 시스템으로 생성한 계획을 상용 치료계획시스템 레이스테이션(RayStation)과 몬테카를로 시뮬레이션 프로그램 토파스(TOPAS)로 다시 계산해 비교했다.

그 결과 2%/2㎜ 기준 감마 통과율은 대부분 98%를 넘었다. 연구진은 탄소이온 치료계획 계산 엔진이 임상 적용을 검토할 수 있는 수준의 정확도를 보였다고 평가했다.

온코소프트 김진성 대표는 "온코플랜은 현재 통합 치료계획시스템으로 기능을 고도화하고 있으며, 향후 실제 제품 적용을 위해 신규 인허가 절차와 추가적인 임상 검증을 거치게 된다"라며 "다양한 연구를 온코소프트의 기술 개발 범위가 정상장기 자동 윤곽화에서 표적체적 윤곽화와 입자치료 계획 엔진으로 확대되고 이를 검증하고 있다"고 말했다.