[뉴스비전e 신승한 기자] 4차 산업 혁명 시대를 맞아 글로벌 기업들은 시장 선점을 위한 핵심 요소인 인공지능(AI) 기술 개발에 매진하고 있다.

특히 경쟁기업보다 먼저 기술을 확보하고 시장을 선점하기 위해 스타트업 기업과의 제휴 및 M&A에 집중하는 모습이다. 

국내 인공지능 관련 스타트업 기업들 가운데 바이오 헬스 및 의료 분야에 특화한 기술력을 쌓아가고 있는 곳들이 많다. 

딥러닝, 머신러닝, 인공신경망 등 전체적인 알고리즘에서는 구글, 마이크로소프트 등 글로벌 기업에 미치지 못하겠지만, 헬스 ·바이오 등 특화된 부분에 AI를 적용해 시장을 개척하고 있는 기업들을 찾아봤다. 

▲딥너링 기술 기반 의료 영상 임상진단 솔루션 개척하는 루닛(Lunit)

루닛은 데이터를 기반으로 더 나은 의료분야의 혁신을 이뤄가고 있다. 

딥러닝 기술 기반 의료영상 임상진단솔루션인 DIB(Data-driven Imaging Biomaker) 개발 중이다.

지난 2014년 케이큐브벤처스로부터 1억 원, 정부 TIPS 프로그램에 선정된 이후, 2015년 소프트뱅크벤처스, 포메이션8, 케이큐브벤처스 등 20억 원, 2016년  인터베스트, 미래에셋벤처투자, 소프트뱅크벤처스코리아, 케이큐브벤처스 등이 30억 원 투자하기도 했다.

2014년 이미지 인식 기술 국제대회인 ILSVRC(ImageNet Large Scale Visual Recognition Challenge) 참가하여 7위, 2015년 5위 입상하기도 했다.

병리조직검사는 환자의 수술 및 후속치료 결정에 중요한 역할을 하는 것으로 평가받는다.
 

루닛의 Scope는 현미경에서 더욱 쉽게 조직 세포 이미지를 얻어 공유할 수 있고 유사분열세포(Mitosis)와 같은 단순하지만 중요하고 놓치기 쉬운 부분 검출 지원한다.

확진을 결정짓는 병리과 의사들의 의견 일치율이 높지 않고, 현재 조직 세포 이미지를 획득하기 위해서는 고가의 스캐너가 필요하다. 

Scope는 보다 쉬운 이미지 획득 하드웨어와 딥러닝 알고리즘 으로 구성됐다.

디지털 병리학(Pathology) 시장은 전세계적으로 볼때, 2조원 규모며,  대부분 스캐너, 스토리지와 같은 하드 웨어에 초점이 맞춰져 있다.

분석 소프트웨어의 경우 경쟁사들이 기존의 기계학습 알고리즘을 사용하고 있기 때문에 경쟁 우위를 확보할 수 있을 것으로 기대된다. 

루닛의 DIB(임상진단솔루션)은 주로 흉부 방사선 촬영 분야와 유방조영술 분야에 적용되고 있다. 

흉부X선 촬영용 DIB는 폐렴, 폐기종, 미만성 간질 폐 질환, 결핵, 폐암 및 폐 전이 등의 흉부 엑스선 사진에서 비정상적인 병변을 진단하고 의사의 진단을 도와주는 "두 번째 판독기" 역할 수행한다. 

유방 조영술을 위한 DIB는 유방암 검진 속도 향상을 위해 개발됐다는 설명이다. 

주로 유방암 검진에 초점을 맞추고 있고 개발 초기 단계이지만 루닛의 유방 조영술 DIB는 병변 감지 및 지역화하고,  BI-RADS 범주를 제안하고, 악성 확률을 예측하는 것을 목표로 개발 진행 중이다. 

▲AI를 이용해 신약 개발 성공확률 높이는 스탠다임 (STANDIGM)

AI로 신약개발의 효율성과 성공률을 높일수 있을까.

스탠다임은 이와 같은 인공지능 소프트웨어 ‘스탠다임(Standigm) 솔루션’을 2018년 출시를 목표로 개발 중이다.

지능형 봇(Intelligent Bot)과 기계학습(Machine Learning) 기술을 결합한 솔루션으로 신약 개발 프로세스 소요 시간과 비용 절감할 것이라는 기대다. 

이 회사는 대규모 의학/생물학 정보를 학습해 약물의 작용기전을 예측하는 컴퓨터 모델링 기술 보유하고 있는 것으로 평가받는다.

2016년 LB인베스트먼트, 케이큐브벤처스, 에이티넘인베스트먼트 등에서 약 34억 투자 유치한바 있다.

이외에도 중소기업청 민간투자주도형 기술창업프로그램(TIPS), 미래창조과학부 K-Global 시장 친화적 S/W R&D에 선정됐다. 

스탠다임솔루션은 실제 데이터에 최신 기계학습 기술을 적용해 질병 치료에 더욱 효과적인 기존 약물들의 조합과 용도 변경 탐색 문제를 해결을 추구한다.

신약 개발 과정의 약물 후보군 및 임상 환자군 선별을 최적화해 약물 개발의 효율성 향상시키고 가장 유망한 대안에 자원투입을 집중할 수 있도록 한다는 설명이다. 

이를 위해 봇 모델링 (Bot Modeling),생물학적 해석 (Biological Interpretation) 등의 단계를 거친다. 

생물학적 모델과 텍스트 등의 데이터 베이스를 구축하고, 이를 기반으로 인공지능 시스템을 개발함 스탠다임 봇 모델링을 통해 데이터 속에 숨겨진 알고리즘을 추출하고 딥러닝 모델을 위한 가중치를 자동으로 생성해 내는 절차다. 

봇 모델링으로부터 실생활에서 개발된 신약이 사람에게 어떠한 작용을 하게 될 지를 예측한 이후에는, 솔루션을 통해 통계적으로 정확한 시뮬레이션 데이터를 제공하는것까지가 회사가 개발하고 있는 범위다. 

▲디지털 홀로그램과 CT 융합한  토모큐브(tomocube) 

토모큐브는 의료 및 과학기술용 3차원 입체 현미경 개발업체 이다.

디지털 홀로그래피 기술을 기반으로 CT 촬영 원리를 현미경 수준에서 구현. 투명하고 매우 작은 생체 세포 관찰의 한계를 극복하고 세포의 물리적 현상을 손쉽게 이해할 수 있는 기술을 구현하고 있다.

실시간 세포 관찰 현미경과 기계학습(Machine Learning)을 결합해 암이나 당뇨 같은 질병의 조기 진단과 치료를 지원하고 있다.

지난해 11월 한국생산기술연구원 주관 올해의 10대 기계기술 수상하기도 했다.

토모큐브의 세계 최초 3차원 현미경 'HT-1'은 홀로그램과 컴퓨터단층촬영(CT)기술을 융합하는 방식으로 기존 방식의 한계를 극복해 살아있는 세포를 염색 과정 없이 실시간 관찰 가능하다.

예전에는 불가능했던 세포의 실시간 영상 측정 및 세포 내부 관찰이 가능하게 된 것이다.

세포의 질량, 탄성도 같은 수치까지 정량화할 수 있게 되었고 딥러닝 기반의 이미지 인식 기술을 현미경에 적용해 인공지능이 생체 세포를 실시간으로 관찰하고 질병 감염 여부를 판단 할 수 있는 기반 기술 제공하고 있다.

토모스튜디오는 HT-1 입체 현미경과 연결해 사용하는 단층사진 시각화 및 분석 소프트웨어다.

워크플로우 인터페이스, 데이터 백업, 빠른 이미지 작성, 데이터 분석, 입체 염색(디지털 색상 추가), 동적 이미지 프로세싱 등의 기능 수행한다.

토모큐브는 KAIST 물리학과 박용근 교수와 바이오및뇌공학과 정용 교수 공동연구팀 홀로그래픽 영상기술(토모큐브의 HT-1)을 이용해 알츠하이머 질환을 정량적으로 연구할 수 있는 광학기술 개발했다.

홀로그래피 현미경은 빛의 간섭을 이용해 별도의 염색 과정 없이 조직의 굴절률 분포 수치를
계산할 수 있으므로 기존 조직 병리학 기법에서 뇌 조직 염색 시 발생하는 왜곡을 제거하여 질병 진단에 필수적인 정량적, 객관적 데이터 제공해 준다.

또한 세포 생물학(Cell Biology), 연구실 실험, 재생의학(Regenerative Medicine),
미생물학(Microorganism) 등 다양한 의료학술 분야에서 사용될 수 있다.

▲재활프로그램에 AI 알고리즘 적용한 네오펙트(Neofect)

국내 헬스케어 스타트업 기업인 네오펙트는 지난 2010년 설립된 중추신경계 질환 환자 재활 치료용 스마트 재활 솔루션 회사다.

재활 하드웨어 제조와 기능성 게임을 제작하는 소프트웨어 제작과 서비스를 펼치고 있다.

2012년부터 2016년까지 다수의 벤처캐피털로부터 약 118억 원의 투자를 유치했으며, 2014년 제9회 디지털 이노베이션 대상과 2017년 CES 혁신상(Innovation Awards) 수상했다.

지난 2015년엔 샌프란시스코 법인을 설립하였고 지난해엔 독일 뮌헨 법인 설립했다.

네오펙트는 삼성서울병원, 세브란스병원, 서울대학병원, 위스콘신 메디슨 대학교(University of Wisconsin-Madison) 등과 임상시험 파트너이며 제품개발을 위해 단국대학교, 국립재활원, 서울대학교와 KAIST와 협력 중 이다.

네오펙트의 라파엘 스마트 재활 솔루션은 중추신경계질환 환자의 재활을 돕는 프로그램이다.

실시간 바이오 피드백 장치인 라파엘 스마트 글러브와 함께 재활 학습 알고리즘이 내장된 재활훈련 게임으로 체계적인 데이터 분석으로 구성된 종합 재활 프로그램이다.

치료사가 옆에 없는 상황에서도 환자 맞춤형으로 게임 강도를 조정해 재활 훈련을 시키는 인공지능 알고리즘을 적용했다.

클라우드를 통해 의사와 연결되고 재활훈련 데이터가 의료진에게 공유되며 다른 환자와의 비교와 경쟁을 통해 자신의 상태를 객관적으로 파악할 수 있다.

네오펙트 어깨 건강 운동 앱은 어깨 질환(오십견)으로 인한 통증을 완화할 수 있는 바른 운동법 제공한다.

운동 진행을 자동으로 기록해 주어 꾸준히 어깨 운동을 할 수 있도록 동기를 부여해 준다.

네오팩트의 라파엘 스마트 재활 솔루션은 현재 국립재활원, 서울대학교병원, 단국대학교 병원 등 국내 10개 이상의 병원에서 사용되고 있다.

지난 2014년 FDA 승인 후 2016년 미국 시카고의 세계적 재활 병원인 RIC에 4대 판매됐으며, 미국 재향군인회 심사를 통과하여 “보장품목”에 포함됐다.

네오팩트는 '4-13세 환자를 위한 스마트 키즈'를 개발 중이다.

환자가 가정에서 직접 재활훈련을 할 수 있는 라파엘 스마트 글러브 홈을 대여 서비스로 출시할 예정이다.