[고객 사례] 스마트폰을 활용한 충치 진단 AI 모델 3주만에 개발

Overview

인공지능 기반의 의료 혁신이 가속화되고 있습니다. 진단 정확도 향상, 치료 효율성 증대, 환자 관리 개선 등 다양한 측면에서 도입되고 있는데요. 치과 분야도 치과 질환 진단부터 치료 계획 수립까지 전 과정에서 AI를 적극적으로 활용하고 있습니다.

Knowledge Sourcing Intelligence(KSI)의 세계 치과 영상 진단용 AI 시장 예측 보고서에 따르면 2021년 약 2억 7천만달러에서 2028년 약 21억 달러로 성장할 것으로 예상되며, 연평균 성장률(CAGR)은 34.07%에 달할 것으로 예측됩니다. 이러한 성장세는 치과 진료의 정확도와 효율성을 높이는 AI 솔루션에 대한 수요 증가에 기인합니다. 

아주대학교 치과병원 김희경 교수는 치과 분야의 원격의료와 AI의 결합을 모색하며 슈퍼브에이아이에 문의를 했습니다. 스마트폰을 활용한 충치 진단 AI 모델을 개발하기까지 김희경 교수와 슈퍼브에이아이의 협업 과정 및 문제 해결 과정을 살펴봅니다.

Challenge: 민감하면서도 부족한 데이터로 어떻게 AI 모델을 만들 것인가?

"충치는 가장 대표적인 3대 질환 중 하나입니다. 충치가 있는지 없는지, 환자는 늘 궁금하잖아요? 그런데 치과를 무서워하는 사람도 많고, 도서산간 지역에 계신 분들이나 장애인들은 치과 접근성이 많이 떨어지죠.

그럴 때 누구나 가지고 있는 스마트폰으로 충치를 진단할 수 있다면 전 국민의 구강 건강이 향상될 거라 생각했어요. 다만 의료 진단은 객관적+주관적 진단이 같이 들어가기 때문에 이걸 정답으로 만들기가 정말 어려웠습니다.”
- 아주대 김희경 교수

충치 진단 AI 모델 개발의 첫 번째 과제는 의료 데이터 특유의 민감성과 관련이 있습니다. 개인의 구강 내부 이미지를 다룬다는 점에서 철저한 데이터 보안과 익명성 보장이 필수적이었습니다. 

또한 충치 상태를 단계별로 세분화한 다중 클래스 모델을 개발하려면 각 단계별로 충분한 데이터가 확보되어야 했습니다. 그러나 최근 구강 위생에 대해 신경쓰는 분들이 늘어나면서 충치가 심각한 상태까지 진행된 데이터를 확보하기가 쉽지 않았습니다. 이렇게 소량의 데이터만 있고, 클래스 간 데이터 불균형이 심한 상태는 AI 모델의 성능이 낮아질 가능성이 높습니다.

그리고 스마트폰으로 환자 본인의 입안을 촬영하는 방식으로 데이터를 수집했기 때문에, 이미지 데이터의 품질이 제각각이었습니다. 기종, 촬영 거리, 조명, 그림자 등의 차이로 인해 표준화 되어있지 않은 데이터만 얻을 수 있었습니다. 또한 AI를 학습시킬 정답, 즉 전문가들의 일관된 진단 결과 데이터를 만드는 것 또한 쉽지 않은 여정이었습니다.

Solution: 철저한 보안과 라벨링 자동화로 3주 만에 빠르게 첫 모델 완성

"슈퍼브에이아이는 이미 다른 의료 AI 모델 개발 경험이 있어 선택하게 되었어요. 담당 프로젝트 매니저가 보철물, 자연치아, 하악, 상악 등 치과 전문 용어 등을 배워가면서 제 피드백을 적극적으로 반영해 AI 모델 고도화를 해주셨습니다.
저 또한 AI는 처음이라 정밀도, 재현율 등을 AI 모델 진단 지표에 대해 계속 여쭤봤는데 서로의 전문성이 충돌하지 않는 협업 과정이 좋았습니다.”
- 아주대 김희경 교수

 슈퍼브에이아이는 의료 데이터를 다루는 데 있어 데이터 보안을 최우선으로 고려하며, 프로젝트의 출발점부터 연구자와 밀접하게 협력했습니다. 다음은 이번 프로젝트의 주요 솔루션입니다.

1. 데이터 보안 및 철저한 라벨링 검수

슈퍼브에이아이의 백은서 PM은 슈퍼브 플랫폼을 통해 데이터 라벨링 및 AI 모델 개발, 고도화까지 한곳에서 진행했습니다. 플랫폼 내부의 고도화된 보안 체계로 의료 데이터를 안전하게 처리했으며, 데이터 수집 가이드라인을 수립하고 부족한 데이터를 지속적으로 수집했습니다. 김희경 교수는 충치의 정도에 따라 클래스를 경증, 중등도, 중증 등으로 나눠서 비교하는 것을 제안했습니다. 백은서 PM은 제안에 따라 빠르게 모델을 제작했고, 연구에 사용하실 수 있도록 도왔습니다.

2. 빠른 초기 모델 개발 및 지속적인 고도화

슈퍼브에이아이의 강점 중 하나는 데이터 증강과 표준화 작업을 포함한 효율적인 AI 모델 개발 프로세스입니다. 이를 통해 스마트폰 촬영 조건의 변동성을 최소화하고, 프로젝트 착수 후 3주 만에 충치 상태를 다중 클래스로 분류할 수 있는 초기 모델을 완성했습니다. 데이터 수량이 부족해 모델 학습에 불리했던 상황은 초기 모델 제작 후 성능을 고도화하는 작업을 진행했습니다.

3. 유연한 소통과 피드백 반영

김희경 교수는 슈퍼브에이아이와의 지속적인 피드백 과정을 통해 모델 개선점을 제안했으며, 이를 기반으로 모델 성능이 고도화되었습니다. 성별과 경험 편향을 피하면서 선정한 치과 전문의 4인의 진단을 정답으로 반영하며 모델을 학습해야 하는데, 여러 번 피드백이 오갔음에도 불구하고 고객의 요구사항을 신속히 반영해 만족스러웠다고 합니다.  

Benefit: 의료 논문 작성 가능한 수준의 AI 모델 성능 지표 제공, 실시간 확인 가능 

"실시간으로 데이터를 올려 확인할 수 있는 플랫폼을 받아보고 기뻤고, 감탄했습니다. AI 모델 개발에서 끝나는 게 아니라 수업이나 강의에서 바로 활용할 수 있었고, 어느 정도의 진단 능력이 있는지 모델 진단이 바로 되기 때문에 매우 유익했습니다.
치의학 전문가와 AI 전문가의 원활한 협업이 AI 고도화의 핵심인데, 이 부분에서 슈퍼브에이아이가 잘 협조해 주셨습니다.”
- 아주대 김희경 교수

슈퍼브에이아이와의 협업으로 김희경 교수는 이전의 실험 기반 연구와는 비교할 수 없을 정도로 단기간에 연구 성과를 낼 수 있었다고 합니다. 데이터의 표준화가 확실하고, 데이터 양만 확보된다면 슈퍼브 플랫폼에서 AI 모델을 빠르게 만들 수 있는 게 인상적이라고 하는데요. 이번 프로젝트 결과는 다음과 같습니다. 

1. 신속한 모델 개발 및 성능 검증

기존의 치과 소재나 바이올로지 연구에서는 1년 내내 실험을 하고, 데이터를 얻어도 통계적이 문제가 생기면 처음부터 다시 실험 데이터를 얻어야 하는 경우가 발생합니다. 이번에는 슈퍼브에이아이와 함께 AI 모델의 첫 프로토콜을 3주 만에 만들고, 계속 고도화할 수 있어 연구에 속도를 낼 수 있었습니다. 기업에서도 대규모의 비전AI 프로젝트를 진행하기 전 개념 검증(PoC) 단계에서 빠르게 시도해볼 수 있을 것입니다.

2. 의료 연구에 활용 가능한 AI 모델 및 성능 지표

연구 논문에 활용할만한 AI 성능의 지표를 플랫폼에서 바로 확인할 수 있고, 대시보드를 통해 한눈에 비교해볼 수 있습니다. 김희경 교수는 F-1 점수, mAP, 정밀도, 재현율 등 슈퍼브에이아이에서 제공하는 주요 지표를 기반으로 스마트폰 촬영을 통한 충치 진단의 정확도를 평가하고 검증했습니다.

F1 점수, PR 커브, IoU, AP란? - 모델 진단에 사용되는 지표와 활용 방안 알아보기 Part 2

모델 진단에 사용되는 지표와 활용 방안에 대해 궁금하신가요? 모델 평가 지표는 모델 개발자 및 사용자가 모델의 성능을 이해하고 비교할 수 있게 해주어, 모델 개선을 위한 방향을 제시해 줍니다. 선택한 평가 지표는 모델의 특성과 목표에 따라 달라질 수 있으므로, 문제의 본질과 목표를 고려하여 적절한 평가 지표를 선택해야 합니다. 관련 블로그글 확인하기

슈퍼브 블로그 : AI 및 MLOps, DataOps 에 대한 인사이트를 전합니다SUPERB AI

슈퍼브 플랫폼은 의료 논문을 작성할 수 있을 정도의 객관적이고 정확한 성능 지표를 제공하고 있습니다.

3. 실시간 데이터 활용 환경 구축

슈퍼브에이아이가 제공한 엔드포인트 플랫폼을 통해 연구 데이터를 실시간으로 입력하고 즉각적인 결과를 확인할 수 있었습니다. 슈퍼브에이아이의 직관적이고 사용자 친화적인 플랫폼을 통해 실시간으로 충치를 진단할 수도 있고, 환자에게 건강 강의를 하거나 치과의사들에게 강의를 할 때도 활용할 수 있습니다.

맺음말: 전문가간의 협업을 통한 의료 AI의 새로운 가능성

이번 프로젝트는 스마트폰을 활용한 충치 진단 AI 모델 개발의 초석을 다지며 의료 AI 기술의 가능성을 한 단계 끌어올렸습니다. 슈퍼브에이아이와 김희경 교수의 협업은 단순히 기술 개발에 머물지 않고 연구자와 기업 간의 상호 학습과 협업의 중요성을 보여주는 사례입니다.

슈퍼브에이아이는 혁신적인 기술력과 플랫폼으로 디지털 헬스케어 기술의 진보에 기여할 수 있기를 기대합니다.
전문가와의 빠른 AI 모델 개발 서비스가 궁금하다면, 아래에 바로 입력해주시면 연락드리겠습니다.