베이징대학교 제1병원 팀, 급성 신손상 위험 예측 및 기여에 대한 세계 최초 LLM 발표

배경

급성 신손상(AKI)은 입원 환자에서 흔한 중증 질환으로, 발생률과 사망률이 높습니다. 현재 특정 치료법이 없기 때문에, 예후 개선을 위해 고위험 환자를 조기에 확인하는 것이 중요합니다.

기존 위험 예측 모델은 임상 적용에서 두 가지 주요 과제에 직면해 있습니다: 70%에서 94%에 이르는 높은 거짓 양성률로 인해 의료진의 경보 피로를 초래할 수 있으며, 설명 가능하거나 실행 가능한 임상 요인을 출력하지 않는 블랙박스 특성입니다.

성과

베이징대학교 제1병원 신장과 팀이 리 양 교수와 정 시쯔 부교수가 이끄는 팀은 병원 뉴스에서 세계 최초의 급성 신손상 위험 예측 및 원인 분석을 위한 대형 언어 모델 프레임워크로 설명한 것을 개발했습니다. 리 양 교수는 교수, 주치의, 박사 지도교수, 병원 부원장, 베이징대학교 신장연구소 부소장, 베이징대학교 신장과 과장입니다. 정 시쯔 부교수는 부교수, 부주치의, 베이징대학교 신장과 서기입니다.

‘대규모 언어 모델 기반 다중기관 급성 신손상 예측 및 설명 가능한 위험 귀속’이라는 제목의 논문이 Nature Communications에 게재되었습니다. 이 연구는 중국 내 서로 다른 수준의 4개 지역 병원에서 발생한 140,637건의 입원 환자 기록을 이용한 다중기관 후향적 코호트 분석이었습니다.

팀은 기본 모델로 Qwen2.5-7B를 사용했습니다. 42.6억 토큰의 신장학 도메인 코퍼스에서 도메인 특화 사전 학습과 미세 조정을 거친 후, 그들은 예측을 위한 AKI-PM과 위험 기여 분석을 위한 AKI-RAM을 개발했습니다. AKI-PM은 내부 검증에서 AUC 0.95, 정확도 0.91, 양성 예측값(PPV) 0.68를 달성했으며, 소수의 샘플 적응 후 외부 검증에서도 AUC 0.92-0.96, PPV 0.69-0.74을 유지했습니다. AKI-RAM은 200건을 대상으로 6명의 신장 전문의에게 평가되었으며, 높은 점수(Likert 척도 4.18-4.88)를 받았고, 평가자 간 신뢰도는 중간에서 높음 수준이었습니다. 팀은 실제 임상 환경에서의 전향적 검증을 계획하고 있습니다.

작동 원리

대형 언어 모델은 문맥을 이해하고 정보를 처리하며 자연스러운 언어 출력을 생성하기 위해 방대한 양의 텍스트로 훈련된 인공지능의 한 형태입니다. 연구자들은 AKI에 대한 근거 중심 의학 지침, 신장 관련 PubMed 출판물, MIMIC-IV 및 eICU를 포함한 공공 데이터베이스의 임상 기록, 그리고 베이징대학교 제1병원에서의 47,750건 입원 환자의 독점 전자 건강 기록 노트에서 추출한 42억 6천만 개의 토큰으로 구성된 신장 특화 코퍼스(AKICorpus)를 구축했습니다. 이 코퍼스는 신장학 도메인 지식을 내재화하기 위해 Qwen2.5-7B 모델의 지속적 사전 학습에 사용되었으며, 이후 환자 데이터와 전문가 정렬을 통한 감독 미세 조정이 진행되었습니다.

AKI-PM은 환자의 전자의무기록에서 실시간 데이터를 분석하여 향후 24시간 내 AKI 발생 위험을 동적으로 예측하며, 빠른 추론 시간으로 잠재적인 실시간 적용을 지원합니다. 고위험으로 예측된 환자의 경우, AKI-RAM은 구조화되고 설명 가능한 출력을 생성하여 조정 가능한 임상 위험 요인(약물 조정이나 유체 관리와 같은 개입이 가능한 요인)과 조정 불가능한 요인을 구분하고, 임상 의사가 이해할 수 있는 언어로 개인화된 임상적으로 실행 가능한 개입 권고를 제공합니다.

국제 환자에게 의미하는 바

베이징대학교 제1병원의 신장과는 신장 질환 진료와 연구에서 국내 선두를 달리고 있습니다. 병원에서 신장학 치료를 받고자 하는 국제 환자들은 우선적으로 전문가 진료를 받을 수 있는 특수 진료 클리닉을 통해 서비스를 이용할 수 있습니다. 일부 의사는 영어로 소통할 수 있으며, 병원은 특정 국제 보험을 받습니다(일반적으로 선결제 후 보험 청구로 환급).

설명된 AKI 모델은 후향적 데이터를 기반으로 한 연구적 진전을 나타냅니다. 향후 전향적 실제 임상 검증이 계획되어 있지만, 현재 일상 임상에서의 사용 가능성은 보고되지 않았습니다. 국제 환자는 자격, 관련 서비스 이용 가능성, 언어 지원 및 개인 사례에 대한 이러한 예측 도구 통합 여부를 확인하기 위해 병원에 직접 연락해야 합니다.

병원 안내

베이징대학교 제1병원은 베이징에 위치한 대규모 종합 3급 갑 병원입니다. 1915년에 설립되었으며, 베이징대학교와 제휴하고 의료 서비스, 교육, 연구 및 예방의학을 통합하고 있습니다. 중앙 정부 지정 병원으로 지정되었으며 국가 보건 사업의 기지 역할을 합니다.

그 병원의 신장과는 1950년대에 중국에서 신장학을 전문 분야로 확립했으며, 신장 질환의 선도 기관으로 인정받고 있습니다. 보건부 신장 질환 주요 실험실이 위치해 있으며, 국가 임상 지침에 기여하고 있습니다. 여러 국가 주요 임상 전문 분야를 유지하며, 신장 생검을 포함한 복잡한 치료를 대량으로 수행하고, 해외 환자를 포함한 환자를 위한 특수 서비스도 운영하고 있습니다.