한의학에 딥러닝 적용 가능성 확인…약재 감별의 안전성과 효율성 검증

동신대학교 한의학과 조재성(왼쪽)과 김석영 학생(오른쪽).



[편집자 주] 본란에서는 2018 대한한의학회 미래인재육성프로젝트에서 ‘딥러닝을 이용한 독성 한약재 감별 성능 평가 연구’에서 최우수상을 받은 동신대 한의대의 조재성 학생이 프로젝트 수행 계기와 프로젝트의 구체적인 내용을 소개한다.

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전문가 수준의 감별 가능한 딥러닝 프로젝트 수행

2016년 한 한의원에서 관목통이 목통으로 잘못 유통돼 약화 사고가 일어났다. 한의사는 약재 유통과 직접적인 관련이 없음에도 불구하고, 당시 법원은 한의사의 약재 관리 잘못으로 판단하여 한의사가 배상하도록 판결했다. 이러한 문제의식에 따라 인공지능이라 불리는 Deep Learning분야 중 Image classification을 한약재 감별에 적용하는 프로젝트를 수행했고, 그 결과를 포스터로 제작했다. 지도교수님의 지도에 의해 관목통과 목통뿐만 아니라 절단약재의 외형이 유사하여 전문가가 아니면 감별이 쉽지가 않은 방기(청풍등)까지 추가해 약재 감별 실험을 실시했다. 또 애플리케이션으로 개발될 가능성을 고려해 가볍지만 효율성이 좋은 딥러닝 모델 3가지를 선택했다. Black box라 불리는 딥러닝 내부에서 연산 과정이 약재 이미지의 어느 부분에 가중치를 두는지에 대한 시각화 자료 또한 Figure로서 나타냈다.



논문으로 발표된 3가지 모델에 약재 사진을 입력하여 학습한 결과, 이들 모델이 90% 초~중반대의 정확도를 가지고 있는 것으로 나타났다. 또 이미지 정보를 최소화시켜 감별 성능을 높이기 위해 약재의 윤곽만 추출하는 ‘컴퓨터 비전 기술(Edge detection)’도 사용하여 실험해봤는데, 특정 모델에서는 정확도가 일부 상승했지만 대적으로 최신 모델 2개에 있어서는 정확도가 크게 하강했다.



마지막으로 딥러닝 알고리즘 경진대회에서 사용했던 가중치들을 가져와서 실험 모델들을 재학습시킨 결과 이들 모델이 ‘인간의 수준(error rate 5% 이내)’을 능가하는 정확도를 보이고 있음을 확인했다. 또 구글 설문지를 활용, 전문가 집단(학부생, 한의사, 본초학 박사)들과의 감별 능력 비교를 통해 딥러닝 모델이 더 우수하다는 사실 또한 밝혀냈다. 이 사실은 딥러닝 모델이 한의학에 적용될 수 있음을 보여주는 사례이며, 이를 애플리케이션으로 개발한다면 한약재 유통과정에서 비용을 크게 절감시키고 약재 감별에서의 안전성은 물론 접근성과 효율성을 극대화하는 기술이 될 것이다.



포스터 발표서 젊은 한의학도의 열정 느껴 뿌듯

본과 3학년 때이던 지난해 여름방학 때 선배를 통해 미래인재육성 프로젝트에 대해 알게 됐다. 마침 제가 관심 있었던 딥러닝에 대해 공부를 하고 있던 때여서 연구주제도 자연스레 그 분야로 설정됐다. 처음 시작할 때 조금 막막했지만 목표를 세워서 차근차근 해나갔다.



먼저 한글 논문 작성을 우선순위로 하고 논문의 윤곽이 잡히면 포스터를 제작하기로 했다. 방학 기간을 활용해 딥러닝의 기초를 공부하고, 개강 이후에 모교의 본초?방제학교실 교수들님께 연구를 제안하여 교수님(동신대 정종길, 이숭인)들과 후배들(동신대 전수연, 송시영)들의 적극적인 협조로 4개월간의 스터디 및 실험연구 끝에 미래인재육성 프로젝트 발표회 이전까지 계획했던 목표를 달성할 수 있었다. 특히 이번 논문이 완성되는데 약재 감별 능력 비교에 관한 설문지가 중요했는데, 인공지능의 약재 감별성능과 전문가 집단의 감별능력을 비교할 수 있도록 이 내용을 기획하고 본교 선후배, 본초학 교수님들, 본초학 박사님들에게 배포해준 연구 동료자 김석영양(본과 4)이 많은 역할을 해 줬다. 모두가 합심해서 노력한 결과로 최우수상을 수상한 것도 기뻤지만, 프로젝트를 진행하는 과정에서 배우게 된 많은 것들이 이 모든 과정을 더 보람찬 시간이 되게 했던 것 같다. 특히 포스터를 만드는 과정에서 다양한 소프트웨어들을 사용해보고 3개월간의 시행착오 끝에 멋진 포스터를 탄생 시켰던 경험은 저에게 아주 큰 성취감을 느끼게 해 줬다.



이렇게 제작된 결과물을 가지고 전국한의학학술대회에 참가하여 포스터를 발표했던 것은 저에게 아주 특별한 경험이었다. 저처럼 연구에 관심 있는 타학교 학우들이 이렇게 많이 있다는 사실을 확인할 수 있었는데, 그 친구들이 비록 선의의 경쟁자이긴 하였지만 한편으로는 이런 젊은 한의학도들의 열정이 한의계의 미래에 좋은 영향들을 줄 수 있을 것 같아 마음이 뿌듯하기도 하였습니다. 발표과정에서 저는 실제 연구내용을 보여주기 위해 데모 웹 애플리케이션을 개발해 아이패드를 통해 시연하였는데, 조금 생소할 수 있는 분야임에도 불구하고 심사위원분들께서 제 발표에 귀 기울여 들어주시는 모습이 아주 인상 깊었고 감사했다.



대한한의학회가 기획해주신 학부생들을 위한 이러한 프로젝트는 제가 경험했던 일련의 과정처럼 앞으로도 많은 학생들에게 있어서 도전 의식을 불러일으킬 것이라고 생각한다. 이 같은 프로그램이 더 많이 개발돼 학생들에게 다양한 기회를 제공해주셨으면 좋겠습니다. 저에게 소중한 자산이 될 이런 좋은 경험을 하게 해준 기획자분들께 감사의 말씀 전하고 싶다.