의료 AI 유니콘을 꿈꾼다면 하트플로우 하나만 기억하세요

인공지능 시대가 도래한 지금, 의료 업계 역시 이 트렌드에서 예외는 아닙니다. 최근 의료 AI는 수많은 기업이 뛰어드는 유망한 시장으로 급부상했는데요.

이러한 흐름은 AI 의료기기의 FDA(미국 식품의약국) 인허가 사례가 가파르게 증가한 것만 봐도 알 수 있습니다. 8년 전인 2015년에는 승인 건이 10건 남짓이었지만, 2023년에는 220건에 달합니다.

그렇다면 성공한 의료 AI란 무엇일까요?

그 기준은 여러 가지가 있겠지만, 가장 직관적인 지표는 ‘임상 현장에서 얼마나 널리 사용되고 있는가’일 것입니다. 최근 NEJM AI 저널의 보험 청구 데이터 분석에 따르면, 현재 의료 AI는 관상동맥질환과 관련된 FFRct 관련 분야에서 가장 활발하게 사용되고 있습니다.

이 관상동맥 영상 분석 분야에서 독보적인 위치를 차지한 기업이 바로 하트플로우(HeartFlow)입니다. 오늘은 성공적인 의료 AI의 대표 주자인 하트플로우가 어떤 임상적 근거를 바탕으로 FDA 인허가와 보험 수가 적용에 성공했는지, 그 과정을 심도 있게 살펴보고자 합니다.

관상동맥질환 진단,
새로운 패러다임이 필요하다

본론에 들어가기에 앞서, 하트플로우가 도전한 관상동맥질환이란 무엇인지 먼저 알아보겠습니다. 관상동맥질환을 진단하고 치료하기 위해 기존에는 어떤 방법을 활용했을까요? 그리고 어째서 AI의 진출이 필요했던 걸까요?

관상동맥질환은 심장에 혈액을 공급하는 관상동맥이 좁아지거나 막히는 질병으로, 협심증(흉부 통증)부터 심근경색(심장마비)까지 이르는 심각한 문제를 일으킬 수 있습니다.

과거에는 이 질환의 표준적인 진단 방식으로 컴퓨터 단층촬영(CT)을 이용해 혈관의 막힘 정도를 눈으로 확인하는 CCTA(관상동맥 CT 조영술)을 주로 활용했는데요. 이는 혈관의 상태를 보는 해부학적 검사로, 혈관이 50~70% 정도 막힌 ‘중간 협착’ 상태의 환자에게 스텐트 시술(PCI)이 필요 여부를 정확하게 판단하기 어렵다는 명확한 한계가 있었습니다.

스텐트 시술은 좁아지거나 막힌 혈관을 넓혀 혈액이 원활하게 흐르도록 만드는 시술입니다. 혈관이 크게 막힌 환자에게는 생존율과 삶의 질 개선에 큰 효과를 보이지만, 혈류 제한이 심각하지 않은 환자에게는 오히려 위험과 비용이 더 큰 치료 방법이죠.

따라서 이 시술을 진행하기 위해서는 꼭 필요한 환자를 가려내야 하는데, 해부학적 정보만으로는 최적의 치료를 결정하기 어려웠던 것입니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 등장한 것이 바로 FFR(분획혈류예비력, Fractional Flow Reserve)입니다. FFR은 침습적 관상동맥 시술 중 하나로, 침습적 관상동맥 조영술(관상동맥 혈관조영술, Coronary Angiography)과 연계되어 시행됩니다.

이는 압력 와이어를 혈관에 직접 삽입해서 협착 부위 전후의 혈압을 실제로 측정하고, 혈류 장애 정도를 기능적으로 정밀하게 평가하는 방식인데요. 2010년대 초 FAME, FAME 2와 같은 대규모 임상시험을 통해 임상적 가치가 명확하게 입증되면서, 주요 심장학회 가이드라인에서도 강력히 권고하기 시작했습니다.

하지만 FFR은 카테터를 혈관에 직접 삽입해야 하는 침습적 방식이기 때문에 환자에게 고통을 줄 수 있습니다. 게다가 시술 시간이 길어지면 합병증의 위험도 있어 의료진에게도 부담스러운 방식이었죠. FFR은 ‘임상적 가치는 확실하지만, 그 수행 방법이 매우 부담스럽다’는 명확한 Pain Point가 시장에 존재하게 된 것입니다.

이 지점에서 환자의 부담을 줄이면서도 더 안전하게 진단할 수 있는 기술에 대한 요구가 커졌습니다. 이러한 요구가 바로, 기존의 비침습적인 CCTA가 가진 안전성은 유지하면서 FFR의 기능적 진단까지 가능하게 하는 하트플로우의 FFRct와 같은 혁신 기술의 출발점이었습니다.

하트플로우의 솔루션:
비침습적 혈류분석 FFRct

그렇다면 하트플로우가 제시한 새로운 솔루션은 어떤 기술을 담고 있을까요?

FFRct는 CCTA 촬영으로 얻은 관상동맥 3D 모델을 인공지능으로 분석해, 혈관 각 지점의 분획혈류예비력(FFR) 값을 비침습적으로 계산해 주는 소프트웨어입니다.

침습적 FFR 검사를 대체하는 것이 이 기술의 핵심 가치입니다. 앞서 살펴본 것처럼, CCTA만으로는 혈관이 막힌 정도(해부학적 정보)만 알 수 있어 치료 결정이 애매한 경우가 많았습니다. 그렇다고 모든 환자에게 시간이 오래 걸리고 위험 요소가 따르는 침습적 FFR 검사를 적용할 수는 없었는데요.

FFRct는 CCTA 데이터만으로도 침습적 FFR 검사와 거의 동일한 수준의 기능적 정보, 즉 혈류 장애 정도를 제공하여 불필요한 침습 검사를 최대 83%까지 줄여줍니다. 이 제품이 하트플로우 매출의 99% 이상을 차지하는 이유도 여기에 있습니다.

무엇보다, 이 기술은 의사의 치료 결정에 직접적인 영향을 미칩니다. 환자에게 스텐트 시술(PCI)이 필요한지, 약물치료로도 충분한지를 판단하는 데 도움을 주기 때문에 병원과 보험사 입장에서 임상적, 비용적 가치가 명확하죠. 실제로 이미 다양한 국가에서 보험 수가가 적용되며 널리 사용되고 있습니다.

기술에서 시장까지, FFRct의 성장 로드맵

하트플로우가 어떤 과정을 거쳐 지금의 성과를 낼 수 있었는지, FFRct의 연혁을 따라가며 간단하게 알아보려고 합니다. 주요 연혁은 다음 표 중 진한 파란색으로 표시한 칸을 기준으로 크게 네 단계로 구분할 수 있습니다.

초기에는 FFRct 기술 개발과 임상 연구에 집중했고, 마침내 2014년 12월 *FDA de novo 승인을 통해 미국 최초의 비침습 관상 동맥 혈류 평가 의료기기 허가를 획득했습니다.

*FDA de novo 승인:'새로운' 기술의 안전성/유효성 입증 (비교 대상 없음)

다음 단계에서는 시장에 제품을 도입하고 실제 임상 데이터를 축적하는 데 주력했는데요. 그 결과 2017년 7월 Category III CPT Code를 공식 획득하며 새로운 기술에 대한 보험 수가 청구의 첫 발판을 마련했고, Code 부여 4개월 만에 수가 적용이 시작되었습니다.

Category III CPT Code 획득 이후부터는 이를 통해 얻은 데이터를 토대로 기술의 임상적 가치와 광범위한 사용을 입증하는 데 집중했습니다. 그리고 2022년 9월, FFRct는 Category I CPT Code로 승격하며 핵심 목표를 달성했죠. 이 계기로 본격적인 상용화 단계로 진입해 시장에서의 폭넓은 활용과 성장을 가속화할 수 있는 토대를 마련했습니다.

임상으로 쌓아올린 신뢰:
Key Research 모아보기

하트플로우는 각 사용화 단계의 목표에 맞춰 임상시험을 전략적으로 진행했습니다. 초기에는 Gold Standard와 비교해 손색없는 기술적 정확성을 입증했고, 이후에는 임상 현장에서의 유용성과 비용 효과성을 증명했습니다. 최종적으로는 실제 대규모 환자 데이터(Real-World Evidence)를 통해 예후 개선 효과와 의료 시스템 효율성까지 입증하는 과정을 거쳤습니다.

이제부터는 앞서 살펴본 단계별 흐름에 따라, 특히 중요했던 주요 임상 시험들을 정리해 보겠습니다. 아래에서 다루는 임상시험은 모두 ‘결과 논문의 발표 시점’을 기준으로 분류했습니다.

(1) FDA 허가 이전(~2014): 기술의 ‘정확성’ 입증 단계

◇ DISCOVER-FLOW Study — 연구 논문
103명 참여 / 1년간 진행 / 대한민국 서울대병원에서 진행

FFRct 프로토타입이 침습적 FFR 값과 얼마나 일치하는지를 검증한 임상으로, 최초로 기술적 가능성을 확인하기 위해 진행되었습니다. 두 측정값 간의 높은 상관관계를 입증하며 비침습적 계산 방식에 대한 잠재력을 보여주었죠.

◇ DeFACTO Study — 연구 논문
252명 참여 / 1년간 진행 / 미국 Spring Hill Hospital에서 진행

FFRct가 기존 CCTA 단독 진단법보다 진단 정확도를 얼마나 개선할 수 있는지를 확인했습니다. 그 결과 CCTA 단독으로는 0.68에 그쳤던 진단 정확도(AUC)가 FFRct 추가 시 0.81로 유의미하게 향상되는 것이 확인되었습니다.

◇ NXT Trial — 연구 논문
254명 참여 / 1년간 진행 / 덴마크 Aahrus University Hospital에서 진행

FDA de novo 승인을 위한 결정적 근거 확보를 목표로 진행된 임상이었으며, 실제로도 가장 핵심적인 임상으로 평가받습니다. 특히 불필요한 침습 검사를 줄이는 ‘특이도’ 개선을 입증하는 것이 핵심이었습니다.

0.90이라는 높은 진단 정확도(AUC)를 달성했으며, CCTA 대비 특이도를 34%에서 79%로 크게 개선하였습니다. 이를 통해 FFRct로 불필요한 침습 조영술을 줄일 수 있음을 증명하는 강력한 근거를 마련할 수 있었습니다.

(2) CPT Catagory III Code 획득 및 Medicare 수가 적용까지 (2014~2017.7): 임상적 ‘유용성’ 및 ‘비용 효과성’ 증명 단계

◇ PLATFORM Study — 연구 논문
584명 참여 / 3년간 진행 / 미국·유럽 내 15개 센터에서 진행

FFRct를 실제 진료 과정에 도입했을 때, 기존 방식과 비교해 불필요한 침습 검사 감소와 의료비 절감 효과를 직접적으로 보여주기 위해 설계되었습니다. FFRct를 활용하면 불필요한 침습 조영술 비율이 73%에서 12%로 급감하는 결과가 확인되었으며, 1년간 의료비용이 33% 절감되는 효과를 입증했습니다.

또한 2017년 2월, 영국 국립보건임상연구원(NICE)는 가이드라인(MTG32)을 통해 하트플로우 FFRct의 사용을 권고하였습니다.

(3) CPT Cateogry I Code 획득까지 (2017.7~2022): 실제 임상 환경에서의 ‘가치’ 입증

◇ ADVANCE Registry — 연구 논문: ’18년, ‘20년, ‘23년
5,000명 이상 참여 / 3년간 진행 / 전 세계 38개 센터에서 진행

대규모 실제 환자 데이터를 통해, FFRct가 의사의 치료 계획과 환자의 장기적인 예후에 어떤 영향을 미치는지 확인하기 위해 설계되었습니다.

그 결과, FFRct 결과에 따라 환자의 치료 계획이 67%에서 변경되는 것으로 나타났습니다. 또한 FFRct 값이 낮은 환자군은 주요 심혈관 사건 발생 위험이 유의미하게 높아, 환자 위험도를 예측할 수 있는 도구로서의 가치도 입증되었습니다.

◇ PROMISE 연구 데이터 기반 시뮬레이션 — 연구 논문

약 10,000명 원본 연구 참여 / 42개월간 진행 / 미국 Duke University Medical Center에서 진행

대규모 임상 데이터(PROMISE)를 활용한 시뮬레이션을 통해, FFRct 사용 전략이 장기적으로 환자의 건강 수명(QALYs)을 늘리고 비용-효과적이라는 경제적 근거가 처음 제시되었습니다.

CCTA와 FFRct를 함께 활용하는 전략이 기존 검사(CCTA 단독, FFR 기능 검사 등)보다 비용은 절감하면서 효과(건강 수명 연장)는 더 뛰어난 방식임을 입증했습니다.

또한 이 기간 중이었던 2021년, 미국심장학회(ACC)와 미국심장협회(AHA) 가이드라인에 FFRct가 Class 2a 권고로 공식 명시되었습니다.

(4) CPT Category I Code 획득 이후(2022~): 대규모 시스템 적용 시 ‘효율성’ 입증

본격 상용화 단계에서는, FFRct를 각 국가 단위의 대규모 의료 시스템에 도입했을 때 나타나는 시스템 효율성과 임상적 효과를 입증하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 따라서 이전까지 해왔던 임상 시험에 비해 참여자 수가 매우 많다는 특징을 보입니다.

◇ FISH and CHIPS Study — 연구 논문
약 90,000명 참여 / 42개월간 진행 / 영국 내 25개 NHS 센터에서 진행

영국 국민보건서비스(NHS)에 FFRct를 도입하기 전과 후를 비교해, 기술 도입이 국가 의료 시스템의 자원 사용과 환자 예후를 어떻게 개선하는지 평가하기 위해 진행되었습니다.

그 결과, FFRct 도입 후 심혈관 관련 사망률의 감소가 확인되었습니다. 또한 불필요한 추가 검사 및 침습 조영술 시행이 뚜렷하게 감소하여, 시스템 전체의 효율성을 높였다는 것 역시 입증되었습니다.

나아가 2024년 말, 유럽심장학회(ESC)의 만성관상동맥 증후군(CCS) 가이드 라인에서는 FFRct의 임상적 근거가 확장됨에 따라 권고 수준이 상향되었는데요. 저위험 환자군에서는 기존과 동일하게 Class 2a 권고가, 고위험 환자군에 있어서는 Class 1 권고가 명시되었습니다.

하트플로우가 전하는 3가지 교훈

이처럼 다양한 임상 연구와 가이드라인 채택 과정을 거쳐, 하트플로우는 기술의 임상적·경제적 가치를 단계적으로 입증해 왔습니다. 그렇다면 이들의 기나긴 여정이 미래의 의료 AI 스타트업에게 던지는 메시지는 무엇일까요?

하트플로우의 성공 사례는 후발 의료 AI 기업들이 나아가야 할 방향성을 명확하게 제시합니다. 그들은 단순히 혁신적 기술을 개발하는 데 그치지 않고, 실제 의료 현장에서의 안전성과 효과를 증명하는 가장 정석적이면서도 확실한 길을 걸었죠.

첫째, '기술 개발 → 임상적 입증 → 규제 승인 → 보험 등재'라는 4단계의 교과서적인 전략을 따랐습니다. 이는 당연해 보이지만, 기술 신뢰성, 규제 장벽, 시장 수용성을 단계적으로 확보하는 가장 확실한 방법입니다. 최첨단 AI 기술이라 할지라도 환자에게 적용되기까지는 엄격한 임상적 검증과 규제 기관의 승인이라는 긴 여정이 필요함을 명확히 보여줍니다. 이는 기술의 혁신성만큼이나 안전성과 유효성을 입증하는 것이 성공의 핵심임을 시사합니다.

둘째, 단계마다 명확한 '목적'이 있었습니다. 하트플로우는 시간을 그저 흘려보내지 않았습니다. 단계별 목표를 뚜렷하게 세우고, 이를 달성하기 위한 핵심 연구(Key Research)에 집중했기에 길고 험난한 과정을 성공적으로 통과할 수 있었습니다.

마지막으로, 이렇게 확보한 시간과 데이터를 활용해 '보험 수가 해자'를 성공적으로 구축했습니다. 보험 수가는 의료 비즈니스의 가장 강력한 방어벽입니다. 하트플로우는 임시 코드(CPT Category III Code)를 통해 실제 임상 데이터를 차곡차곡 쌓았고, 이를 근거로 영구 코드이자 공식적인 보험 적용을 의미하는 CPT Category I Code을 획득했습니다. 마침내 시장에 깊숙이 뿌리내리는 경제적 해자를 완성한 것입니다.

의료 AI 스타트업의 미래 과제

그런데 의료 AI의 선구자 하트플로우가 개척한 길에는 역설적인 측면이 존재합니다.

그들이 엄청난 돈과 시간을 들여 길을 닦아놓은 덕분에, 이제 후발 주자들은 그 길을 비교적 수월하게 따라갈 수 있게 되었습니다. 임상 검증, 규제 승인, 보험 등재 과정의 선례가 생기며 의료 AI 산업 전반의 진입 장벽이 낮아졌기 때문입니다.

이는 곧 의료 AI 업계의 새로운 경쟁 구도를 예고합니다. 과거에는 기술의 혁신성 자체가 가장 중요한 요소였다면, 이제는 '상업화 이전의 과정과 비용, 시간을 어떻게 단축하는가'가 성장의 핵심 요인이 될 것입니다.

하트플로우가 '무엇을 해야 하는가'에 대한 교과서를 썼다면, 미래의 성공적인 기업들은 '어떻게 더 효율적으로 해낼 것인가'에 대한 해답을 제시해야 하는 것이죠. 이제부터는 임상, 규제, 보험 등재의 각 단계를 더 빠르고, 더 적은 비용으로 돌파하는 능력이 미래 의료 AI 스타트업의 핵심 경쟁력이 될 것으로 보입니다.

카카오벤처스는 미래를 선도할 의료 AI 스타트업의 도전을 응원합니다. 글에서 다루지 못한 의견이나 새로운 인사이트가 있다면, 언제든 함께 나눠주시면 감사하겠습니다.

카카오벤처스 투자팀의 인사이트를 바탕으로,
투자팀 인턴 Delphi와 커뮤니케이션팀 인턴 Chloe가 제작에 참여했습니다.