위 기질종양과 위 평골근종 간 수술 전 구분을 위한 개별 CT 기반 방사선 측정 노모그램 개발

요약

CT 기반 방사선 측정 노모그램이 개발되어 위 기질 종양과 위 평골근종을 정확히 구별하여, 비침습적이고 개별화된 수술 전 진단과 높은 예측 성능을 가능하게 하였습니다.

초록

이 프로토콜은 위층층종양(GIST)과 위평근종(GLMs)의 비침습적 수술 전 분화를 위한 컴퓨터 단층촬영(CT) 기반 방사선 측정 노모그램의 개발 및 검증을 설명하며, 이는 서로 다른 치료 전략과 예후적 함의를 가진 두 가지 위 점막하 병변입니다. 수술 30일 이내에 조영제 CT를 받은 병리학적으로 확진된 GISTs 또는 GLM 환자 172명의 후향적 코호트를 분석하였다. 환자들은 무작위로 훈련 코호트(n = 120)와 검증 코호트(n = 52)에 배정되었습니다. 인구학적 변수, CT 형태학적 특성, 그리고 수작업으로 구분한 관심 지역에서 추출한 정량적 방사선 특성을 체계적으로 평가하였다. 특징 선택은 최소 절대 축소 및 선택 연산자(LASSO) 회귀와 교차 검증을 사용하여 수행되었습니다. 최종 예측 모델은 연령, 종양 위치, 증강 패턴, 그리고 종양 내 조직의 이질성을 반영하는 방사선 특성 NGLDM_Busyness를 통합했습니다. 이 변수들을 통합하여 임상용으로 개별화된 노모그램을 구성했습니다. 모델 성능은 수신자 작동 특성 분석, 교정 곡선, 결정 곡선 분석을 통해 평가되었습니다. 노모그램은 훈련 및 검증 코호트 모두에서 강한 구별력, 우수한 보정, 그리고 긍정적인 임상적 유용성을 보여주어 개별화된 수술 전 진단을 위한 비침습적 도구로서의 잠재적 가치를 뒷받침하였습니다.

서론

위간질종양(GIST)은 가장 흔한 위 점막하 종양(SMT)으로, 크기와 상관없이 잠재적으로 악성으로 간주되는 경향이 있으며, 악성 임상 경과를 보이는 종양은 약 10%에서 30%를 차지합니다^{. 1,2}. NIH 합의 분류³에 따르면, GIST의 임상 악성 위험은 종양 크기와 유사분열 수에 따라 매우 낮음, 낮음, 중간, 높은 위험군으로 점진적으로 증가합니다. GIST가 있는 환자에게는 조기 진단과 조기 수술적 절제가 권장됩니다^{. 4}. 반면, 전이 확률이 드물고 위 단맥 피부 손상에서 가장 흔한 근형성성 종양인 양성 신생물인 위 평색근종(GLM)은 병변이 5cm ^5,6보다 큰 경우를 제외하고는 수술 대신 보존적 관찰 또는 최소 침습 치료가 필요합니다. 따라서 GIST와 5cm 미만의 GLM을 치료적 및 예후적 함의가 상당히 다르기 때문에 구분하는 것이 매우 중요합니다. 이 구분은 특히 작은 병변에서 어렵습니다. 이들은 종종 영상 특징이 겹치고 명확한 임상 증상이 없기 때문입니다 ^7,8.

내시경 초음파 유도 미세바늘 흡인술(EUS-FNA)은 위 SMTs에서 치료 전 식별과 관련된 가장 성숙한 기법으로서^{GISTs 7}의 안전하고 정확한 병리학적 진단을 제공하는 것으로 입증되었습니다. 안타깝게도 EUS-FNA의 조직 샘플 추출 능력은 매우 제한적이어서 진단 정확도가 떨어지는 것으로 보입니다⁹. 더불어, 이 기술은 침습적이라고 간주됩니다. 컴퓨터 단층촬영은 위장관 종양의 수술 전 진단을 위한 최적이자 경제적인 영상 도구로 간주됩니다. 그러나 유사한 임상 증상과 CT 소견이 복잡하기 때문에 GIST와 GLM을 수술 전 구분하는 것은 여전히 어렵습니다¹⁰.

방사선학은 방사선 영상에서 정량적 영상 특징을 자동으로 추출할 수 있는 유망한 도구로, 종양의 이질성을 객관적으로 정량화할 수 있게 합니다¹¹. 이전 연구에서는 CT 또는 MRI를 기반으로 GIST의 위험 층화를 위해 방사선 마이크 모델이 개발되었으며, 악성 가능성 평가에 잠재력이 있음을 입증했습니다 12,13,14. 그러나 GIST와 GLM의 감별 진단에 초점을 맞춘 연구는 여전히 비교적 드물다. 지식을 제시하기 위해, GIST와 GLM의 수술 전 구분을 위한 CT 기반 방사선 측정 노모그램은 이전에 개발된 적이 없습니다. 따라서 본 연구는 앞서 언급한 도전 과제를 해결하기 위해 CT 영상과 방사선 측정 매개변수의 형태학적 특징을 활용한 수술 전 예측 노모그램을 구성합니다.

프로토콜

이 연구는 병원 윤리 위원회(프로토콜 번호: 1612167-18)의 승인을 받았습니다. 연구의 후과적 성격을 고려하여 사전 동의 요건은 면제되었습니다. 위기질종양(GIST) 또는 위 평이근종(GLM) 환자가 2017년 1월부터 2022년 7월까지 기관 기록에서 확인되었으며, 모두 수술 후 병리학적 확진이 있었습니다. 시약과 사용된 장비는 재료표에 나열되어 있습니다.

1. 환자 정보

다음 기준을 충족하는 환자는 등록합니다: (1) 최대 직경 ≤5 cm의 위 병변; (2) 완전한 병리학적 진단의 가능성; (3) 완치적 목적으로 근치적 수술을 받는 경우; 그리고 (4) 수술 30일 전 조영제 강화 CT를 받은 경우. 악성 종양 병력이 있거나 수술 전 치료가 있는 환자는 제외하였다. 따라서 본 연구에는 110명의 GIST 환자와 62명의 GLM 환자가 등록되었습니다. 개체군 흐름도가 시연되었다(그림 1). 총 172명의 환자(110명 GIST, 62명 GLM; 82명 남성, 90명 여성)가 포함되었으며, 평균 연령은 55.05± 12.42세(범위: 22-79세)였습니다. 환자들은 층화 없는 단순 무작위화를 사용한 훈련 세트(n = 120)와 검증 세트(n = 52)에 무작위로 배정되었습니다. 기초 인구통계 데이터는 표 1에 요약되어 있습니다.

2. CT 영상 분석

본 연구에서 CT 스캔은 64 단면 CT 스캐너로 수행되었습니다. 모든 환자는 최소 6시간 이상 금식해야 했습니다. CT 촬영 약 30분 전, 각 환자에게 500-800mL의 수돗물을 경구로 섭취하라는 지시가 있었고, 스캔 직전 위를 확장하기 위해 1000mL의 물을 복용하라는 요청이 있었습니다. 연구에 참여한 모든 환자는 위 내 공기로 인한 인위증을 방지하기 위해 누운 자세로 배치되었고, 모든 병변 부위가 덮이도록 했습니다. 환자들은 임상 영상 절차의 일환으로 이온화 방사선 노출 사실을 알렸습니다. 조영제 투여 전에는 알려진 알레르기 및 신장 기능 부전(eGFR <30 mL/min/1.73 m²)을 포함한 요오드 조영제 금기증을 선별하였습니다. 환자들은 주사 후 최소 15분간 급성 부작용을 모니터링하였습니다. 표준 재구성 알고리즘이 사용된 것으로 보이며, 스캔 과정은 다음과 같은 사양을 엄격히 따랐습니다: 120 kV 튜브 전압; 250-300 mA 튜브 전류; 1.5 mm 두께와 간격. 연조직 재건 알갱이(B30f)가 사용되었습니다. 이후 강화 스캔 과정에서 80-120 mL 요오드 조영제를 투여하고, 정맥 주사 속도는 3.0 mL/s였습니다. 동맥, 문맥, 지연 단계는 주사 후 약 30초, 60초, 120초 이내에 수집되어야 합니다. 방사선 분석에서는 이미지가 1.5 × 1.×5 1.5 mm³의 등방성 복셀 크기로 재샘플링되어 전처리되었으며, 고정된 빈 폭 25 Hounsfield unit(HU)을 사용해 강도 이산화를 수행했습니다.

3. 방사성 특성 추출

방사선 마이크 특성의 경우, LIFEx 소프트웨어(버전 4.90; www.lifexsoft.org)가 관심 영역(ROI)에서 특징을 추출하는 데 사용되었습니다. 관심 영역은 문맥상 CT 이미지에서만 구분되었으며, 일관성과 특징 안정성을 보장하기 위해 방사선 분석에 사용되었습니다. 각 환자에 대해 횡면에 병변이 포함된 모든 단면에서 ROI가 구분되었으며, 정확한 부피 커버리지를 위해 시상상과 관상을 사용했습니다(그림 2). 재현성 평가를 위해 초기 분할 시 합의 없이 두 명의 방사선 전문의가 독립적으로 작성했습니다. ROI는 3차원 부피가 아니라 2차원(2D) 단일 슬라이스 윤곽선을 나타냈습니다. ROI를 구분할 때 모든 종양 부위를 포함하였고, LIFEx 소프트웨어 설정에서 밀도 임계값을 기준으로 석회화는 제외하였습니다. 시각적 품질 관리가 수행되어 위가 충분히 팽창하고 병변이 ROI에 완전히 포함되도록 하였다. 클래스 내 및 클래스 간 상관계수(ICC)를 계산하여 방사선 세포 특징 추출의 재현성을 평가하였고; ICC > 0.75의 특징은 유지되었습니다. LIFEx 소프트웨어의 자동 알고리즘을 통해 37개의 방사선 측정 특징이 얻어졌습니다: 5개의 히스토그램 매개변수, 7개의 회색 수준 공현 행렬(GLCM) 매개변수, 11개의 회색 수준 실행 길이 행렬(GLRLM) 매개변수, 3개의 이웃 회색 수준 차분 행렬(NGLDM) 매개변수, 그리고 11개의 회색 수준 영역 길이 행렬(GLZLM) 매개변수. 특징 추출은 메뉴 경로인 Segmentation → Radiomics → Compute 를 통해 수행되었습니다. 이미지 전처리에는 1.5 × 1.5 × 1.5 mm³ 의 등방성 복셀 크기로 재샘플링 고정된 빈 폭 25 Hounsfield unit(HU)을 사용한 강도 이산화가 포함되었습니다. 모델링 이전에 특징 스케일링이나 정규화는 적용되지 않았습니다.

4. 통계

통계 분석은 R 소프트웨어(버전 3.6.0; https://www.r-project.org)를 사용하여 수행되었습니다. 연속 변수는 독립 t 검정을 사용하여 그룹 간 비교되었으며; 범주별 변수는 χ² 검정으로 평가하였습니다. 양측 P 값 0.05< 통계적으로 유의한 것으로 간주되었습니다.

5. 예측 노모그램의 확립

단변량 분석은 진단과의 연관성을 위한 피어슨의 상관관계를 이용해 인구통계학, CT 형태학, 방사선 특성 및 선별 검사 결과를 사용하여 수행되었습니다(GIST 대 GLM). 다변량 모델링은 glmnet 패키지(cv.glmnet 함수) 를 통해 10배 교차 검증¹⁵를 통해 구현된 최소 절대 축소 및 선택 연산자(LASSO) 회귀를 사용했습니다. 최적의 정규화 매개변수 λ는 보다 간결한 모델을 선호하기 위해 lambda.1se에서 선택되었다. 최종 예측 변수인 연령, 종양 위치, 증강 패턴, NGLDM_Busyness 각각의 계수를 선형적으로 결합하여 예측 점수(Prescore)를 산출했습니다. 추출된 모든 방사선 특징 중 LASSO 페널티화 후에도 0이 아닌 계수를 유지한 것은 NGLDM_Busyness뿐으로, 이는 다른 방사선 단위 특징이 중복되었거나 제한적인 추가 식별 가치를 제공했음을 시사한다. RMS 패키지의 노모그램 함수를 이용해 다변량 모델을 기반으로 노모그램이 구축되었습니다.

6. 노모그램의 예측 효과 및 검증

예측 성과는 훈련 및 검증 코호트 모두에서 수신자 작동 특성 곡선(AUC) 하 면적, 민감도, 특이도, 정확도를 사용하여 평가하였습니다. 보정은 부트스트래핑 재샘플링(1000회 반복)과 Hosmer-Lemeshow 적합도 검정 을 통해 평가되었으며; 보정 곡선은 이에 따라 그려졌습니다. P 값< 0.05는 이상적인 보정에서 상당한 편차를 나타냈습니다. 일치 지수(C-지수)는 판별 신뢰도를 정량화하는 데 사용되었습니다. 임상적 효용은 의사결정곡선 분석(DCA)으로 평가되었습니다.

결과

인구통계학적 및 임상 특징
총 172명의 위 점막하 종양 환자(GIST는 110명, GLM은 62명)가 포함되었습니다. 인구통계학적 및 임상 특징은 표 1, 표 2 , 표 3에 요약되어 있습니다. 이 분석은 GIST와 GLM 간의 기초 차이를 식별하여 이후 모델 개발에 참고하는 것을 목표로 했습니다. GIST는 중간 정도 증강 패턴을 가진 노인 환자에서 위체에서 더 자주 발생한 반면, 경미한 경미한 증강이 있는 젊은 환자에서는 심장부에서 GLM이 더 빈번하게 나타났습니다(p < 0.05). 일반 CT 스캔에서 하운스필드 단위(HU)는 GIST 환자에서 GLM 환자보다 유의하게 낮았다(p < 0.05). 성별, 증상, 종양력, 가족력, 크기, 성장 패턴, 형태, 향상된 스캔 시 CT 값, 병변 경계, 낭포성 변화 또는 석회화 유무에서 유의한 차이가 관찰되지 않았습니다(p > 0.05). 샤...

토론

위장관 기질종양(GIST)과 위 평형근종(GLMs)을 구분하는 것은 치료 결정과 환자 결과에 직접적인 영향을 미치기 때문에 임상적으로 중요합니다. 노모그램은 인구통계학적 특징(연령), 두 가지 CT 징후(위치 및 강화 패턴), 그리고 한 가지 방사선 파라미터(NGLDM_Busyness)를 포함하는 예측 노모그램으로 개발 및 검증되었습니다. 이 모델은 임상 실무에서 수술 전 적용이 가능합니다. 본 연구는 진단 효율이 제한되거나 침습성이 제한된 방법에 대한 실용적인 대안을 제시함으로써 위 점막하부 종양의 비침습적 수술 전 분화 현상의 격차를 해소합니다.

본 분석에서 GISTs 환자의 평균 연령은 훈련 코호트에서 59.69± 8.90세, 검증 코호트± 60.94 9.27세로, 이는 He 등¹⁶ 및 Wang 등¹⁷의 연구 결과와 일치합니다. ...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
조영제 강화 CT 스캐너	지멘스 헬시니어	SOMATOM 정의 AS+	64슬라이스 CT 스캐너; 2017년부터 2022년까지 중국 3차 병원에서 전형적인 수치입니다. 스캔 매개변수: 120 kV, 250 & ndash; 300 mA, 두께 1.5 mm, 알심 B30f.
glmnet 패키지 (R)	크랜	버전 4.0 (R 3.6.0과 호환)	10배 교차 검증을 포함한 LASSO 회귀.
요오드 조영제	바이엘 AG	울트라비스트 370 (아이오프로마이드 370 mg I/mL)	80&ndash에 정맥주사 투여; 120 mL, 3.0 mL/s. 중국에서 복부 CT에 널리 사용되는 비이온 조영제입니다.
LIFEx 소프트웨어	www.lifexsoft.org	버전 4.90	CT ROI에서 방사선 마이크 특징 추출에 사용됩니다.
R 소프트웨어	R 재단	버전 3.6.0	통계 분석 및 모델링(https://www.r-project.org)을 위해.
RMS 패키지 (R)	크랜	버전 5.1-4 (R 3.6.0과 호환)	노모그램 제작 및 교정.