콜레스테롤과 신생성 담낭 용종을 구별하기 위한 후향적 초음파 기반 분류 모델

요약

본 연구는 전통적인 초음파 및 조영제증강(CEUS) 특징을 기반으로 담낭 용종에 대한 진단 점수 모델을 개발하며, 회색조 형태학과 혈관 및 관류 특성을 통합합니다. 이 시스템은 콜레스테롤과 신생물 용종 간의 구분을 강화하고, 위험 계층화 및 진단 정확도를 높이며, 개별화된 임상 의사결정을 지원합니다.

초록

병리학적으로 확진된 담낭 용종 환자 554명의 초음파 데이터를 사용하여 후향적 분석이 수행되었으며, 주요 평가 대상은 콜레스테롤과 신생물성 용종을 구분하는 것이었습니다. 기존 초음파 특징을 평가한 후, 조영구 강화 초음파(CEUS)를 통해 혈관 및 관류 패턴을 특성화하였습니다. CEUS는 동맥기를 1차 위주로 하고 인접한 담낭벽을 기준으로 하여 표준화된 접근법으로 수행되었습니다. 독립적인 위험 요인은 다변량 로지스틱 회귀를 사용하여 확인되었고, 진단 성과는 수신자 운행특성(ROC) 곡선 분석으로 평가되었습니다. 포함된 환자 중 272명은 콜레스테롤 용종, 282명은 신생물성 용종 진단을 받았으며, 이 중 233명은 담낭 선종, 49명은 용종 담낭암이었다. 신생 용종 환자는 콜레스테롤 폴립 환자보다 유의미하게 나이가 많았고(평균 연령: 53세 대 42세), 병변 크기도 더 컸으며 (평균 직경 : 10.2 대 6.5 mm), 모두 p< .001이었습니다. 신생 용종은 더 자주 단독 발생(75.1% 대 39.3%), 저울음 또는 이질성(24.9% 대 10.7%), 풍부한 병변 내 혈류와 연관되어 있었다(45.9% 대 14.3%) (p < .05). CEUS 검사에서 신생 용종은 과도한 증강(79.4% 대 28.6%), 분기 또는 불규칙한 혈관 형태(70.8% 대 21.7%), 더 넓은 기저 폭(4.5 대 2.2 mm), 담낭벽 파격(12.4% 대 3.7%)(모두 p < .05)을 보였다. 다변량 로지스틱 회귀 분석은 분기 혈관 형태(오즈비(OR) = 5.39), 과도한 증진(OR = 4.37), 기저 폭 증가(OR = 2.96)를 독립적인 위험 요인으로 확인하였으며(모두 p < .001) 이 지표들의 조합은 진단 성능(곡선 아래 면적(AUC) = 0.935)을 보여주었으며, 단독 용종 직경(AUC = 0.825)보다 훨씬 우수했습니다. p < .01), 탐색적 ROC 유래 컷포인트가 포함되어 있습니다. 본 연구는 다중모달 초음파 특징을 기반으로 한 진단 점수 모델을 제안하며, 콜레스테롤과 신생물 용종 간의 구분이 개선되었음을 입증합니다.

서론

담낭 용종은 복부 초음파에서 자주 발견되는 부수적 소견입니다. 건강 검진 프로그램의 광범위한 도입과 초음파 검사 사용의 증가로 인해 발견률은 매년 증가하고 있습니다. 대규모 인구 기반 연구에서는 일반 인구에서 3%에서 9% 사이의 유병률을 보고합니다¹. 병리학적 유형으로는 콜레스테롤 용종, 염증성 용종, 선종성 용종, 자궁선근종증 등이 있으며, 생물학적 행동과 임상적 중요성은 다양합니다. 특히 콜레스테롤과 종양 용종 등 임상적으로 중요한 범주를 정확히 구분하는 것은 적절한 임상 관리를 위해 필수적입니다.

콜레스테롤 용종은 주로 양성입니다. 비정상적인 담도 콜레스테롤 대사는 콜레스테롤 용종 형성과 연관되어 있습니다. 이러한 병변은 일반적으로 성장 속도가 느리고 악성 가능성이 낮으며, 추적 관찰로 관리됩니다. 반면, 선종성 용종은 진정한 신생물 병변이며 담낭 암 발생 경로에서 중요한 전암 단계를 나타냅니다. 악성 변형 위험은 병변 크기와 기타 위험 요인에 크게 의존합니다. 현재의 근거와 지침은 10mm 이상의 폴립, 특히 15mm 이상이거나 나이, 정착 형태, 원발성 경화성 담관염과 같은 위험 요인이 있는 용종에 대해 담낭절제술을 선호합니다. 그러나 권장 사항은 가이드라인에 따라 다르며, 특히 감시 간격과 작은 병변의 위험 계층화 기준에 관해 크기 기반 접근법의 한계를 반영^합니다.

높은 감도, 비침습성, 간편한 수술, 저렴한 비용 덕분에 초음파는 담낭 용종 ^6,7,8의 발견 및 초기 특성 분석에 있어 주요 영상 기법으로 남아 있습니다. 고해상도 초음파는 작은 병변을 발견하고 용종 수, 크기, 형태 및 부착 상태를 평가할 수 있게 합니다. 콜레스테롤 용종은 보통 작은 줄기를 가진 과회음 점막 용종으로 특징지어지며, 신생물 병변은 반향성 또는 이질성 결절로 나타날 수^{있습니다.} 내시경 초음파(EUS)는 층화된 담낭벽의 고해상도 분석을 제공하고, 경복부 초음파에 비해 용종-벽 경계면의 구분을 개선하여, 특히 폴립이 6–15 mm 크기일 때 신생과 비종양 병변을 구분하는 진단 정확도를 높인다는 것이 입증되었습니다^10,11.

컬러 도플러 플로우 이미징은 병변 내 혈관성을 평가하여 보완적인 기능 정보를 제공합니다¹². 종양 용종은 혈관신생 강화로 인해 혈관이 증가하는 경우가 많습니다. 그러나 도플러 소견은 특이적이지 않으며, 염증성 폴립도 혈관 증가를 보일 수 있습니다; 따라서 이러한 소견은 다른 형태학적 및 임상 변수들과 함께 해석하여 위양성 진단을 줄여야 합니다¹³.

영상 기술이 발전했음에도 불구하고, 담낭 용종의 초음파 평가는 여전히 크기 기반 기준(보통 10mm 기준)에 크게 의존하고 있습니다. 대규모 연구에서는 크기만으로는 특이적이지 않으며, 이는 양성 병변에 대해 불필요한 담낭절제술을 시행하는 반면, 작은 신생 용종에서 악성 또는 전악성 변화를 발견하지 못할 수 있음을 보여줍니다⁷. 중요한 점은, 현재 담낭 용종에 대한 초음파 기반 표준화된 분류 체계가 없다는 것입니다. 이러한 표준화 부족은 용어, 측정 기법, 진단 강조점에서 관찰자 간 상당한 변동성을 초래하여 임상 의사결정의 해석과 변동성을 초래하며, 양성 병변의 과다 치료와 잠재적 악성 용종의 과소진단 위험이 증가합니다.

최근 영상 연구에 따르면, 폴립 크기, 에코원성, 도플러 흐름과 같은 개별 초음파 특성은 독립적으로 고려했을 때 중간 정도의 진단 가치만을 보입니다. 여러 연구에서 양성 폴립과 신생물 용기 사이에 회색조와 도플러 특징이 상당히 겹치는 현상이 입증되었으며, 특히 7–15mm 크기의 병변에서 단일 매개변수 평가의 구별력이 제한된다는 점이 밝혀졌습니다 ^14,15. 병변 혈관 및 형태를 정확히 특성화하는 데 있어 회색 초음파와 도플러 영상의 한계를 고려할 때, 조영 증강 초음파(CEUS)와 같은 첨단 관류 기반 기법이 진단 정밀도를 높이기 위해 점점 더 연구되고 있습니다. 새로운 증거는 CEUS가 혈관 구조, 증강 속도학, 병변-벽 경계 특성 평가를 가능하게 하여 증진적 진단 가치를 제공할 수 있음을 시사하는데, 이는 기존 초음파에서는 잘 드러나지 않는 것들이다^16,17. 그러나 희망적인 결과에도 불구하고, CEUS 파생 매개변수는 연구 간 정의와 보고가 일관되지 않으며, 증강 해석, 상 선택, 혈관 형태 분류 표준화가 제한적입니다. 이러한 방법론적 일관성 부족은 재현성을 떨어뜨리고, 일상적인 임상 알고리즘 및 표준화된 보고 프레임워크로의 통합을 제한합니다.

따라서 진단 변동성을 줄이고, 위험 계층화를 개선하며, 임상 의사결정을 향상시키기 위해 명확하게 정의된 운영 기준을 갖춘 표준화되고 재현 가능한 초음파 기반 분류 체계가 절실히 필요합니다. 이 격차를 해소하면 진단 정확도가 향상되고 임상 의사결정이 지원될 수 있습니다. 이 연구는 기존 초음파와 CEUS 기능을 통합함으로써 콜레스테롤과 신생물성 담낭 용종 간의 구분을 개선할 수 있다고 가설을 세웁니다. 본 연구는 병리학적으로 확인된 담낭 용종의 후향적 코호트를 사용하여 다중모행 초음파 특징을 기반으로 한 진단 분류 모델을 개발하도록 설계되었으며, 주요 평가 대상은 콜레스테롤과 신생물성 용종의 구분이었다.

프로토콜

이 연구는 쓰촨대학교 화서병원 생의학윤리위원회(승인 번호: 2024-1186)의 승인을 받았습니다. 이 연구는 헬싱키 선언 원칙과 생의학 연구를 위한 관련 국가 윤리 지침에 따라 수행되었습니다. 연구의 사후 성격을 고려하여 기관 정책에 따라 사전 동의 요건은 면제되었습니다.

1. 인구 연구
2019년 6월부터 2024년 6월까지 단일 3차 진료 센터에서 수술 후 병리 검사로 확인된 담낭 용종 환자 554명의 초음파 데이터를 후향적으로 수집하였습니다. 이 연구는 기존 초음파와 CEUS 특징 및 병리학적 분류(콜레스테롤 대 신생물 용종) 간의 연관성을 분석하는 것을 목표로 했습니다. 수술 후 병리 검사에서 콜레스테롤 용종이 가장 흔한 유형이며, 그 다음으로 선종성 용종과 용종성 담낭암이 그 다음으로 나타났습니다.

외과적 적응증(예: 용종 직경≥10 mm, 고위험 특징인 침착 형태, 환자 연령, 의심 악성 종양 등)에 따라 담낭절제술을 받은 환자만이 병리학적 확인 및 포함 자격이 있었습니다. 따라서 연구 코호트는 고위험 병변에 대해 강화된 외과적으로 선별된 집단을 대표합니다. 폴립<10mm)은 일반적으로 보존적으로 관리되었으며, 병리학적 확인 부족으로 포함되지 않았습니다. 따라서 본 연구 결과는 주로 수술적으로 관련된 담낭 용종 환자에게 적용되며, 우연히 발견된 작은 용종의 선별 또는 감시를 목적으로 하지 않습니다. 환자 흐름도는 선택 과정을 보여주는 그림1에 제공되어 있습니다.

2. 포함 및 제외 기준
환자가 수술 적응증(예: 용종 직경≥10mm 또는 고위험 특징)을 충족하고 수술 전 기존 초음파 및 CEUS를 받은 경우를 포함하였습니다. 기존 초음파는 기초 형태학적 평가를 제공한 반면, CEUS는 혈관 및 관류 특성을 평가하여 콜레스테롤과 신생물 용종 간 구분을 지원했습니다. 콜레스테롤 용종, 선종 또는 담낭용 용종의 수술 후 병리학적 확진이 필요했으며, 병리학이 진단의 골드 스탠다드로 작용했습니다.

임상 또는 초음파 데이터가 불완전하거나, 수술적 치료가 이루어지지 않아(병리학적 확인 불가), 또는 수술 후 병리에서 용종이 발견되지 않은 경우 환자는 제외되었습니다.

3. 시약 및 장비
초음파 검사는 볼록한 프로브(1–5 MHz)가 장착된 고해상도 초음파 시스템을 사용하여 수행되었습니다. 병변 혈관 시각화를 향상시키기 위해 CEUS에는 초음파 조영제가 사용되었습니다. 모든 장비와 재료는 제조사 및 모델 정보와 함께 재료표 에 상세히 표시되어 있습니다.

4. 학습 방법
수술 적응증을 충족하는 모든 환자는 담낭절제술을 받았으며, 수술 전 기존 초음파와 CEUS를 받았습니다. 영상 소견을 수술 후 병리 결과와 비교하여 초음파 특징과 병리 유형 간의 연관성을 조사하였습니다. 컬러 도플러 영상 모드는 표준화된 획득 매개변수를 사용하여 활성화되었습니다. 컬러 도플러 영상은 모든 검사에 일관되게 적용된 사전 정의 및 표준화된 저유량 프로토콜을 사용하여 수행되었습니다. 펄스 반복 주파수는 800 Hz로 고정되었고, 월 필터는 낮게 설정되었으며, 색상 게인은 배경 스펙클 노이즈와 관련 없는 최고 수준으로 조정된 후 노이즈가 사라질 때까지 약간 낮췄습니다. 소진면과 초점 영역은 안정적인 프레임 속도를 유지하면서 병변 내 흐름을 최대한 시각화하기 위해 표준화되었습니다. 혈관 평가의 재현성을 보장하기 위해 모든 검사에서 일관되게 적용되었습니다. 모든 영상은 후속 분석을 위해 저장되었다.

5. 검사 절차
5.1 기존 초음파 검사
환자들은 검사 전 최소 8시간 금식을 했고, 누운 자세 또는 왼쪽 측 십근 자세로 취했습니다. 담낭은 최적의 시각화를 위해 적절히 부풀어 있었다. 다수의 용종 환자에서는 가장 큰 병변을 선택하여 평가하였습니다. 회색 이미지와 컬러 도플러 흐름 신호에 대한 문서화가 이루어졌습니다.

5.2 조영 증강 초음파(CEUS)
CEUS는 기존 초음파 검사 직후 시행되었습니다. 환자들은 호흡 조정에 대해 교육을 받았습니다. 낮은 기계적 지수(<0.10) 대비 모드가 사용되었습니다. 초음파 조영제(제조사 지침에 따라 조제됨)는 0.02 mL/kg의 볼루스 주사로 안경정맥을 통해 투여한 후 10 mL 식염수 플러시를 받았습니다. 목표 병변의 동적 시네루프 기록이 최소 2분간 수행되었으며, 모든 영상은 분석을 위해 저장되었습니다. 동맥(10–30초), 문맥정맥(31–60초), 후기 단계(>120초)를 기록하기 위해 연속 실시간 영상을 수행하여 개선 특성의 표준화된 질적 평가를 수행했으며, 모든 사례에 미리 정의된 단계 우선순위가 적용되었습니다.

6. 영상 분석 프로토콜
두 명의 경험 많은 의사가 독립적으로 모든 이미지를 검토했으며, 병리학적 결과, 임상 데이터, 서로의 해석에 대해 눈가림을 가리지 않았습니다. 불일치는 합의로 해결되었다. 이 블라인드 평가는 해석 편향을 최소화하고 초음파 및 CEUS 특징에 대한 객관적 평가를 보장했습니다.

6.1 일반 초음파
폴립 직경, 개수(단일 vs. 다중 포켓몬), 위치, 형태(규칙성 대 불규칙), 에코 생성성(초에코, 저에코, 등에코), 도플러 흐름 신호가 문서화되었습니다. 병변 내 혈관은 부재(감지 신호 없음), 희박함(1–2개의 개별 신호), 풍부함(≥3신호 또는 확산성 혈관 분포)으로 분류되었습니다.

6.2 조영 증강 초음파(CEUS)
증강 강도(과잉, 등증, 또는 저증강), 증강 패턴(구심형 또는 원심형), 혈관 형태(점형, 선형, 가지, 불규칙 패턴), 기저 폭, 담낭벽 완전성(온전하거나 파괴됨)을 평가하였다. 강화 강도는 주로 같은 영상 평면에서 인접한 정상 담낭벽과 비교 깊이에서 평가되었습니다. 주변 간실질은 인접한 담낭벽이 불완전하게 시각화되었을 때 2차 맥락 참조로만 사용되었습니다. 재현성을 보장하기 위해 이 참조 계층 구조는 모든 경우에 일관되게 적용되었습니다. 과도향상은 기준 조직보다 더 큰 증강, iso-enhancement는 기준 조직과 유사함, 저강화는 기준 조직보다 낮은 것으로 정의되었습니다.

강화 강도와 혈관 형태는 동맥 단계(10–30초)를 주요 평가 단계로 분류하였다. 문맥상(31–60초)과 후기 단계(>60초)는 부수적으로 검토되어 증강 지속성, 세척 경향, 병변-벽 경계 명료도를 평가하였으나, 범주별 분류의 주요 근거로는 사용되지 않았습니다. 사건 간 변동성을 줄이기 위해 모든 시험에서 동일한 참조 계층 구조와 단계 우선순위가 적용되었습니다. 기저 폭은 CEUS 이미지 평면에서 측정된 종양-벽 접합부에서 병변 기저의 최대 폭으로 정의되었으며, 가장 명확한 종양-벽 경계면을 보여주었습니다. 전자 캘리퍼스를 사용해 밀리미터 단위로 측정했습니다.

혈관 형태는 네 가지 패턴으로 분류되었습니다: 점형 패턴은 순차적인 프레임에서 혈관 연속성이 보이지 않는 점형 또는 초점 부대로 정의됩니다; 선형 패턴으로, 측면 가지가 없는 단일 또는 약간 곡선된 그릇 같은 증진 구조로 정의됩니다; 분기 모양의 패턴으로, 하나 이상의 분기와 명확하게 보이는 측면 가지가 있는 주 줄기와 보존된 계층적 건축을 보여주는 조직적인 그릇 같은 구조로 정의된다; 그리고 불규칙한 패턴으로, 조직이 정돈되지 않고, 뒤틀리며, 이질적이거나 비계층적으로 혈관 구조를 증진하는 형태로, 뚜렷한 줄기와 가지 패턴이 없는 것으로 정의됩니다. 단일 프레임에서 분류가 불확실할 때는 단일 정지 이미지가 아닌 동적 시네 루프에서 형태를 결정했습니다. 모든 혈관 형태 분류는 정적인 프레임에서 오분류를 최소화하기 위해 동적 시네루프 평가를 기반으로 하였습니다. 각 혈관 패턴의 대표적인 예시는 보충 그림 1에 제공되어 있습니다.

6.3 표준화
연구 이전에 이미지 획득 및 해석에 참여하는 모든 인원은 연구 센터에서 표준화된 교육을 받았습니다. 영상 검토는 복부 초음파 분야에서 5년 이상의 경력을 가진 두 명의 의사가 독립적으로 수행하였습니다. 이 접근법은 변동성을 줄이고 해석의 일관성을 향상시켰습니다. 주요 영상 특징에 대한 관측자 간 일치는 카파 통계를 사용하여 평가하였다. 관측자 간 일치는 좋음에서 우수했으며, 주요 영상 특징에 대해 카파 수치가 0.72에서 0.86 사이로 관찰자 간 높은 일관성을 나타냈다.

7. 통계 분석
통계 분석은 통계 분석 소프트웨어를 사용하여 수행되었습니다. 정규분포 연속 변수는 표준편차± 평균 표현하고 독립 표본 t-검정으로 비교하였습니다. 비정규 분포 변수는 중앙값(Q1, Q3)으로 제시되어 Mann–Whitney U 검정으로 비교했습니다. 범주 변수는 빈도와 백분율로 제시되었고, 적절히 카이제곱 검정 또는 피셔 정확 검정을 사용해 비교되었습니다. 쌍별 비교에서는 본페로니 보정을 사용했다. 단변량 선별 후 다변량 로지스틱 회귀분석을 통해 신생물성 담낭 용종의 독립 예측인자를 결정하였다. 단변량 분석에서 유의미한 변수들은 다변수 로지스틱 회귀 모델에 입력되었으며; 최종 모델에 남아 있는 예측 인자만이 점수 도출에 사용되었습니다.

진단 성능은 수신기 작동 특성(ROC) 곡선 아래 영역을 비교하기 위해 DeLong 검정을 사용하여 평가되었습니다. p 값 0.05< 통계적으로 유의한 것으로 간주되었습니다. 모든 독립 예측 인자에 대해 95% 신뢰구간(CI)을 가진 오즈비(OR)가 보고되었습니다. 모델의 견고성을 평가하기 위해 내부 검증은 부트스트랩 재샘플링(1,000회 반복)을 사용했습니다. ROC 곡선 아래의 낙관주의 보정 면적(AUC)은 모델 안정성을 평가하고 잠재적인 과적합을 줄이기 위해 계산되었습니다.

모델 보정은 Hosmer–Lemeshow 적합성 검정을 사용하여 평가되었으며; 유의하지 않은 결과는 예측 결과 및 관찰 결과 간에 좋은 일치를 나타냈습니다. 또한, 위험 십위 전반에 걸쳐 예측 확률과 실제 사건 발생률 간의 일치를 시각적으로 평가하기 위해 보정 곡선이 구축되었습니다. 다변수 분석에 필요한 불완전 변수가 있는 사례는 제외되었고; 추론은 이루어지지 않았다.

결과

환자 기저 특성
이 연구에는 담낭 용종 환자 554명이 포함되었으며, 이 중 272개는 콜레스테롤 용종, 282개는 신생물 용종(담낭 선종 233개, 담낭 용종 49개)으로 구성되었습니다. 남녀 비율은 1:1.6(남성 214명, 여성 340명)였으며, 환자 연령은 22세에서 78세 사이였고 평균 연령은 48세였습니다. 이 기초 소견은 기술적으로 제시되며, 회귀 모델에 포함되지 않은 변수는 예측 분석에 사용되지 않았습니다.

콜레스테롤 폴립과 신생물성 폴립의 비교
단변량 분석을 통해 콜레스테롤과 신생물 용종 간의 임상, 기존 초음파, 조영제증강(CEUS) 특성을 비교하였습니다. 콜레스테롤 용종은 신생성 용종보다 평균 직경이 작았으나, 이 결과는 병변 선택이 임상 및 영상 위험 요인의 복합적 영향을 받은 외과적 선발 코호트의 맥락에서 해석되어야 합니다. ...

토론

초음파는 접근성, 실시간 영상 능력, 이온^{화 방사}선 없음 덕분에 담낭 용종 평가의 1차 기법으로 남아 있습니다. 그럼에도 불구하고, 표준화된 초음파 보고 시스템의 부재는 기관 간 해석 및 임상 의사결정의 불일치를 초래하여 진단 정확도와 이후 관리에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다^. 최근 가이드라인 및 합의 검토에서도 유사한 문제가 지적되었으며, 비표준화된 기술자와 크기 기반 임계값만으로는 과다 치료나 지연 치료 결과를 초래할 수 있음을 강조합니다 ^4,5.

본 연구에서는 병리학적으로 확인된 담낭 용종 554개의 대규모 코호트를 분석하여 구조화된 초음파 기반 분류 및 위험 평가 프레임워크를 제안하였습니다. 이전 연구와 일치하게, 신생...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
초음파 진단 시스템	공명 의료	공명 R9 / 공명 7	기존의 복강 초음파 검사 및 조영 초음파 (CEUS) 검사에 사용
고주파 초음파 프로브	공명 의료	공명 R9 / 7 시스템과 통합	담낭 용종의 상세한 회색조 이미지에 사용
조영 초음파 이미지 기능이 있는 초음파 시스템	공명 의료	공명 R9 / 공명 7 (CEUS 모드)	실시간 조영 초음파 이미지 가능
초음파 조영제	브라코 이미징	소노뷰® (59 mg/바이알)	CEUS 관류 및 혈관 평가에 사용; 정맥 투여 전에 5 mL의 식염수로 재헌 혼합
정맥 주사 캐뉼라	벡톤, 디킨슨 앤드 컴퍼니 (BD)	표준 말초 IV 캐뉼라	조영제의 정맥 투여에 사용
영상 분석 소프트웨어	제조업체 통합	시스템 통합 소프트웨어	용종 직경, 기저 폭 및 강화 패턴 측정에 사용
병리 처리 시스템	라이카 바이오시스템	자동화된 조직 처리기	수술 후 조직 병리학적 확인에 사용
헤마톡실린 및 에오신 (H&E) 염색 키트	시그마-알드리히	표준 H&E 염색 시약	진단 확인을 위한 표준 조직학적 염색에 사용
통계 분석 소프트웨어	IBM	SPSS 26.0	통계 분석에 사용
통계 분석 소프트웨어	MedCalc Software Ltd	MedCalc 20.0	ROC 분석에 사용