이 프로토콜은 척추 전이에 대한 환자별 전기장 시뮬레이션 및 검증을 위한 완전하고 재현 가능한 워크플로우를 설명합니다. 이 워크플로우는 다중 모달 영상, 반자동 및 수동 분할, 조직 전도도 모델링, 선형 유한 요소 전기장 시뮬레이션, 그리고 시술 후 MRI 기반 괴사 중복 분석을 통한 실험적 검증을 통합합니다.
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이 프로토콜은 척추 전이에 대한 환자별 전기장 시뮬레이션 및 검증을 위한 완전하고 재현 가능한 워크플로우를 설명합니다. 이 워크플로우는 다중 모달 영상, 반자동 및 수동 분할, 조직 전도도 모델링, 선형 유한 요소 전기장 시뮬레이션, 그리고 시술 후 MRI 기반 괴사 중복 분석을 통한 실험적 검증을 통합합니다.
전기화학요법(ECT)은 세포독성 물질의 투여와 고전압 전기 펄스를 결합하여 종양 세포막을 일시적으로 투과시키고 세포내 약물 흡수를 촉진합니다. 이 최소 침습 비열적 기법은 수술, 방사선 치료 또는 경피적 열 소작술이 제한될 수 있는 중요한 구조물 근처에 위치한 종양에 특히 적합합니다. 척추에서는 ECT가 통증 완화, 신경 감압, 국소 종양 조절을 제공하면서 신경 구조를 보존할 수 있습니다. 그러나 복잡한 척추 해부학, 전기장 분포에 대한 제한된 이해, 전용 계획 도구의 부재, 신경 손상 위험 등으로 인해 구현이 여전히 어렵습니다. 이 프로토콜은 척추 ECT에서 환자별 전기장 시뮬레이션을 위한 재현 가능한 워크플로우를 설명합니다. CT와 MRI를 결합한 멀티모달 영상은 오픈소스 3D 슬라이서 플랫폼 내에서 반자동 및 수동 분할을 통해 종양, 척추, 신경, 연부 조직 해부학을 재구성할 수 있게 합니다. 조직 전도도는 IT'IS 데이터베이스에 따라 할당되며, 선형 유한 요소 시뮬레이션(일정 전도도)은 전용 3D 슬라이서 모듈인 AI4DEEP를 사용하여 여러 등용량 임계값에 걸쳐 3D 전기장 맵을 계산합니다. 추적 조영제 증강 MRI는 시뮬레이션된 등전장 부피와 ECT 후 괴사 종양 부위를 비교하여 Dice 유사 계수를 통한 검증에 사용됩니다. 전문 중재 방사선 전문의들은 시뮬레이션된 전기장 지도, 추적 MRI, 임상 결과를 질적으로 비교하여 소프트웨어가 치료 부족 및 과다 치료 영역을 예측할 수 있는지 평가하였습니다. 9건의 ECT 절차가 진행되어 워크플로우를 평가하였습니다. 시뮬레이션된 전기장과 ECT 후 괴사 사이의 가장 높은 일치도는 이 임상 및 수치 환경에서 160–200 V/cm 범위에서 관찰되었습니다. 워크플로우는 임상 및 영상 추적 관찰과 일치하는 불충분하거나 과도한 치료 영역도 식별했습니다. 설명된 워크플로우는 재현 가능한 ECT 계획의 토대를 마련하며, 복잡한 척추 ECT 시술에서 안전성과 효능을 향상시키기 위해 최적화된 전극 배치 및 매개변수 조정을 지원합니다.
척추 전이성 경막염은 골격 전이의 주요 부위이기 때문에 흔하며, 이는 전체 골 위치의 최대 50%를 차지하기 때문입니다 1,2. 임상 증상은 일반적으로 심한 통증과 현저한 삶의 질 저하, 그리고 침범 정도에 따라 하반신마비 또는 사지마비로 이어질 수 있는 급격한 진행성 신경학적 결손을 포함합니다 3,4. 전이성 경막외 척수 압박의 표준 치료는 방사선 치료이며, 감압 및 안정화 수술은 적절한 수행 상태와 예상 생존율을 가진 선택된 환자에게 이익이 됩니다 5,6. 입체정위 소모 방사선 치료는 특정 사례에서 국소 조절을 개선할 수 있으나, 척수 내성과 계획 복잡성에 의해 제한됩니다7. 방사선 치료 후 국소 재발 또는 진행이 빈번하며, 재방사선 치료는 누적 선량 제약에 의해 제한되어 지속적인 통증이나 진행성 신경학적 손상 환자에게는 치료적 막다른 길에 이르는 경우가 많습니다 6,7. 이와 관련해, 중요한 신경 구조 근처에서 통증 완화, 감압, 종양 조절을 달성할 수 있는 국소 비열적 기법이 필요합니다.
전기화학요법(ECT)은 주로 블레오마이신과 같은 세포독성 물질을 투여하고, 일시적으로 원형질막 투과성을 높이고 세포내 약물 흡수를 촉진하는 짧은 고전압 전기 펄스를 결합합니다 8,9. ECT는 최소 침습, 비열, 비교적 종양 선택성을 가지며, 중요한 구조물 근처에 위치한 피부, 피하, 심부 종양에서 고무적인 결과를 보였습니다10,11. 최근 임상 시리즈에서는 방사선 저항성 경막외 척수 압박에 대해 경피적 척수 ECT 후 1개월 기준 77%, 3개월 후 66.5%의 객관적 반응률을 보고했습니다. 통증도 현저히 감소하여, 기준선 7에서 1개월 기준 1으로 중앙값 통증 점수가 감소했습니다. 돌이킬 수 없는 신경학적 결손은 여전히 일부 환자12번에서 발생했다. 이러한 사건들은 전기장 분포의 중심적 역할을 강조합니다: 전극 기하학적 또는 조직 특성의 작은 변화가 치료량을 현저히 변화시켜 환자를 과다 치료와 과다 치료에 노출시킬 수 있습니다13,14. 수치 연구에 따르면 환자별 모델링은 전극 배치를 최적화하고 척추 종양의 범위를 개선하면서 신경 구조 노출을 제한할 수 있음을 시사합니다15,16.
전기천공 치료에 대한 여러 연구 계획 프레임워크가 제안되었으나, 임상에서의 일상적인 임상 구현은 메싱/매개변수 요구사항과 계산 시간17, 18, 19, 20, 21에 의해 제한되고 있습니다. Sutter와 Poignard의 최근 연구는 임상 제약 조건과 호환되는 시술 후 영상 기반 시뮬레이션 워크플로우를 지원하며, 불완전한 전기장 등용량 커버리지가 IRE22,23 이후 국소 실패와 정확히 연관됨을 보여줍니다. 이 프로토콜은 동일한 시뮬레이션 프레임워크를 기반으로 합니다.
따라서 본 글의 목적은 실제 임상 영상 데이터셋과 전달된 전극 구성을 바탕으로 척추 ECT에서 전기장 모델링 및 검증을 위한 재현 가능하고 환자별 워크플로우를 제공하는 것입니다. 현재 형태의 이 워크플로우는 전극 위치 최적화를 위한 사전 계획에 가장 적합하며, 세분화와 모델 준비 시간이 일상적인 절차 내 조정의 한계로 남아 있기 때문입니다. 이 연구는 가설 중심의 효능 연구가 아닌 방법론적 틀로 의도되었으며, 경막외 전이 및 기타 해부학적으로 복잡한 환경에서 경피적 CT 유도 ECT를 이미 수행하거나 계획 중인 중재 종양학 및 척추 팀을 대상으로 설계되었습니다.
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이 회고적 연구는 기관 윤리 위원회(IRB 2025-566)에 따라 수행되었으며, 관련 국가 규정을 준수하였습니다. 모든 영상 데이터는 분석 전에 익명화되었으며, 사후 설계와 사용으로 인해 사전 동의 요구사항은 면제되었습니다. 장비와 소프트웨어는 재료표에 나열되어 있습니다.
1. 데이터 가져오기 및 장면 준비
2. 초기 CT(CTi)에서의 해부학적 분절
3. MRI 융합 및 종양 분절
4. 바늘 융합 및 전극 정의를 이용한 CT AI4DEEP
5. AI4DEEP에서의 전도도 할당
6. 펄스 및 바늘 특성
7. 전기장 시뮬레이션
8. 등용량 시각화 및 종양 커버리지
9. 절차 후 MRI 선택, 가져오기 및 괴사 분할
10. 시뮬레이션된 필드와 괴사의 정량적 비교 (다이스 분석)
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이 워크플로우는 척추 전이성 경막외염 치료에 시행된 9건의 전기화학요법(ECT) 시술에 성공적으로 적용되었습니다. 모든 사례에 대해 환자별 예측 전기장 모델이 생성되어 전체 프로토콜이 다양한 해부학적 구성에서 실현 가능하고 재현 가능함을 확인했습니다. CTi와 MRIp 사이, CTi와 MRI 간 엄격한 등록이 모든 경우에서 이루어졌으며, 평균 TRE는 각각 1.8 mm ± 0.6 mm, 1.9 mm ± 0.7 mm였습니다. 선형 유한 요소 시뮬레이션은 각 절차마다 연속적인 3차원 전기장 분포를 생성했습니다. 모든 경우에서 50–600 V/cm 사이의 등용량 부피가 성공적으로 생성되었습니다.
시뮬레이션된 등용량 부피와 시술 후 괴사 부위 간의 정량적 비교가 8건의 분석 가능한 사례에서 수행되었으며; 3번 사례는 다중 전극 재배치로 인해 신뢰할 수 있는 공간 비교와 다이스 분석이 불가능해 제외되었습니다. 평균 주사위 유사도...
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이 프로토콜은 척추 ECT에서 환자별 전기장 시뮬레이션을 위한 재현 가능한 워크플로우를 제공합니다. 정확하고 임상적으로 해석 가능한 예측을 얻기 위해서는 여러 방법론적 단계가 매우 중요합니다. 정확한 종양 분절이 필수적인데, 경막외 질환은 비조영제 시술 중 CT에서 잘 보이지 않기 때문입니다. 따라서 시술 전 및 시술 후 MRI의 융합은 경막외 및 척추 침범의 정확한 구분에 핵심입니다. 실제로 이미지 융합은 시각적 제어 및 표적 등록 오류(TRE) 측정을 포함한 수동 강체 등록에 의존하거나, 패치 기반 시야각 매칭26과 같이 더 고급 정렬이 필요한 경우 전용 변형 가능한 다중 모달 등록 방식을 사용할 수 있습니다. 전극 활성화 쌍과 인가된 전기장 진폭(V/cm)의 정확한 기록도 매우 중요하며, 절차적 매개변수와 모델 간의 불일치가 시뮬레이션된 장 분포에 직접적인 영향을 미치기 때문입니다. 바늘을 이용한 시술 중 CT를 계획 C...
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이 연구에 신뢰와 참여해 주신 환자분들께 감사드립니다. 그들의 기여 덕분에 이 연구가 가능해졌습니다. AIMOKA와 MONC 회원들(CP, OSe, OSu, LL, BDS)은 플랜 암 PC MECI 21CM119 00, 국립암연구소(INCa)(PLBIO n°2023-156), ANR 프로젝트 IMITATE(ANR-22-CE51-0043) 및 MIRE4VTACH(ANR-22-CE45-0014)의 부분적인 재정 지원을 받았습니다. 연구팀 AIMOKA는 AP-HP와 Inria 사이에 위치한 베르누이 연구소에 위치해 있습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 3D Slicer | 3D Slicer (open-source) | N/A | 버전 5.6.2. |
| AI4DEEP 모듈 (3D Slicer 확장) | AI4DEEP | N/A | 3D Slicer 내에서 사용되는 전기장 시뮬레이션 모듈. |
| Cliniporator VITAE | IGEA | IG0012A | 전기화학 요법에 사용되는 펄스 발생기 |
| 하이브리드 혈관조영-CT 시스템 (Alphenix 4D CT + Aquilion ONE) | Canon Medical Systems | TSX-305A | 단일 방에서 통합된 혈관조영 시스템(Alphenix) 및 CT 스캐너(Aquilion ONE); 시술 중 CT 이미징 및 시술 안내에 사용됨. |
| 직선 바늘 전극 "VGD" | IGEA | IG0E726 | 활성 길이: 20 mm / 30 mm / 40 mm(대상 크기 및 해부학에 따라 선택). |
| 워크스테이션 | Dell | N/A | Dell 워크스테이션, intelVPro ISM, Windows 11 - 16 GB RAM; 이미지 처리 및 시뮬레이션에 사용됨. |
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