[논문 리뷰] Towards a Computed Collateral Circulation Score in Ischemic Stroke

Marta Kersten‐Oertel, Ali Alamer외 4명|arXiv (Cornell University)|2020. 01. 20.

Acute Ischemic Stroke Management참고 문헌 6인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 뇌의 양측 간 평균 밀도 차이를 분석하여 4D 혈관 조영을 이용한 자동화된 경색 보상 순환 평가 점수를 제안한다. 28명의 뇌경색 환자를 대상으로 한 예비 연구에서 이 방법은 방사선 전문의 평가와 강한 상관관계(r² = 0.71)를 보였고, 양호한 보상 순환과 중간/열악한 수준을 효과적으로 구분하여 뇌경색 치료에서 객관적이고 자동화된 보상 순환 평가로 나아가는 유망한 단계를 마련했다.

ABSTRACT

Stroke is the second leading cause of disability worldwide. In order to minimize disability, the goal of stroke treatment is to preserve tissue in the area where blood supply is decreased but sufficient to stave off cell death. Thrombectomy has been shown to offer fast and efficient reperfusion with high recanalization rates. However, due to the inherent risks of thrombectomy, indications including evidence of good collateral circulation should be present. Currently, methods for evaluating collateral circulation are limited. In this work, we present an automated technique to compute a collateral circulation score based on differences seen in mean intensities between left and right cerebral hemispheres in 4D angiography images. In this preliminary study, we analyzed scans of 28 subjects: 4 with normal collateral circulation, 7 with good, 10 with intermediate, and 7 with poor collateral circulation, (based on radiologist score) and found a good correlation between the computed score and radiologist score (r2 = 0.71) and good separation between good and intermediate/poor groups. This work shows promise as the first step in building an automated collateral circulation score.

연구 동기 및 목표

• 뇌경색 환자에서 보상 순환을 자동으로 객관적으로 평가할 수 있는 방법을 개발하는 것.
• 전문 방사선 전문의 평가에 의존하는 데서 벗어나 계산된 정량적 점수를 도입함으로써 주관성 감소를 목표로 하는 것.
• 4D 혈관 조영에서 유도된 강도 기반 보상 순환 점수의 타당성과 상관관계를 평가하는 것.
• 보상 순환 상태를 정량화하여 혈전용해술 적합성 판단을 더 빠르고 일관성 있게 만들기 위한 것.
• 미래에 자동 보상 순환 평가 점수가 임상 뇌경색 영상 워크플로우에 통합될 수 있는 기반을 마련하는 것.

제안 방법

• 이 방법은 4D CT 혈관 조영(4D-CTA) 데이터셋에서 양측 대뇌 반구 간 평균 Hounsfield 단위(HU) 강도 차이를 기반으로 보상 순환 점수를 계산한다.
• 동맥기 및靜맥기에서 양측 간 강도 차이를 계산하여 보상 순환 동역학을 평가한다.
• 점수는 정규화된 강도 차이에서 유도되며, 더 큰 비대칭성이 열악한 보상 순환을 의미한다고 가정한다.
• 중간 뇌동맥 영역을 중심으로 한 영역-관심 기반 분석을 사용한다.
• 전문 방사선 전문의 평가(정상, 양호, 중간, 열악)와의 비교를 통해 계산된 점수를 검증한다.
• 통계 분석에는 계산된 점수와 방사선 전문의 점수 간 피어슨 상관계수(r²) 및 수신기 작동 특성(ROC) 곡선을 이용한 군 간 분리 분석이 포함된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 4D-CTA에서의 양측 간 강도 차이를 이용해 신뢰할 수 있는 자동 보상 순환 점수를 도출할 수 있는가?
• RQ2 계산된 점수는 전문 방사선 전문의의 보상 순환 상태 평가와 얼마나 잘 상관되는가?
• RQ3 계산된 점수는 양호한 보상 순환과 중간/열악한 보상 순환 간에 효과적으로 구분할 수 있는가?
• RQ4 이러한 방법은 급성 뇌경색 임상 적용에 충분히 강건한가?
• RQ5 수동 평가 대비 이 방법이 보상 순환 평가의 평가자 간 변동성을 줄일 수 있는가?

주요 결과

• 계산된 보상 순환 점수는 모든 28명의 환자에서 방사선 전문의 점수와 강한 상관관계(r² = 0.71)를 보였다.
• 이 방법은 양호한 보상 순환을 가진 환자와 중간 또는 열악한 보상 순환을 가진 환자를 효과적으로 분리했다.
• 4D-CTA에서 HU 강도 비대칭성을 보상 순환 상태의 대체 지표로 사용할 수 있음을 입증했다.
• 계산된 점수는 심장 동역학의 다양한 단계(동맥기 및 정맥기)에서 일관성을 유지했다.
• 자동 보상 순환 점수화가 주관성을 감소시키고 혈전용해술 적합성 결정을 향상시킬 수 있음을 시사한다.
• 예비 연구는 향후 뇌경색 영상 워크플로우에 이 방법의 임상적 도입 가능성을 뒷받침한다.