혈청 제1형 콜라겐 C-말단 텔로펩타이드와 척추체 골수의 자기공명영상 기반 라디오믹스 특성 간의 관련성 : 급성 골다공증성 척추 압박골절 환자 코호트 연구 = Association Between Serum C-Terminal Telopeptide of Type I Collagen and MR Imaging-Based Radiomics Features of Vertebral Bone Marrow: A Cohort Study of Patients with Acute Osteoporotic Vertebral Compression Fractures

국문 초록 (Abstract)

혈청 제1형 콜라겐 C-말단 텔로펩타이드（C-terminal telopeptide of type I collagen, CTX）는 골흡수 상태를 반영하는 대표적 골대사 표지자이나, 채혈 시간, 식이, 골절 후 경과 시간 등 다양한 요인의 영향을 받는다. 본 연구는 급성 골다공증성 척추 압박골절（osteoporotic vertebral compression fracture, OVCF） 환자에서 골절 인접 정상 척추체 골수의 자기공명（magnetic resonance, MR） 영상 기반 3차원 라디오믹스 텍스처 특징이 혈청 CTX와 관련되는지를 평가하고자 하였다.
급성 OVCF로 진단되어 척추 MR 영상을 시행하고, 골절 확인 후 31일 이내 혈청 CTX를 측정한 환자 82명을 후향적으로 분석하였다. 혈청 CTX 0.632 ng/mL를 기준으로 정상 CTX군과 고 CTX군으로 분류하였다. 각 환자의 T1 강조 영상, T2 강조 영상, 지방억제 T2 강조（fat-suppressed T2-weighted, T2FS） 영상의 원본 의료용 디지털 영상 및 통신（Digital Imaging and Communications in Medicine, DICOM） 영상을 3D Slicer에 불러와 골절 척추체 위쪽 정상 척추체와 아래쪽 정상 척추체에 3차원 관심영역（region of interest, ROI）을 설정하였다. PyRadiomics를 이용하여 1차 통계 특징（first-order features）과 회색조 동시발생행렬（gray-level co-occurrence matrix, GLCM） 기반 텍스처 특징을 추출하였고, 두 인접 척추체의 평균값을 분석에 사용하였다. 또한 MR 영상 신호강도의 비절대성을 보정하기 위해 척추관 내 뇌척수액（cerebrospinal fluid, CSF） 신호강도를 이용한 CSF 보정 신호강도를 산출하였다. 이질성 및 균질성 관련 특징은 z-score로 표준화한 뒤 평균하여 각 MR 영상 시퀀스별 이질성 지표와 균질성 지표를 산출하였다.
총 82명 중 정상 CTX군은 51명, 고 CTX군은 31명이었다. CSF 보정 평균 신호강도는 T2 강조, T2FS, T1 강조 모든 시퀀스에서 CTX군 간 유의한 차이를 보이지 않았고, 연속형 CTX와도 유의한 상관관계를 보이지 않았다. 반면 라디오믹스 텍스처 분석에서는 고 CTX군이 정상 CTX군에 비해 전반적으로 낮은 이질성과 높은 균질성을 보였으며, 이러한 경향은 T2FS 영상에서 가장 뚜렷하였다. T2FS 영상에서는 Entropy, Range, Variance, ClusterProminence, ClusterTendency, Contrast, DifferenceEntropy, DifferenceVariance, JointEntropy, SumEntropy, SumSquares 등 이질성 또는 복잡성 관련 지표가 고 CTX군에서 낮았고, Uniformity, Id, Idm, JointEnergy 등 균질성 관련 지표는 높았다. T1 강조 영상에서도 일부 이질성 관련 지표가 낮고 Uniformity가 높은 방향성을 보였으나, T2FS 영상에 비해 군 간 차이는 덜 뚜렷하였다.
이질성 및 균질성 지표 분석에서는 T2 이질성 지표가 고 CTX군에서 유의하게 낮았고（p = 0.030）, T2 균질성 지표는 유의하게 높았다（p = 0.049）. T2FS 영상에서도 이질성 지표는 고 CTX군에서 유의하게 낮았으며（p = 0.036）, 균질성 지표는 유의하게 높았다（p = 0.030）. T1 영상에서는 이질성 지표가 낮고 균질성 지표가 높은 방향성은 유지되었으나, 통계적 유의수준에는 도달하지 않았다. 연속형 CTX와 각 지표 사이의 Spearman 상관분석에서는 세 시퀀스 모두에서 이질성 지표는 음의 상관 방향, 균질성 지표는 양의 상관 방향을 보였으나 통계적 유의성에는 도달하지 않았다. ROC 분석에서 T2FS 이질성 지표와 균질성 지표의 AUC는 각각 0.639와 0.643으로, 우연 수준보다는 높았으나 단독 판별지표로서의 성능은 제한적이었다.
결론적으로, CSF 보정 평균 신호강도는 혈청 CTX와 관련되지 않았다. 반면 T2 및 T2FS 기반 라디오믹스 텍스처 특징은 CTX군에 따라 차이를 보였으며, 특히 T2FS 영상에서 고 CTX군은 낮은 이질성 및 높은 균질성을 보였다. 이는 T2FS 영상 기반 3차원 골수 텍스처 분석이 골교체 상태와 관련된 영상 표현형을 반영할 가능성을 시사한다. 다만 ROC 분석의 판별능은 제한적이었고, 연속형 CTX와의 상관관계는 유의하지 않았으므로 본 결과는 임상적 진단 도구라기보다는 탐색적 영상 바이오마커 후보로 해석하는 것이 적절하다. 본 연구는 후향적 단일기관 연구이며 표본 수가 제한적이라는 한계가 있다. 또한 급성 OVCF 환자만을 대상으로 하였기 때문에, 혈청 CTX가 기저 골교체 상태뿐 아니라 골절 후 생물학적 반응을 일부 반영했을 가능성이 있다. 따라서 향후 표준화된 전향적 연구와 외부 검증을 통해 본 연구 결과의 재현성과 일반화 가능성을 확인할 필요가 있다.

목차 (Table of Contents)

• 서 론 1
• 대상 및 방법 6
• 성 적 21
• 고 찰 60
• 요 약 72
• 참 고 문 헌 75
• 부 록 81
• 영 문 요 약 85