Consensus-based technical recommendations for clinical translation of renal Dynamic Contrast-Enhanced (DCE) MRI

본 논문은 국제 전문가 패널이 참여한 수정된 델파이 과정을 통해 프로토콜을 표준화하고 기관 간 비교 가능성을 향상시키는 것을 목표로 신장 동적 조영증강 (DCE) MRI 의 임상 적용을 위한 전문가 합의 기반 기술 권고안을 제시합니다.

핵심

신장을 혈액을 여과하는 매우 효율적인 이차선 고속도로 시스템으로 상상해 보세요. 의사는 이 시스템을 통과하는 교통량 (혈액) 의 흐름과 얼마나 빠르게 정화되는지 관찰하고 싶어 하지만, 환자를 절개하여 내부를 직접 볼 수는 없습니다.

수년 동안 의사들은 '교통 염료 (조영제)'를 사용하여 이 과정의 영상을 촬영하기 위해 MRI 라는 특수 카메라를 사용해 왔습니다. 그러나 모든 의사와 과학자가 서로 다른 차를 타고, 서로 다른 지도를 사용하며, 서로 다른 경로를 택했습니다. 어떤 이는 고속 카메라를 사용하고 다른 이는 저속 카메라를 사용했으며, 어떤 이는 염료를 빠르게 주입하고 다른 이는 느리게 주입했습니다. 모두가 서로 다른 방식으로 진행했기 때문에 한 병원의 결과를 다른 병원의 결과와 비교하는 것은 불가능했습니다. 이는 한 차는 비 오는 날에, 다른 차는 맑은 날에 운전할 때 두 차량의 속도를 비교하려는 것과 같습니다.

대규모 회의: 규칙집 작성
이 혼란을 해결하기 위해 22 명의 국제 전문가들 ('교통 통제관') 이 모였습니다. 그들은 단순히 추측한 것이 아니라 '델파이 방법'이라는 구조화된 게임을 진행했습니다. 이는 수프의 완벽한 레시피에 대해 합의하려는 요리사들의 모임과 같습니다.

1. 그들은 수프를 요리하는 (신장 스캔하는) 방법에 대한 질문 목록을 작성했습니다.
2. 답변에 대해 투표했습니다.
3. 합의가 이루어지지 않으면 레시피를 수정하고 다시 투표했습니다.
4. 가장 중요한 단계에 대해 '녹색 신호 (75% 동의)'에 도달할 때까지 이 과정을 반복했습니다.

최종 레시피: 그들이 합의한 내용
여러 차례의 투표 끝에 그들은 신장 MRI 스캔을 위한 '최소 표준' 레시피를 만들었습니다. 새로운 규칙집의 간단한 개요는 다음과 같습니다:

• 카메라 (스캐너): 표준 1.5 테슬라 또는 3 테슬라 MRI 기계를 사용할 수 있습니다. 좋은 카메라라면 표준 디지털 카메라나 고급 카메라를 사용할 수 있다는 말과 같습니다.
• 염료 (조영제): '임상 용량'의 전체 염료 (식용 색소 한 병 전체를 사용하는 것과 같음) 대신, 더 작고 '가벼운' 양을 사용하기로 합의했습니다. 왜냐하면 이 특정 영상에서는 많은 양보다 소량의 염료가 실제로 더 선명하고 안전하기 때문입니다. 이는 컵 전체를 붓는 대신 한 방울의 잉크로 선을 그리는 것과 같습니다.
• 주사: 염료는 손으로 주입하는 것이 아니라 기계 (전동 주사기) 를 통해 주입되어야 합니다. 이는 염료가 매번 정확히 같은 속도로 신장에 도달하도록 보장하며, 엄격한 일정에 따라 도착하는 기차와 같습니다.
• 영상 설정:
  • 위치: 환자는 누워 있습니다 (안와).
  • 호흡: 숨을 참지 않고 자연스럽게 호흡해야 합니다. 숨을 참는 것은 일부 사람들에게 어렵고 영상이 흔들리게 만들기 때문입니다.
  • 속도: 카메라는 염료가 신장을 통해 빠르게 이동하는 모습을 포착하기 위해 매우 빠르게 (3 초 이하마다) 사진을 촬영해야 합니다.
  • 지속 시간: 염료가 들어가고 나오는 것을 보기 위해 영상은 최대 7 분까지 촬영되어야 합니다.
• 수학 (분석): 신장이 얼마나 잘 작동하는지 파악하기 위해 그들은 특정 '이단계' 수학 모델을 사용하기로 합의했습니다. 신장을 두 개의 방을 가진 것으로 상상해 보세요: 혈액이 들어오는 곳 (사구체) 과 여과된 액체가 가는 곳 (세뇨관) 입니다. 전체 그림을 얻으려면 두 방 모두의 흐름을 측정해야 합니다. 방 하나만 있는 모델을 사용하는 것은 너무 단순하고, 세 개 이상을 사용하는 것은 너무 복잡하여 수학을 속일 수 있습니다.

합의하지 못한 사항 ('적색 신호')
모든 것이 해결된 것은 아닙니다. 전문가들은 다음 사항에 대해 합의하지 못했습니다:

• 정확한 픽셀 크기: 개별 이미지 점들이 얼마나 작아야 하는지.
• 특정 소프트웨어: 계산을 수행할 컴퓨터 프로그램.
• 등방성 볼륨: 3 차원 데이터 블록이 완벽한 정육면체 모양이어야 하는지 (일부는 그렇다고 했지만, 다른 이는 실제 수행하기에는 너무 어렵다고 했습니다).

어린이에 대한 특별한 주의사항
이 논문은 이 규칙집이 성인용이지만 어린이에게도 매우 유용하다고 지적합니다. 그러나 어린이는 고속도로 위의 더 작고 빠른 차와 같습니다. 그들은 신장이 작고, 심장 박동이 빠르며, 더 많이 움직입니다. 어린이를 전문으로 하는 전문가들은 다음과 같은 부기사를 추가했습니다: 어린 아이들을 스캔할 때는 더 빠른 카메라와 모션 블러를 방지하기 위한 특별한 기술이 필요하지만, '두 방' 수학 모델의 기본 아이디어는 여전히 적용됩니다.

결론
이 논문은 새로운 기계나 새로운 약물을 발명한 것이 아닙니다. 대신 보편적인 사용 설명서를 만들었습니다. 이전에는 A 병원이 "신장 X 는 50% 작동 중"이라고 하고 B 병원이 "신장 X 는 60% 작동 중"이라고 하면, 서로 다른 규칙을 사용했기 때문에 누가 옳은지 아무도 알 수 없었습니다. 이제 두 병원 모두 이 새로운 '녹색 신호' 레시피를 따르다면, 그들의 수치는 비교 가능해집니다. 이는 전 세계 어디서나 의사가 신뢰할 수 있는 표준적이고 신뢰할 수 있는 도구로 신장 MRI 를 만드는 첫걸음입니다.

기술 요약

기술 요약: 신장 DCE-MRI 의 임상 전환을 위한 합의 기반 기술 권고안

문제 제기
동적 조영증강 (DCE) MRI 는 이온화 방사선 없이 신장 혈역학 및 기능을 비침습적으로 평가할 수 있는 상당한 잠재력을 지니며, 상세한 구조적 및 기능적 데이터를 제공합니다. 그러나 신장 DCE-MRI 의 임상 전환은 표준화 부족과 후처리 과정의 어려움으로 인해 저해되어 왔습니다. 이전에 합의 이니셔티브의 혜택을 받은 다른 신장 MRI 기법들 (예: ASL, BOLD, DWI) 과는 달리, 신장 DCE-MRI 연구는 여전히 제한적입니다. 이는 부분적으로 갈돌리늄 기반 조영제 (GBCA) 와 관련된 운영적 및 규제적 복잡성 때문입니다. 여기에는 신장성 전신 섬유증 (NSF) 과 조영제 유발 급성 신장 손상 (CI-AKI) 에 대한 안전성 우려, 그리고 획득 및 분석을 위한 조화로운 프로토콜의 부재가 포함됩니다. 그 결과, 방법론은 센터 간에 광범위하게 달라져 교차 사이트 비교 가능성과 견고한 임상 바이오마커 개발을 제한하고 있습니다.

방법론
이러한 과제를 해결하기 위해 국제 전문가 패널 22 명을 모집하여 합의 기반 기술 권고안을 개발했습니다. 본 연구는 2 단계 수정 델파이 방법을 근사한 체계적 합의 과정을 적용했습니다.

• 패널 구성: 패널에는 성인과 소아 신장 DCE-MRI 모두에 경험이 있는 여러 국가의 임상 영상의학, 물리학, 컴퓨팅, 공학 분야 전문가들이 포함되었습니다.
• 과정: 이 이니셔티브는 2023 년부터 2024 년 사이에 실시된 5 차례의 반복적 설문 조사를 포함했습니다.
  • 1 차: 개방형 및 폐쇄형 질문으로 구성된 초기 설문조사를 통해 주요 주제와 이견 영역을 식별했습니다.
  • 2~5 차: 제안된 합의 진술문을 작성, 정제 및 재배포했습니다. 패널원들은'트래픽 라이트'시스템을 사용하여 응답했습니다:'초록색 불'(≥75% 동의) 은 합의를 나타내고,'주황색 불'(6074% 동의) 은 명확한 선호도를 나타내며,'빨간색 불'(5059% 동의) 은 열린 쟁점을 나타냅니다. 기권율이 ≥40% 인 진술문은 제외되거나 후속 라운드를 위해 수정되었습니다.
• 범위: 권고안은 환자 준비, MRI 하드웨어, 획득 매개변수, GBCA 투여, 데이터 분석 및 보고 표준을 포괄합니다.

주요 기여 및 결과
이 과정을 통해 46 개의 초기 제안 중 37 개의 합의 진술문과 1 개의 명확한 선호 진술문이 도출되었습니다. 높은 기권율 또는 합의 부재로 인해 7 개의 진술문은 제외되었습니다. 최종 권고안은 신장 DCE-MRI 를 위한 실용적인 최소 기술 데이터 세트를 제공하며, 다음과 같이 요약됩니다:

1. 환자 준비: 전문가들은 촬영 전에 식이 섭취, 수분 상태 및 약물 사용을 기록하는 데 동의했습니다. 특정 식이 또는 수분 프로토콜 (예: 금식 대 수분 섭취) 은 대상 집단에 따라 다를 수 있으나, 이러한 변수를 기록하는 것은 기능적 측정치를 해석하는 데 필수적입니다.
2. 하드웨어 및 자기장 세기: 1.5 T 와 3 T 스캐너 모두 허용됩니다. 신체 송신기와 다중 채널 수신 코일을 권장하며, 코일은 환자의 크기에 맞게 조정해야 합니다.
3. 조영제 투여:
   • GBCA 용량은 체중에 비례해야 하며, 선형성을 유지하고 T2* 효과를 줄이기 위해 일반적으로 표준 임상 용량 (<0.1 mmol/kg) 보다 낮아야 합니다.
   • 주사는 파워 인젝터를 사용하여 수행한 후, 동일한 속도로 생리식염수로 플러시 (flush) 해야 합니다.
   • 투여는 충분한 수의 기준선 볼륨 (≥5) 을 기록한 후 이루어져야 합니다.
4. 획득 매개변수:
   • 시퀀스: T1 매핑 준비 시퀀스와 결합된 3D 그라디언트 에코 (GRE) 기반 시퀀스 (카테시안 또는 방사형).
   • 방향: 양쪽 신장과 주요 혈관을 포함하는 시야각 (FOV) 을 가진 관상면 또는 관상면 경사면으로, 대동맥 유입 인공물을 최소화하기 위해 중심을 맞춥니다.
   • 해상도: 슬라이스 두께 1~3 mm 및 면내 픽셀 크기 ≤3 mm.
   • 시간 해상도: 가능한 가장 짧아야 하며, 이상적으로는 ≤3 초입니다.
   • 지속 시간: 최대 7 분까지이지만, 특정 병변 (예: 폐색) 의 경우 더 긴 지속 시간이 필요할 수 있습니다.
   • 호흡: 자유 호흡을 권장하며, 운동 보정을 위한 후처리 이미지 등록을 수행합니다.
5. 분석 및 모델링:
   • 동맥 입력 함수 (AIF): 데이터 품질이 충분하다면 복부 대동맥이 선호되는 원천이며, 그렇지 않은 경우 인구 기반 또는 모델 기반 AIF 를 사용해야 합니다.
   • 동역학 모델링: 신장 혈류 (RBF) 와 사구체 여과율 (GFR) 을 추정하기 위해 2-구획 모델 (사구체 혈장 및 세뇨관 액) 을 권장합니다. 3 개 이상의 구획을 가진 모델은 과적합의 위험이 있다고 판단되었습니다.
   • 보고: GFR 은 [mL/min/1.73 m²] 단위로 보고하고, 세뇨관 유량 (Ft) 과 혈장 유량 (Fp) 은 [mL/min/100 mL] 단위로 보고합니다. 픽셀 기반 매개변수의 경우 평균과 표준 편차를 보고해야 합니다.

의의
본 논문은 이러한 권고안을 전 세계 MRI 센터가 신장 DCE-MRI 를 수행하고자 할 때의'출발점'으로 제시합니다. 주요 의의는 스캔 프로토콜의 조화에 기여하고 임상 전환을 촉진하는 데 있습니다. 실용적인 최소 기술 데이터 세트를 정의함으로써, 저자들은 교차 사이트 비교 가능성을 개선하고 책임 있는 임상 전환을 지원하고자 합니다. 저자들은 명시적으로 이러한 권고안이 해당 분야의 발전에 따라 5 년마다 검토 및 개정되도록 의도되었다고 밝혔습니다.

본 연구는 또한 소아 영상에 대한 특정 고려 사항을 강조하며, 합의 진술문이 주로 성인을 위한 것이지만 소아 적용은 더 작은 해부학적 구조와 빠른 조영제 통과로 인해 더 높은 시간 해상도와 운동에 강건한 전략이 필요하다고 지적합니다. 또한, 본 논문은 이러한 표준화된 프로토콜의 정량적 분석을 지원하기 위한 전용 자동화 오픈 액세스 후처리 소프트웨어에 대한 미충족 필요성을 강조합니다.

한계점
저자들은 패널 규모 (최종 라운드 기준 n=15) 가 제한적이었으며, 모든 전문가가 모든 기술 분야에 대해 확신을 가지고 있지 않았음을 인정합니다. 이로 인해 합의에 도달할 수 없었던 특정 주제 (예: 특정 재구성 방법, 등방성 보체 요구 사항) 가 제외되었습니다. 또한, 권고안은 해당 분야의 현재 상태를 기반으로 하며 새로운 기술과 안전성 데이터가 등장함에 따라 향후 업데이트가 필요할 수 있습니다.