만성 콩팥질환은 조기에 발견할 경우 치료가 가능하지만 질병이 진행될수록 회복이 불가능해지며 결국 이식이나 투석 등 신대체요법을 사용하여야 한다. 초음파 검사는 콩팥암, 염증성질환, 결절성 질환, 만성콩팥질환 등을 진단하는 검사 방법으로 콩팥의 크기, 내부 에코의 특성 등의 정보를 이용하여 염증의 정도에 대한 정보를 확인하기 위해서 사용된다. 현재 임상에서 질병의 정도는 사구체 여과율의 수치를 사용한다. 하지만 초음파에서도 염증과 질병의 정도 변화는 관찰이 가능하다. 본 연구에서는 초음파 영상을 컴퓨터 알고리즘을 이용하여 콩팥의 질병이 진행됨에 따라 변화하는 명도와 크기, 겉질과 속질의 불분명해지는 것을 수치로 정량화하여 임상에서 사용되고 있는 사구체여과율과 비교하여 영상이 일치하는지 실험하였다. 전체 영상 105증례에서 정상 콩팥 영상 35증례, 초기 콩팥질환 영상 35증례, 말기 콩팥질환 영상 35증례로 실험하였다. 영상의 겉질의 명도를 구하고 겉질과 신동 부분의 명도차이를 기울기로 구했고, 초음파 특성상 매끄럽지 못한 부분의 그래프는 함수 regrass를 이용하였다. 크기감소는 원본 데이터의 값으로 구하였다. 분석한 결과 영상은 영상의학과 판독과 일치하였고, 사구체 여과율과 비례하였다. 이는 향후 알고리즘 연구가 계속 진행된다면 초음파 영상의 질병에 대한 적용이 가능할 것으로 사료된다.
만성 콩팥질환은 조기에 발견할 경우 치료가 가능하지만 질병이 진행될수록 회복이 불가능해지며 결국 이식이나 투석 등 신대체요법을 사용하여야 한다. 초음파 검사는 콩팥암, 염증성질환, 결절성 질환, 만성콩팥질환 등을 진단하는 검사 방법으로 콩팥의 크기, 내부 에코의 특성 등의 정보를 이용하여 염증의 정도에 대한 정보를 확인하기 위해서 사용된다. 현재 임상에서 질병의 정도는 사구체 여과율의 수치를 사용한다. 하지만 초음파에서도 염증과 질병의 정도 변화는 관찰이 가능하다. 본 연구에서는 초음파 영상을 컴퓨터 알고리즘을 이용하여 콩팥의 질병이 진행됨에 따라 변화하는 명도와 크기, 겉질과 속질의 불분명해지는 것을 수치로 정량화하여 임상에서 사용되고 있는 사구체여과율과 비교하여 영상이 일치하는지 실험하였다. 전체 영상 105증례에서 정상 콩팥 영상 35증례, 초기 콩팥질환 영상 35증례, 말기 콩팥질환 영상 35증례로 실험하였다. 영상의 겉질의 명도를 구하고 겉질과 신동 부분의 명도차이를 기울기로 구했고, 초음파 특성상 매끄럽지 못한 부분의 그래프는 함수 regrass를 이용하였다. 크기감소는 원본 데이터의 값으로 구하였다. 분석한 결과 영상은 영상의학과 판독과 일치하였고, 사구체 여과율과 비례하였다. 이는 향후 알고리즘 연구가 계속 진행된다면 초음파 영상의 질병에 대한 적용이 가능할 것으로 사료된다.
Chronic kidney disease can be treated if it is detected early, but as the disease progresses, it becomes impossible to recover. Finally, renal replacement therapy such as transplantation or dialysis should be used. Ultrasonography is used to diagnose kidney cancer, inflammatory disease, nodular dise...
Chronic kidney disease can be treated if it is detected early, but as the disease progresses, it becomes impossible to recover. Finally, renal replacement therapy such as transplantation or dialysis should be used. Ultrasonography is used to diagnose kidney cancer, inflammatory disease, nodular disease, and chronic kidney disease. It is used to identify information about degree of inflammation using information such as kidney size, internal echo characteristics. Currently, the degree of disease in the clinic uses the value of glomerular filtration rate. However, even in ultrasound, changes in the degree of inflammation and disease can be observed. In this study, we used ultrasound images to quantify the changes in brightness, size, cortex, and subclinical changes of the kidney with progression of the disease, and compared them with the glomerular filtration rate used in clinical practice. In 105 cases, we performed 35 cases of normal kidney, 35 cases of early kidney disease, and 35 cases of terminal kidney. The brightness of the cortex of the image was obtained and the difference in brightness between the cortex and the proximal portion was obtained by the slope. The graph of the portion which was not smooth due to the ultrasonic characteristics was used as the function regrass. The size reduction was obtained from the original data. The results were as follows: It was proportional to the glomerular filtration rate. It is considered that the algorithm can be applied to the disease if the algorithm study continues.
Chronic kidney disease can be treated if it is detected early, but as the disease progresses, it becomes impossible to recover. Finally, renal replacement therapy such as transplantation or dialysis should be used. Ultrasonography is used to diagnose kidney cancer, inflammatory disease, nodular disease, and chronic kidney disease. It is used to identify information about degree of inflammation using information such as kidney size, internal echo characteristics. Currently, the degree of disease in the clinic uses the value of glomerular filtration rate. However, even in ultrasound, changes in the degree of inflammation and disease can be observed. In this study, we used ultrasound images to quantify the changes in brightness, size, cortex, and subclinical changes of the kidney with progression of the disease, and compared them with the glomerular filtration rate used in clinical practice. In 105 cases, we performed 35 cases of normal kidney, 35 cases of early kidney disease, and 35 cases of terminal kidney. The brightness of the cortex of the image was obtained and the difference in brightness between the cortex and the proximal portion was obtained by the slope. The graph of the portion which was not smooth due to the ultrasonic characteristics was used as the function regrass. The size reduction was obtained from the original data. The results were as follows: It was proportional to the glomerular filtration rate. It is considered that the algorithm can be applied to the disease if the algorithm study continues.
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문제 정의
본 논문에서는 초음파 영상으로 질병의 정도를 추정하여 조기진단에 대해 도움이 될 수 있는지 알아보고자 하였다. 정상 콩팥 영상, 초기 CKD 영상, 말기 CKD 영상과 컴퓨터 알고리즘을 이용하여 겉질 명도의 변화, 겉질과 콩팥동굴의 명도 차이에 의한 기울기, 콩팥 크기를 산출하였다.
가설 설정
초음파 영상에서 정상 콩팥의 특징은 간 보다 저에코를 보이는 콩팥 겉질(Renal cortex) 부분과 고에코를 보이는 신동(Renal sinus) 부분으로 구성된 타원형의 모양을 하고 있다. 겉질과 콩팥 동굴의 경계는 뚜렷하고 중심부의 높은 에코가 보인다. 반면 지속해서 손상된 콩팥은 섬유화에 의해 겉질의 초음파 에코가 증가한다.
만성 콩팥질환으로 진행될수록 저에코의 콩팥 실질은 섬유화의 증가로 고음영으로 관찰된다. 그로 인해 콩팥 실질과 콩팥의 신동 사이의 관계는 불분명해진다. 콩팥 실질과 콩팥 동굴 사이의 경계면의 기울기를 알아보았다.
제안 방법
만성 콩팥병의 경우 일반적으로 초음파 영상에서 얻어 지는 콩팥의 실질의 밝기 정도가 변화하는 것을 볼 수가 있다. 그 밝기의 정도 측정하고 실질의 밝기에 따라 신동 부분과 경계 지점이 완만해지는 정도를 수치화 하여 정량화하였고 마지막으로 기능하지 못해 감소하는 콩팥의 크기를 측정하였다. 그리고 현재의 임상 기준인 혈액검사 수치와 진행 정도를 비교하였다.
그 밝기의 정도 측정하고 실질의 밝기에 따라 신동 부분과 경계 지점이 완만해지는 정도를 수치화 하여 정량화하였고 마지막으로 기능하지 못해 감소하는 콩팥의 크기를 측정하였다. 그리고 현재의 임상 기준인 혈액검사 수치와 진행 정도를 비교하였다. 그 결과 질병이 진행하면서 명도의 증가와 기울기의 변화를 관찰하였고, 말기에서는 크기의 감소를 저명하게 관찰할 수 있었다.
이에 본 연구에서는 콩팥의 초음파 영상을 가지고 컴퓨터 알고리즘을 적용하여 영상분석을 시도하였다. 만성 콩팥병의 경우 일반적으로 초음파 영상에서 얻어 지는 콩팥의 실질의 밝기 정도가 변화하는 것을 볼 수가 있다.
USA) 를 이용하여 결과를 산출하였다. 장비에서 스캔하여 획득한 RGB영상은 Gray scale 방식으로 변경하여 실험하였다.
본 논문에서는 초음파 영상으로 질병의 정도를 추정하여 조기진단에 대해 도움이 될 수 있는지 알아보고자 하였다. 정상 콩팥 영상, 초기 CKD 영상, 말기 CKD 영상과 컴퓨터 알고리즘을 이용하여 겉질 명도의 변화, 겉질과 콩팥동굴의 명도 차이에 의한 기울기, 콩팥 크기를 산출하였다. 그리고 초음파 특성에 의해 명확하지 않은 겉질과 신동 부분의 기울기는 회기분석법을 이용하였다.
대상 데이터
2015년 1월부터 2016년 12월까지 경남 양산 소재 R병원에서 CKD로 진단된 환자의 초음파 영상으로 하였다. 정상 영상, 초기 CKD 영상, 말기 CKD 영상 총 105명 환자의 영상을 이용하였다.
관심역역(ROI)은 콩팥의 장축영상에서 선택하였다. 콩팥의 바깥쪽 부분에서 초음파 노이즈에 의한 인공물(artifact)이 없는 영역을 선택하였다.
콩팥의 바깥쪽 부분에서 초음파 노이즈에 의한 인공물(artifact)이 없는 영역을 선택하였다. 명도를 분석할 때 관심영역(ROI)은 그림 1과 같이 장축영상의 겉질 중수질을 제외한 영역으로 30*30 픽셀 크기로 영상을 획득하였다.
실험 영상은 영상의학과 전문의의 판독과 세포병리학적 진단결과를 기반으로 분석하였고, 콩팥 암과 콩팥낭종, 콩팥의 선천적 질병이 있는 경우는 실험에서 제외했다. 실험 장비는 RS80A (Samsung medi son, Korea) 초음파 장비를 이용하였고 영상조건은 Gain 50, dynamic range 56, Frame average 8, power 95, Frequency general로 영상을 획득하였다.
2015년 1월부터 2016년 12월까지 경남 양산 소재 R병원에서 CKD로 진단된 환자의 초음파 영상으로 하였다. 정상 영상, 초기 CKD 영상, 말기 CKD 영상 총 105명 환자의 영상을 이용하였다.
정상 환자와 초기 CKD 환자는 검진대상자로 하였고, 말기 CKD 환자는 병원에서 신대체요법인 혈액투석을 받는 환자를 대상으로 하였다. 대상자의 연령은 45세~68세로 하였고, 성별에 대한 분류는 표 1과 같이 나타내었다.
이론/모형
겉질과 신동의 경계면의 불분명한 정도를 알아보기 위해 컴퓨터 알고리즘을 이용하여 기울기를 분석하였다. CKD로 질병의 단계가 진행할수록 겉질의 명도가 증가되고 그로 인해 신동과의 경계가 불분명해진다.
콩팥 실질과 콩팥 동굴 사이의 경계면의 기울기를 알아보았다. 그리고 초음파 특성상 매끄럽지 못한 부분은 회기분석법을 이용하여 분석하였다.
정상 콩팥 영상, 초기 CKD 영상, 말기 CKD 영상과 컴퓨터 알고리즘을 이용하여 겉질 명도의 변화, 겉질과 콩팥동굴의 명도 차이에 의한 기울기, 콩팥 크기를 산출하였다. 그리고 초음파 특성에 의해 명확하지 않은 겉질과 신동 부분의 기울기는 회기분석법을 이용하였다. 그 결과는 현재 임상에서 이용하는 사구체 여과율과 수치가 일치하는지 실험하였다.
실험방법은 콩팥의 초음파 영상에서 관심영역(ROI) 을 설정하고, MATLAB 2012a(MathWorks Inc. USA) 를 이용하여 결과를 산출하였다.
성능/효과
겉질과 신동의 경계면의 불분명한 정도를 알아보기 위해 컴퓨터 알고리즘을 이용하여 기울기를 분석하였다. CKD로 질병의 단계가 진행할수록 겉질의 명도가 증가되고 그로 인해 신동과의 경계가 불분명해진다. 표 3과 같이 정상 수준의 평균 기울기는 9.
그리고 현재의 임상 기준인 혈액검사 수치와 진행 정도를 비교하였다. 그 결과 질병이 진행하면서 명도의 증가와 기울기의 변화를 관찰하였고, 말기에서는 크기의 감소를 저명하게 관찰할 수 있었다. 그리고 사구체 여과율과 비교한 연구 결과는 영상의학과 임상의 판독과 일치하였다.
그에 비해 말기 CKD에서는 작은 감소가 관찰되었지만 콩팥 크기의 감소를 확연하게 볼 수 있었다. 그러므로 종합적으로 분석해볼 때 사구체 여과율과 비교하여 비례함을 알 수 있었다.
그 결과 질병이 진행하면서 명도의 증가와 기울기의 변화를 관찰하였고, 말기에서는 크기의 감소를 저명하게 관찰할 수 있었다. 그리고 사구체 여과율과 비교한 연구 결과는 영상의학과 임상의 판독과 일치하였다.
만성 콩팥질환으로 진행될수록 저에코의 콩팥 실질은 섬유화의 증가로 고음영으로 관찰된다. 그로 인해 콩팥 실질과 콩팥의 신동 사이의 관계는 불분명해진다.
초음파 영상에서 정상 콩팥의 크기는 일반적으로 세로축의 길이가 9~12cm, 가로축의 길이가 4~5cm 정도이다. 만성 콩팥질환으로 진행될수록 초음파 영상의 특징은 콩팥의 크기가 콩팥 기능 장애의 진행에 따라 9cm 이하로 현저히 위축되는 경향을 보인다.
먼저 컴퓨터 알고리즘을 이용하여 초음파 영상의 명도 값을 산출한 결과, 표 2와 같이 정상 수준의 평균 명도 값은 23±7.7(9.3~36.3), 초기 CKD 영상의 평균 명도 값은 68.1±12.9(41.2~90.3), 말기 CKD 영상의 평균 명도 값은 70.2±10.9(49.5~92.2)로 나타내었다. 정상 초음파 영상과 초기 CKD 영상의 명도 값은 사구체 여과율과 비례한 밝기 차이가 나는 결과를 나타내었다.
2(2~6)로 나타났다. 정상 콩팥 영상에서 초기 CKD로 진행하면서 겉질의 명도와 겉질과 신동의 기울기 변화는 저명하게 관찰되었다. 그에 비해 말기 CKD에서는 작은 감소가 관찰되었지만 콩팥 크기의 감소를 확연하게 볼 수 있었다.
정상 초음파 영상과 초기 CKD 영상의 명도 값은 사구체 여과율과 비례한 밝기 차이가 나는 결과를 나타내었다. 즉 사구체 여과율 수치가 낮아질수록 명도의 평균값이 높아지는 것을 알 수 있었다.
표 4와 같이 정상 장축 콩팥의 평균 크기는 11±0.4cm이고, 초기 CKD 영상의 평균 콩팥 크기는 9.6±0.8 cm 그리고 말기 CKD 영상의 콩팥은 평균 8±0.9 cm 정도로 말기 CKD 환자의 콩팥은 병의 진행에 비례하여 위축되어있는 것으로 나타났다.
후속연구
실험 결과에서 본 한계점으로는 임상증례 영상의 수가 다소 작고 타 장기에 비해 크기가 작아 콩팥의 ROI를 크게 선택하지 못함으로써 주관이 개입될 수 있다는 점을 들 수 있다. 향후 구체적인 파라미터 계산 및 알고리즘에 관한 연구를 통해 영상 처리 시스템이 개발 및 도입된다면 혈액검사와 함께 만성 콩팥병의 조기진단과 치료를 비롯한 임상적 의사결정에서 중요한 역할을 할 것으로 생각한다.
실험 결과에서 본 한계점으로는 임상증례 영상의 수가 다소 작고 타 장기에 비해 크기가 작아 콩팥의 ROI를 크게 선택하지 못함으로써 주관이 개입될 수 있다는 점을 들 수 있다. 향후 구체적인 파라미터 계산 및 알고리즘에 관한 연구를 통해 영상 처리 시스템이 개발 및 도입된다면 혈액검사와 함께 만성 콩팥병의 조기진단과 치료를 비롯한 임상적 의사결정에서 중요한 역할을 할 것으로 생각한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
초음파 검사란?
만성 콩팥질환은 조기에 발견할 경우 치료가 가능하지만 질병이 진행될수록 회복이 불가능해지며 결국 이식이나 투석 등 신대체요법을 사용하여야 한다. 초음파 검사는 콩팥암, 염증성질환, 결절성 질환, 만성콩팥질환 등을 진단하는 검사 방법으로 콩팥의 크기, 내부 에코의 특성 등의 정보를 이용하여 염증의 정도에 대한 정보를 확인하기 위해서 사용된다. 현재 임상에서 질병의 정도는 사구체 여과율의 수치를 사용한다.
만성 콩팥병의 주된 발병 원인은 무엇인가?
6%씩 급증하고 있는 경향을 보였다.[1] 국내 에서 CKD의 주된 발병 원인은 당뇨병 41% 고혈압 1 6% 사구체신염 14%로 그 밖의 원인은 다낭성 신질환 (Polycystic diseae)과 기타 요로 질환으로[2] 식생활과 생활습관이 서구화되면서 고혈압과 당뇨병 등의 만성 질환 환자 수가 꾸준히 증가하고 있다.
CKD는 어떠한 경우를 말하는가?
미국신장재단과 국제신장학회의 Kidney Disease : Improving Global Outcome: KDIGO group에서는 원인에 상관없이 3개월 이상 사구체 여과율(Glomerular Fil tration Rate; GFR)이 60 mL/min/1.73 m² 미만인 경우와 콩팥 손상(단백뇨, 혈뇨 또는 병리학적 소견의 증거가 있을 때 CKD로 정의하였다.[3] 최근 진행 정도를 추정하여 사구체 여과율의 정도에 따라 1기(stage1)부터 5기(stage5)까지 나누어 진단한다.
참고문헌 (14)
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H. W. Kim, kyeonggi Daily News, Medical Column, 2015. http://www.kyeonggi.com/news/articleView.html?idxno581115
Korea Centers for Disease Control and Prevention, National Health Statistics, 2014.
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