면역관문억제제(Immune checkpoint inhibitors, ICI)는 진행성 비소세포폐암(non-small cell lung cancer, NSCLC)의 표준 치료로 자리 잡았다. ICI 치료 반응을 예측하기 위한 유일하게 승인된 바이오마커인 PD-L1 면역조직화학염색(impmunohistochemistry, IHC)은 특히 낮은 발현(1–49%) 환자에서 예측력이 제한적이다. NSCLC에서의 비정상적인 종양 혈관구조는 예후 불량과 상관되며, 약물 전달을 방해하고 면역세포 활성화를 억제함으로써 치료 효능을 저해한다. 본 연구에서는 조영증강 CT에서 종양 혈관 패턴을 포괄적으로 분석하여 면역치료 반응을 예측하는 AI 기반 바이오마커를 개발하였다. 우리는 1,051명의 NSCLC 환자에서 얻은 조영증강 CT 데이터를 이용하여, 종양 관련 혈관과 정상 폐 혈관 모두에 초점을 맞추고 모델을 개발하고 훈련하였다. 면역치료를 받은 환자에서 종양 혈관과 정상 혈관의 특징 분포 간 마할라노비스 거리(Mahalanobis distance)에 기반하여 Vessel Risk Score(VRS)를 개발하였다. 외부 검증을 위해, 두 개의 독립된 기관에서 면역치료를 받은 321명의 환자에서 치료 전 CT 영상을 분석하였다(아주대학교병원: 218명, 인하대학교병원: 103명). 모든 영상은 방사선종양학과 전문의가 검토하였다. VRS는 환자 예후를 효과적으로 층화하였다. VRS Low 군(n=160)은 VRS High 군(n=161)과 비교하여 유의하게 더 긴 무진행생존기간(progression-free survival, PFS)을 보였다(mPFS: 4.9 vs 2.8개월, p=0.013). 다변량 분석에서 VRS는 PFS(HR=1.63, 95% CI=1.26–2.10, p<0.001) 및 OS(HR=1.60, 95% CI=1.18–2.17, p=0.003) 모두에 대해 PD-L1 발현과 함께 독립적인 예후 인자로 입증되었다. 특히 임상적 의사결정이 어려운 PD-L1 낮은 발현 환자(1–49%)에서 VRS는 치료 반응(CR, PR, SD)에 대한 AUROC 0.68(95% CI: 0.60–0.77), 지속적 임상적 유익(durable clinical benefit, DCB)에 대한 AUROC 0.70(95% CI: 0.60–0.78)로 우수한 예측 성능을 보인 반면, PD-L1은 0.5 미만의 예측력을 나타냈다. VRS는 PD-L1과 유의한 상관관계를 보이지 않았다(p=0.354), 이는 혈관 이상을 평가함에 있어 상보적 역할을 시사한다. VRS와 PD-L1 발현의 조합은 예후 층화를 향상시켰다. PD-L1 High/VRS Low 환자에서는 mPFS 7.2개월 및 mOS 23.9개월을 보였고, PD-L1 Low/VRS High 환자에서는 mPFS 2.3개월 및 mOS 9.8개월을 보여 현저한 예후 차이를 나타냈다. 본 CT 기반 혈관 구조 바이오마커는 NSCLC 환자에서 면역치료 반응을 예측하기 위한 효과적이고 비침습적인 방법을 제공한다. VRS는 특히 PD-L1 낮은 발현 환자의 치료 예후 예측에 유용하며, PD-L1 발현 데이터와 상보적으로 작용한다. 이러한 결과는 NSCLC 면역치료에서 종양 혈관 패턴의 중요성을 강조하며, 환자 선택을 개선하고 맞춤형 치료 전략 수립을 촉진할 잠재력이 있다. 참고문헌 형식: JunHyeong Park, Jaesung Heo, Jun Hyeok Lim, Woo Kyung Ryu, Jeong-Seon Ryu, Jeong-Seok Choi, Lucia Kim. AI-driven vascular structure analysis predicts immunotherapy response in non-small cell lung cancer [abstract]. In: Proceedings of the American Association for Cancer Research Annual Meeting 2025; Part 1 (Regular Abstracts); 2025 Apr 25-30; Chicago, IL. Philadelphia (PA): AACR; Cancer Res 2025;85(8_Suppl_1):Abstract nr 7165.