주요 논문
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2025Abstract TP167: Segmentation of leukoaraiosis on noncontrast brain using CT-MRI paired data without human annotation
Chi Kyung Kim, Kyungmi Oh
IF 11.1 (2025)
Stroke
목적: 백질 고신호강도(White matter hyperintensities, WMH)는 노인에서 흔히 관찰되는 뇌 이상으로, 루코아라이오시스(leukoaraiosis, LA)로도 알려져 있다. CT에서 LA를 평가하는 것은 백질과의 저감쇠(hypoattenuation)가 상대적으로 구분이 어렵기 때문에 도전적이다. 본 연구는 CT-MRI 짝지어진 자료를 이용하여 LA 분할(segmentation) 알고리즘을 개발하고 검증하고자 하였다. 방법: 4개 뇌졸중 센터에서 수집된 허혈성 뇌졸중 환자 744명에 대한 CT-MRI 짝지어진 데이터를 포함하였다. 외부 테스트 세트는 겹치지 않는 병원에서 온 411명의 환자로 구성하였다. MRI의 WMH는 검증된 소프트웨어로 분할하였고, 그 분할 마스크를 NCCT 공간에 등록(registered)하였다. 예측된 LA와 정답(ground-truth)으로 등록된 LA 및 MRI에서의 WMH를 Dice 유사도 계수(Dice similarity coefficient, DSC)와 일치도 상관계수(concordance correlation coefficient, ρ)를 사용하여 비교하였다. 결과: 훈련 및 외부 테스트 데이터 세트의 평균 연령(SD)은 각각 68.1(SD 12.7)세와 69.2(SD 13.5)세였으며, 여성 비율은 각각 33.2%와 47.9%였다. 내부 검증 데이터 세트에서, 본 알고리즘은 DSC 0.53을 달성하였고, CT에서 등록된 LA 용적과의 용적 상관(ρ)은 0.848이었다. 외부 검증에서는 DSC 0.527을 보였으며, 예측된 LA 용적을 각각 LA 등록 용적과 비교했을 때 ρ 값은 0.919, MRI에서의 WMH 용적과 비교했을 때 ρ 값은 0.760이었다. 하위집단 분석에서는 서로 다른 CT 장비(vendor) 및 뇌경색(infarct) 용적에 걸쳐 일관된 성능이 확인되었다. 결론: 본 딥러닝 알고리즘은 CT에서의 LA 분할에 있어 유의미한 진전을 제공하며, CT와 MRI 평가 간의 격차를 연결한다. LA를 평가하기 위한 일관되고 접근 가능하며 정확한 방법을 제공함으로써 환자 진료를 개선하고, 임상 실무와 대규모 연구 모두를 뒷받침한다.
https://doi.org/10.1161/str.56.suppl_1.tp167
Medicine
Leukoaraiosis
Annotation
Radiology
Segmentation
Magnetic resonance imaging
Nuclear medicine
White matter
Artificial intelligence
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2025Abstract WP197: Detection and segmentation of hyperdense middle cerebral artery sign on non-contrast CT using artificial intelligence
Chi Kyung Kim, Wi‐Sun Ryu, Kyungmi Oh
IF 11.1 (2025)
Stroke
배경: 큰혈관폐색(LVO) 환자에서 관찰되는 고음영 동맥 징후(Hyperdense artery sign, HAS)는 허혈성 뇌졸중 후 예후와 연관된다. HAS의 수동 분할(segmentation)은 노동 집약적이므로, 다기관 데이터셋을 이용하여 두 명의 전문가가 독립적으로 주석을 부여한 자료 기반의 비조영 뇌 CT(NCCT) 영상에서 자동화된 HAS 분할 알고리즘을 개발하고 검증하였다. 방법: 학습 데이터셋에는 2011년 5월부터 2022년 12월까지 6개 뇌졸중 센터에서 동시 시행된 NCCT 및 CT 혈관조영(CT angiography) 검사를 받은 허혈성 뇌졸중 환자를 포함하였다. 외부 검증은 1개 뇌졸중 센터의 데이터셋을 이용해 수행하였다. 임상 검증 데이터셋에는 증상 발현 후 24시간 이내에 입원한 환자 연속군을 2020년 12월부터 2023년 4월까지 6개 뇌졸중 센터에서 포함하였다. 모델은 2D U-Net 알고리즘을 사용하며, 두 명의 전문가의 수동 분할을 기반으로 학습하였다. 각 전문가가 개별적으로 주석을 부여한 데이터셋으로 학습한 모델들을 구성하고, 두 전문가의 주석을 무작위로 섞어(shuffled) 만든 주석을 이용한 앙상블(ensemble) 모델도 구축하였다. 모델의 성능은 수신자 조작 특성 곡선(ROC) 아래 면적(AUROC), 민감도, 특이도를 비교하여 평가하였다. 결과: 총 673명, 365명, 774명의 환자가 각각 학습, 외부 검증, 임상 검증 데이터셋에 포함되었으며, 평균(SD) 연령은 68.8(13.2)세, 67.6(13.4)세, 68.8(13.6)세였고 남성 빈도는 55.0%, 59.5%, 57.6%였다. 앙상블 모델은 외부 검증 데이터셋에서 단일 전문가 주석으로 학습한 모델들에 비해 더 높은 AUROC와 민감도를 보였다. 임상 검증 데이터셋에서 앙상블 모델은 AUROC 0.846(95% CI, 0.819–0.871), 민감도 76.8%(65.1–86.1%), 특이도 88.5%(85.9–90.8%)를 나타냈다. 예측된 혈전(clot) 부피는 추적 확산강조영상(diffusion-weighted imaging)에서의 경색(infarct) 부피와 유의한 상관관계를 보였으며(r=0.42; p<0.001), 결론: 본 알고리즘은 HAS를 신속하고 정확하게 식별하여, 시술(intervention)이 필요할 수 있는 잠재적 환자 선별을 가능하게 한다.
https://doi.org/10.1161/str.56.suppl_1.wp197
Medicine
Contrast (vision)
Segmentation
Artificial intelligence
Sign (mathematics)
Middle cerebral artery
Radiology
Anatomy
Pattern recognition (psychology)
Cardiology
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Article
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인용수 5
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2024Orally Deliverable Iron‐Ceria Nanotablets for Treatment of Inflammatory Bowel Disease
Seungmin Baik, Hyunmin Kim, Yun‐Jung Lee, Taegyu Kang, Kwangsoo Shin, Changyeong Song, Ok Kyu Park, Byeonggeun Kang, Nohyun Lee, Dokyoon Kim, Seung Hong Choi, Seung Han Kim, Min Soh, Taeghwan Hyeon, Chi Kyung Kim
IF 9.6 (2024)
Advanced Healthcare Materials
세리아 기반 나노입자는 다양한 염증성 질환의 치료에 있어 다용도로 활용될 수 있으나, 안전성 우려와 제한된 전달 시스템으로 인해 임상 전환 가능성은 저해되고 있다. 한편, 염증성 장질환(IBD)의 특발성 성격은 장의 면역계를 조절함으로써 더 다양한 치료제에 대한 요구를 뒷받침한다. 이에, 향상된 나노자임 활성과 기존 세리아 기반 나노입자에 비해 낮은 독성 위험을 갖는 철-세리아 나노입자(CF NPs)의 합성 및 경구 제형화를 보고한다. CF NPs는 칼슘 인산염(CaP)에 클러스터로 집적되고, pH 반응성 고분자로 코팅되어 철-세리아 나노정(CFNT)의 장용성 제형을 제공한다. CFNT는 생체 내에서 덱스트란 설페이트 나트륨(DSS) 유발 장염전 모델에서, 대식세포와 호중구를 포함한 선천 면역 세포의 친염증성 행동을 조절하고 항염증성 사이토카인 프로파일을 유도하며 염증 경로의 핵심 전사인자를 하향 조절함으로써 현저한 완화 효능을 보인다.
https://doi.org/10.1002/adhm.202401994
Inflammatory bowel disease
Immune system
In vivo
Innate immune system
Medicine
Immunology
Disease
Internal medicine
Biology
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Article
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2024Co-Delivery of Renal Clearable Cerium Complex and Synergistic Antioxidant Iron Complex for Treating Sepsis
Young Geon Kim, Boomin Choi, Yun‐Jung Lee, Bohyung Lee, Hyunmin Kim, Seung Hong Choi, Ok Kyu Park, Yubeen Kim, Seungmin Baik, Dokyoon Kim, Min Soh, Chi Kyung Kim, Taeghwan Hyeon
IF 16 (2024)
ACS Nano
단핵 식세포계는 순환하는 무기 나노물질을 혈류로부터 제거하며, 이로 인해 축적된 금속 종의 만성 독성에 대한 우려가 제기된다. 따라서 전신 주사 이후 각 금속의 거동에 대한 더 나은 이해가 임상적 적용을 위해 필요하다. 본 연구는 세륨의 축적에 있어 금속-리간드 상호작용의 중요성을 규명하고, 결합 친화성이 강한 다치(多齒) 킬레이터에 세륨이 배위된 형태만이 주요 장기에 축적되지 않음을 보여준다. 구체적으로, 디에틸렌트리아민 펜타아세트산(diethylenetriamine pentaacetic acid, DTPA)과 킬레이트화된 세륨은 체내에서 신장으로 배설 가능한 나노입자를 형성하여 세륨 이온의 용출을 회피하는 반면, 결합이 약한 세륨 기반 나노물질은 생리적 인산염 이온과 마주치면 불용성 침전물을 생성한다. 세륨-DTPA로부터 유도된 신장으로 청소(제거) 가능한 세리아 기반 나노입자(Ceria-based renally clearable nanoparticles; CRNs)는 철-DTPA와 함께 항산화 쌍으로 활용되며, 이들의 결합은 페ント(n) 반응을 활용하여 과산화수소를 상승적으로 제거하는 데 기여한다. 그 결과, 리포다당류(lipopolysaccharide, LPS)로 활성화된 대식세포에서 염증 유발 인자들의 유전자 발현이 감소하고, 전신 염증 반응 및 그 하류의 조직 손상을 완화함으로써 패혈성 마우스의 생존율이 향상된다. 본 연구는 철-DTPA와 결합된 CRN을 전신 염증을 치료하기 위한 비축적성 나노의약품으로 활용할 수 있음을 보여주며, 이로써 기존의 세리아 나노입자 기반 치료의 한계를 극복한다.
https://doi.org/10.1021/acsnano.4c05902
Cerium
Diethylenetriamine
Hydrogen peroxide
Chemistry
Antioxidant
Nanoparticle
Metal
Materials science
Inorganic chemistry
Nanotechnology
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2023Abstract TP241: Therapeutic Effects Of Magnet-induced Stem Cells Using Ferrimagnetic Iron Oxide Nanoparticles In Ischemic Stroke Model
Chi Kyung Kim, Han Jun Kim, Jung Hoon Han, Kyungmi Oh
IF 7.8 (2023)
Stroke
배경: 정맥 주사에 의한 이식 후 줄기세포의 표적 전달 효율은 빠른 제거로 인해 제한된다. 따라서 더 효과적이고 새로운 방법이 필요하다. 우리는 허혈성 뇌졸중 후 줄기세포의 표적 전달을 향상시키기 위해 페리마그네틱 산화철 나노입자(FION) 표지와 자기장을 결합하는 것이 도움이 될 수 있다고 가설을 세웠다. 방법: 일반적인 FION 나노큐브 합성에서 철(III) 아세틸아세토네이트를 올레산, 4-비페닐카복실산, 벤질 에터의 혼합물에 첨가하였다. 자기 나노입자를 이용한 신경줄기세포(NSC)의 치료 효과를 뇌의 허혈성 뇌졸중에서 평가하였다. SD 랫트에서 일과성 중대뇌동맥 폐색(MCAO)을 유도하였다. 철 산화물 나노입자로 표지된 NSC를 꼬리정맥에 주입하였다. 자기공명 추적을 수행하고 프러시안 블루(Prussian blue) 염색으로 표지된 줄기세포를 확인하였다. 고도 당화 종말산물(receptors for advanced glycation end products) 수용체로부터 유래한 폴리펩타이드와 뇌혈관 질환의 예방 및 치료를 위한 제약 조성물은 동일한 성분으로 구성된다. 결과: F3-VEGF NSC 세포에서 FION의 유입은 면역형광으로 확인되었다. F3 세포에서 VEGF를 과발현시킨 후, Western blotting으로 이를 확인하였다. FION을 포함한 NSC에서의 세포독성 측정 결과, 80 μg 이상의 독성이 관찰되었으나 40 μg를 7일간 처리한 경우 독성이 없었다. MCAO 유도 후 6시간째 4×10^6 개의 NSC를 주입하였고, 병원체에 이식된 줄기세포가 잘 이동할 수 있도록 자석을 배치하였다. 1일 후부터 최대 35일까지 매주 행동검사를 실시하였다. MCAO 유도 후 FION-NSC를 이식한 군은 대조군에 비해 35일째 행동검사에서 유의하게 개선되었다. 조직 내에서 FION의 분포를 측정하기 위해 MRI를 시행하였으며, 백색 원(white circles)의 병변 내로 침투하는 소견이 확인되었다. ICP-MS 결과, 자석 적용군은 FION 단독군에 비해 FION이 7배 더 농축된 것으로 나타났다. 뇌 조직에서의 분포는 FION의 형광 이미지를 통해 관찰되었다. 결론: 본 연구는 자기장 사용이 허혈성 뇌 손상에서 줄기세포 기반 세포치료의 표적 이동 효능을 향상시키는 데 유용할 수 있음을 시사한다.
http://dx.doi.org/10.1161/str.54.suppl_1.tp241
Medicine
Neural stem cell
Stem cell
Iron oxide nanoparticles
Pharmacology
Transplantation
Stroke (engine)
Nanoparticle
Internal medicine
Cell biology