Repository Collection: null

GAN 기반 단일전극(leadI) 심전도로 다중전극(12-lead ECG) 심전도 생성

2022-12-31T15:00:00Z

Title: GAN 기반 단일전극(leadI) 심전도로 다중전극(12-lead ECG) 심전도 생성 Author(s): 윤기원 Abstract: 심전도(ECG)는 심장의 리듬과 전기적 활동을 측정하는 데 사용되는 검사 방법이다. 사지 리드 및 흉부 리드 측정 방법은 표준 ECG 측정 방법이다. 사지 리드 방식은 좌우 팔과 다리에 전극을 부착하여 아인토벤 삼각형(Einthoven’s triangle)의 형성을 관찰할 수 있습니다. 흉부 유도 방식에서는 전극을 심장 근처인 흉부 표면에 부착한다. 사지 리드는 I, II, III, aVR, aVL 및 aVF로 표시되고 흉부 리드는 V1, V2, V3, V4, V5 및 V6으로 표시된다. 심장은 3차원 구조이며 사지 리드는 심장의 관상면을 측정하고 가슴 리드는 심장의 횡단면을 측정한다. 심전도 측정 방법에는 resting ECG, Holter ECG 그리고 treadmill 측정 방법이 있다. Resting ECG 측정 방법에 경우 환자의 몸에 전극을 부착하고 환자가 누운 상태에서 10초간 심전도를 측정하며 홀터에 경우 실시간으로 심장 활동을 모니터링하는데 사용되며, 트레드밀 심전도 측정은 환자가 운동을 하는 동안 ECG를 측정하여 심장병의 가능성을 판단한다. 최근 의료기기에서 Internet of Medical Things (IoMT) 분야가 연구되고 있으며 웨어러블 기기를 통한 환자의 실시간 모니터링이 중요시되고 있다. 기존의 방법과 달리 현재 심전도는 스마트 기기, 웨어러블 기기 등 다양한 기기를 사용하여 측정되고 있다. 스마트 워치는 패션 액세서리에서 종합적인 건강 및 피트니스 기기로 진화했으며, 스마트워치의 가장 큰 건강 기능 중 하나는 단일 리드 ECG 신호를 측정하는 기능이다. 하지만 기존의 12 리드 심전도 측정보다 자세한 판독 값을 얻을 수 없다. 따라서 본 연구는 단일 리드 측정을 통해 얻은 심전도를 다중 리드로 변환하는 것에 목적을 가진다. 다중 리드 ECG에 사용되는 전극의 수를 줄이기 위해 여러 연구가 수행되었다. Vectorcardiogrphy(VCG) 방법은 시간에 따른 ECG 파형의 공간적 위치를 표시하여 개발되다. 이 방법을 수행하려면 X와 Z가 가로 평면을 구성하고 Y와 Z가 시상 평면을 구성하는 세 개의 직교 리드 X, Y, Z가 필요하며 VGC 방법에서 사용되는 Dower 변환은 Frank 리드 시스템에서 가져온 X, Y 및 Z 신호로 부터 12-리드 ECG 데이터를 재구성하기 위해 계수를 계산합니다. [1-3] 최근에는 convolutional neural network(CNN, 합성곱 신경망), Recurrent neural network (RNN, 순환 신경망)모델 중 하나인 Long Short Term Memory(LSTM), Generative adversarial network (GAN, 적대적 신경망) 등의 인공지능 기술을 이용하여 심전도 분류 및 예측에 사용되고 있다. 특히 GAN에 경우에는 이미지 기반 생성에만 활발히 연구 되고 있으며 좋은 성능을 보인다. 본 연구에서는 ECG 신호의 왜곡을 최소화 하면서 GAN을 사용하여 단일 리드로부터 다중 리드를 생성하는 알고리즘을 개발하였다. 개발된 모델은 크게 discriminator (판별자) 와 generator (생성자) 두 가지로 나뉘며, discriminator에 경우 생성된 심전도와 실제 심전도의 차이를 판별하며 generator는 심전도를 생성하는 모델이다. 심전도 데이터에 경우 중국 심전도 데이터베이스와 독일 심전도 데이터베이스를 이용하였다. 중국 데이터에 경우 10,646명의 환자와 10,646심전도 기록을 가지며 독일 데이터베이스는 18,885명의 환자와 21,837 심전도 기록을 포함한다. 두 데이터베이스 모두 10초 길이의 12 리드 심전도이며 2.5초 식 데이터를 자르는 전처리를 진행하였다. 본 연구 진행시 독일 데이터로 학습한 모델 (실험 I)은 중국 데이터로 테스트하였으며 중국데이터로 학습한 모델 (실험 II)은 독일 데이터로 평가하였다. 개발된 모델은 Fréchet Distance Score (FD score)와 Mean Squared Error (MSE)로 평가하였으며, 실험 I, II 의 FD와 MSE 점수에 경우 7.237와 0.024, 8.055와 0.011의 결과를 보였다. 본 연구는 서양과 동양 모두의 데이터로 서로 교차 검증을 통하여 다민족 데이터에 활용 가능함을 입증하였다. 하지만 데이터의 심전도 질환의 불균형으로 인하여 질환 데이터의 심전도 생성의 성능이 정상 심전도보다 낮은 한계를 가진다. 이는 질환 심전도 데이터 수를 늘림으로써 해결이 가능할 것으로 보인다.

Balloon Neck-plasty to Create a Wide-necked Aneurysm in the Elastase-induced Rabbit Model

2022-12-31T15:00:00Z

Title: Balloon Neck-plasty to Create a Wide-necked Aneurysm in the Elastase-induced Rabbit Model Author(s): 원동성 Abstract: Background and Purpose: The reliable and safe elastase-induced aneurysm (EIA) model in rabbits has been proposed for translational research; however, the adjustment of the aneurysm neck size remains challenging. The purpose of this study was to investigate the technical feasibility and safety of using balloon neck-plasty to create a wide-necked aneurysm in EIA model of the rabbit right common carotid artery (CCA). Materials and Methods: A total of 15 male New Zealand White rabbits were randomly allocated to three groups as follows: group A, EIA without neck-plasty; group B, neck-plasty immediately after EIA creation; group C, neck-plasty at 4 weeks after EIA creation. After surgical exposure of the right CCA, a sheath was inserted for the instillation of elastase for 20 min. Fogarty balloon catheters sized to achieve a balloon: artery ratio of 1.2 were used for the neck-plasty. All rabbits were euthanized four weeks after the EIA creation procedure. Aneurysmal neck sizes, height, and dome-to-neck (D/N) ratio, and histological parameters were compared between the three groups. The wide-neck aneurysm was defined that the D/N ratio was less than 1.0. Results: Aneurysm creation procedures with/without neck-plasty were technically successful in 14 of 15 rabbits (93.3%). One rabbit died during the procedure due to adverse anesthetic event. Saccular and wide-necked aneurysms were successfully created in all surviving rabbits. The aneurysm neck and D/N ratio were significantly greater in groups B and C than in group A (all p < 0.05). Tunica media thickness, the vessel area, the luminal area, and the degree of internal elastic lamina destruction were significantly greater in groups B and C than in group A (all p < 0.05). Tunica adventitia thickness, the vessel area, and the luminal area were significantly greater in group B than in group C (all p < 0.001). Conclusion: Creation of a wide-necked aneurysm model using balloon neck-plasty after elastase induction in the rabbit is technically feasible and safe. Neck-plasty after elastase instillation effectively established a wide-necked aneurysm as a potential model for reproducing the mechanisms of the aneurysm. Immediate neck-plasty affected the formation of a wider wide-neck aneurysms, and although the EIA procedure creates a saccular aneurysm, later neck-plasty can also create a wide-neck aneurysm.

뇌 소교세포의 미토콘드리아 스트레스가 근골격계와 지방조직에 미치는 영향 연구

2022-12-31T15:00:00Z

Title: 뇌 소교세포의 미토콘드리아 스트레스가 근골격계와 지방조직에 미치는 영향 연구 Author(s): 오유림 Abstract: 시상하부(hypothalamus)는 사람을 포함한 포유류에서 에너지섭취와 소모를 관장하는 곳으로 체중 조절에 중요한 기관이다. 시상하부 POMC 신경세포에 미토콘드리아 리보좀 단백인 Crif1(CR6-interacting factor 1) 유전자를 녹아웃 시켜서 미토콘드리아 스트레스를 유발한 생쥐에서 지방조직에 열발생이 증가하여 비만이 억제 되었다. 중추신경계에 존재하는 면역세포의 일종인 소교세포는 정상상태에서는 뇌 항상성을 유지하며, 병적인 상태에서는 활성화되어서 신경염증을 유발한다. 본 연구는 소교세포에 선택적인 미토콘드리아 스트레스의 유발이 전신 대사 및 근골격계에 미치는 영향을 연구하였다. CX3CR1-eYFP-ERT2-Cre 생쥐와 Crif1-floxed 생쥐(Crif1f/f) 를 교차교배하여 태어난 생쥐들이 7주령일 때 tamoxifen을 주사하여 소교세포에 국한된 CRIF1 결핍을 유도하였다. CX3CR1;Crif1f/f(KO) 생쥐와 Crif1f/f(WT) 생쥐에서 정상식이와 고지방식이를 섭취하는 동안 체중, 먹이 섭취, 포도당 및 인슐린 저항성, 에너지소비를 측정하고, 근육, 지방, 뼈에 일어나는 변화를 관찰하였다. 정상식이를 섭취한 CX3CR1;Crif1f/f(KO) 생쥐는 Crif1f/f(WT) 생쥐에 비해 경도의 체중 증가가 관찰되었고, 이는 제지방량(lean mass) 의 증가에 의한 것이었다. CX3CR1;Crif1f/f(KO) 생쥐에서는 골량과 골밀도가 유의하게 증가하였으며, Quadriceps 근육의 무게 증가와 운동 능력이 현저하게 향상되었다. 정상식이 동안 체지방량(fat mass)에는 큰 변화가 없었으나, 서혜부 흰색지방조직의 열발생과 갈색지방화가 관찰되었다. 정상식이 동안 먹이섭취와 에너지대사 및 당대사에는 큰 차이가 없었다. 고지방식이 섭취 동안 CX3CR1;Crif1f/f(KO) 생쥐에서는 비만 발생이 현저하게 억제되었으며, 서혜부 흰색지방 조직과 복강내 흰색지방조직의 열발생 증가와 지방세포 크기의 감소가 관찰되었다. 시상하부에서는 미토카인(mitokine)인 GDF-15(growth and differentiation factor 15) 발현과 염증성 시토카인인 IL-1ß 발현이 증가하였고, 소교세포는 형태학적으로 활성화된 양상을 보였다. 소교세포-특이적 미토콘드리아 스트레스는 정상식이 상태에서 뼈와 근육 양의 증가와 운동 능력의 향상을 가져왔으며, 고지방식이 상태에서는 지방조직의 열발생을 촉진하여 비만 발생을 억제하였다. 이러한 미토콘드리아 스트레스의 건강에 유리한 작용이 시상하부에서 발현이 증가한 GDF-15과 연관이 있을 것인지에 대해서는 추가 연구가 필요하다.

B7-H3 ADC의 단독 및 방사선 병용 비임상 효능 평가

2022-12-31T15:00:00Z

Title: B7-H3 ADC의 단독 및 방사선 병용 비임상 효능 평가 Author(s): 손가원 Abstract: 암 치료 기술의 꾸준한 발전으로 다양한 치료방법이 개발되었으나 이들 대부분이 여전히 암세포뿐만 아니라 정상세포에도 손상을 주는 부작용이 동반되는 단점이 있어 이를 해결할 수 있는 방법이 필요하다. 특히 방사선 치료는 다른 어떤 치료 방법보다 세계적으로 가장 널리 사용되는 치료법이므로 방사선 치료의 효능 증진과 부작용 감소를 이끌어내는 새로운 치료법 개발은 매우 중요한 연구이다. 최근 대두되고 있는 방법으로는 방사선과 항체-약물 접합체 (ADC)를 병용 처리하는 것으로 이 방법을 통해 각 치료법을 최적의 용량으로 사용할 수 있어 부작용을 최소화할 뿐만 아니라 치료 효과를 극대화할 수 있다. ADC는 항체가 표적 하는 암 항원에 의해 항암제를 종양 특이적으로 효과적인 전달이 가능하기 때문에 유망한 치료 방식이다. 이 실험에서 사용된 ADC는 B7-H3를 표적으로 하며 B7-H3 단백질은 폐암 및 유방암, 대장암을 포함한 다양한 암종에서 높게 발현되어 있다. 또한, B7-H3의 높은 발현은 다양한 악성 종양에 걸쳐 좋지 않은 임상 결과를 나타낸다. 이 연구는 B7-H3 ADC의 효능을 입증하고 방사선과의 병용 효과를 확인하는 것을 목표로 한다. B7-H3 표적 치료를 위한 새로운 B7-H3 ADC (dHBD)의 효능을 입증하기 위한 실험을 진행했다. B7-H3 ADC (dHBD)는 pyrrolobenzodiazepine (PBD)에서 용해도를 개선한 dHBD (heterocycle fused benzodiazepine dimer)와 항B7-H3항체와 결합하여 개발되었다. B7-H3 ADC (dHBD)는 세포 내에서 세포 주기의 S phase 정지, DNA 손상 및 세포 자멸사를 유도하여 H23 및 JIMT-1 세포의 생존력을 억제했다. B7-H3 ADC (dHBD)는 JIMT-1 xenograft model에서 효과적이었고 B7-H3 양성 Lung PDX model에서 또한 뛰어난 종양 성장 억제 효과를 나타냈다. JIMT-1 종양 조직에서 세포 내에서 확인한 것과 동일하게S phase정지 및 DNA 손상이 확인되었다. 다음으로, 방사선과 B7-H3 ADC (DUBA)를 병용 처리했을 때 시너지 효과를 확인하기 위한 실험을 진행했다. 먼저, JIMT-1 세포에서 방사선을 처리했을 때 B7-H3의 발현이 증가하는 것을 확인하였다. 세포 성장 분석에서 방사선과 B7-H3 ADC (DUBA)를 병용처리 했을 때 단독처리보다 세포의 활성이 더 감소되는 것을 관찰했다. 그와 동시에 Western blot과 FACS로 확인한 결과 세포 자멸사의 증가와 G2/M phase 정지에 의해 세포 활성이 감소함을 알 수 있었다. JIMT-1 xenograft model과 Colon PDX model에서 방사선과 B7-H3 ADC (DUBA)의 병용처리가 단독처리 그룹보다 생체 내 종양 성장 억제에 더 효과적임을 관찰했다. 마우스의 생존율 또한 다른 단독 처리 그룹에 비해 방사선과 B7-H3 ADC (DUBA)를 병용 처리했을 때 향상되었다. Biodistribution 결과에서는 B7-H3 ADC (DUBA)-Cy7이 효과적으로 종양에 축적됨을 확인했고 방사선을 처리했을 때 B7-H3 ADC (DUBA)-Cy7의 축적이 보다 더 향상됨을 관찰했다. 연구 결과, B7-H3 ADC가 B7-H3 표적 치료를 위해 유망한 치료제로 활용될 수 있음을 보여준다. 뿐만 아니라 방사선과의 병용 처리로 단독 처리보다 향상된 항암 효과를 얻을 수 있어 또 다른 암 치료법을 제시하였다.