A Deep Learning Model to Automate Skeletal Muscle Area Measurement on Computed Tomography Images
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Muscle wasting (Sarcopenia) is associated with poor outcomes in cancer patients. Early identification of sarcopenia can facilitate nutritional and exercise intervention. Cross-sectional skeletal muscle (SM) area at the third lumbar vertebra (L3) slice of a computed tomography (CT) image is increasingly used to assess body composition and calculate SM index (SMI), a validated surrogate marker for sarcopenia in cancer. Manual segmentation of SM requires multiple steps, which limits use in routine clinical practice. This project aims to develop an automatic method to segment L3 muscle in CT scans. METHODS: Attenuation correction CTs from full body PET-CT scans from patients enrolled in two prospective trials were used. The training set consisted of 66 non-small cell lung cancer (NSCLC) patients who underwent curative intent radiotherapy. An additional 42 NSCLC patients prescribed curative intent chemo-radiotherapy from a second trial were used for testing. Each patient had multiple CT scans taken at different time points prior to and post- treatment (147 CTs in the training and validation set and 116 CTs in the independent testing set). Skeletal muscle at L3 vertebra was manually segmented by two observers, according to the Alberta protocol to serve as ground truth labels. This included 40 images segmented by both observers to measure inter-observer variation. An ensemble of 2.5D fully convolutional neural networks (U-Nets) was used to perform the segmentation. The final layer of U-Net produced the binary classification of the pixels into muscle and non-muscle area. The model performance was calculated using Dice score and absolute percentage error (APE) in skeletal muscle area between manual and automated contours. RESULTS: We trained five 2.5D U-Nets using 5-fold cross validation and used them to predict the contours in the testing set. The model achieved a mean Dice score of 0.92 and an APE of 3.1% on the independent testing set. This was similar to inter-observer variation of 0.96 and 2.9% for mean Dice and APE respectively. We further quantified the performance of sarcopenia classification using computer generated skeletal muscle area. To meet a clinical diagnosis of sarcopenia based on Alberta protocol the model achieved a sensitivity of 84% and a specificity of 95%. CONCLUSIONS: This work demonstrates an automated method for accurate and reproducible segmentation of skeletal muscle area at L3. This is an efficient tool for large scale or routine computation of skeletal muscle area in cancer patients which may have applications on low quality CTs acquired as part of PET/CT studies for staging and surveillance of patients with cancer.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».