Development of Fully Automated 3D Pectoralis Muscle Measurements on Computed Tomography Imaging for Chronic Obstructive Pulmonary Disease Using Deep Learning
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Rationale: The pectoralis is commonly used as a surrogate for measuring muscle composition in computed tomography (CT) images in chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Two-dimensional (2D) pectoralis muscle area (PMA) measurements at the aortic arch slice are associated with lung function and exercise capacity in COPD. However, single-slice measurements are prone to variations in anatomy and may not be representative of the 3D structure. Additionally, a highly accurate and externally validated, automated 3D pectoralis muscle volume (PMV) segmentation pipeline has yet to be developed. The objective of this study was to develop a deep-learning model to segment the PMV from chest CT images and compare the association between PMA and PMV measurements with lung function and exercise capacity in those with COPD. Methods: Participants with/without spirometrically-defined COPD and CT images from the multicenter Canadian Cohort of Obstructive Lung Disease study (NCT00920348) were included. A subset of participants were randomly sampled, with 8/9 sites acting as the development cohort (N=96 training; N=16 validation), and the last site serving as the internal testing cohort (N=32). COPD patients from the University of Alberta (NCT03679312) served as an external testing cohort (N=32). Ground-truth segmentations were manually segmented by an experienced image-analyst, and a 3D U-Net model was trained. Model performance was determined using the Dice-Sorensen Coefficient (DSC). For PMA measurements, the aortic arch was automatically detected using TotalSegmentator (10.1148/ryai.230024). Differences between the PMA (cm2) and PMV (cm3) measurements of no-COPD/COPD participants and associations with forced expiratory volume in 1-second (FEV1 (L)) and peak rate of oxygen consumption (V'O2peak (mL/kg/min)) during cardiopulmonary exercise testing were quantified using an ANCOVA and linear regression models adjusted for age, sex, height, BMI, center ID, and comorbidities. Results: 1325 participants had automated PMV segmentations (no-COPD (N=684): age=65.8±9.6yrs, 311(45.5%) females, FEV1=101±17%pred; COPD (N=641): age=67.3±10.1yrs, 243(37.9%) females, FEV1=82±19%pred). The trained model obtained a DSC of 0.94±0.02, 0.92±0.03, 0.92±0.03, and 0.92±0.04 on the training, validation, internal and external testing datasets, respectively. Compared to no-COPD participants, COPD participants had smaller PMA (34.7±11.6 vs. 37.0±10.7cm2; p<0.05) and PMV measurements (488.9±145.7 vs. 505.2±133.1cm3; p<0.05). PMV measurements showed stronger associations than PMA with FEV1 (Radj2=0.58 vs. 0.56, p<0.05) and V'O2peak (Radj2=0.57 vs. 0.55, p<0.05). Conclusions: PMV can be automatically extracted from CT images with high accuracy, quantify COPD-associated muscle atrophy, and outperforms PMA for associations with airflow obstruction and exercise intolerance. These findings support the use of PMV as a biomarker of obstructive lung-disease related muscle-loss.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».