Automatic and quantitative assessment of regional muscle volume by multi‐atlas segmentation using whole‐body water–fat MRI

Karlsson, Anette; Rosander, Johannes; Romu, Thobias; Tallberg, Joakim; Grönqvist, Anders; Borga, Magnus; Leinhard, Olof Dahlqvist

doi:10.1002/jmri.24726

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“…The primary aim of the study was to measure test-retest reliability and not validate atlas based segmentation, which has been reported elsewhere (38) (39). Therefore we chose to manually segment only the VAT because we predicted that the proportionate measurement errors were going to be greatest in this compartment.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Test-retest reliability of rapid whole body and compartmental fat volume quantification on a widebore 3T MR system in normal-weight, overweight, and obese subjects

Newman

Kelly-Morland

Leinhard

et al. 2016

J. Magn. Reson. Imaging

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, Test-retest reliability of rapid whole body and compartmental fat volume quantification on a widebore 3T MR system in normal-weight, overweight, and obese subjects, 2016 ABSTRACT PurposeTo measure the test-retest reliability of rapid (< 15 min) whole body and visceral fat volume quantification in normal and obese subjects on a wide bore 3T MR system and compare with conventional manual segmentation. Materials and MethodsThirty participants (BMI 20.1-48.6 kg/m 2 ) underwent two whole body MRI examinations on a wide bore 3T machine using a 2-point Dixon technique. Phase sensitive reconstruction and intensity inhomogeneity correction produced quantitative datasets of Total Adipose Tissue (TAT), Abdominal Subcutaneous Adipose Tissue (ASAT) and Visceral Adipose Tissue (VAT).The quantification was performed automatically using non-rigid atlas-based segmentation and compared with manual segmentation (SliceOmatic™) ResultsThe mean TAT was 31.74 L with a coefficient of variation (CV) of 0.79% and a coefficient of repeatability (CR) of 0.49 L. The ASAT was 7.92 L with a CV of 2.98% and a CR of 0.46 L. There was no significant difference in the semi-automated and manually segmented VAT (p=0.73) but there were differences in the reliability of the two techniques. The mean semiautomated VAT was 2.56 L, CV 1.8% and CR 0.09 L compared to the mean manually segmented VAT of 3.12 L where the CV was 6.3% and the CR was 0.39 L. ConclusionRapid semi-automated whole body and compartmental fat volume quantification can be derived from a wide bore 3T system, for a range of body sizes including obese patients, with "almost perfect" test-retest reliability.

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Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Test-retest reliability of rapid whole body and compartmental fat volume quantification on a widebore 3T MR system in normal-weight, overweight, and obese subjects

Newman

Kelly-Morland

Leinhard

et al. 2016

J. Magn. Reson. Imaging

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“…Two imaging approaches are available for exploiting these differences, relaxation-dependent or short inversion-time recovery and chemical shift-dependent or Dixon-based fat suppression (82) . Karlsson et al recently reported development of a two-point Dixon sequence automated water-fat segmentation method for evaluating total body and regional skeletal muscle volume (83) . The authors showed excellent test-retest reliability (intraclass correlation coefficient 1·0, 95 % agreement level −0·32 to 0·2 litres) and agreement with hand-segmented images of the lower leg (correlation R values 0·94-0·96) in a followup study using a 3T wide-bore MRI scanner and integrated quadrature body coil (84) .…”

Section: Water-fat Imagingmentioning

confidence: 99%

Skeletal muscle mass and quality: evolution of modern measurement concepts in the context of sarcopenia

et al. 2015

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Conference on 'Nutrition and age-related muscle loss, sarcopenia and cachexia' The first reports of accurate skeletal muscle mass measurement in human subjects appeared at about the same time as introduction of the sarcopenia concept in the late 1980s. Since then these methods, computed tomography and MRI, have been used to gain insights into older (i.e. anthropometry and urinary markers) and more recently developed and refined methods (ultrasound, bioimpedance analysis and dual-energy X-ray absorptiometry) of quantifying regional and total body skeletal muscle mass. The objective of this review is to describe the evolution of these methods and their continued development in the context of sarcopenia evaluation and treatment. Advances in these technologies are described with a focus on additional quantifiable measures that relate to muscle composition and 'quality'. The integration of these collective evaluations with strength and physical performance indices is highlighted with linkages to evaluation of sarcopenia and the spectrum of related disorders such as sarcopenic obesity, cachexia and frailty. Our findings show that currently available methods and those in development are capable of non-invasively extending measures from solely 'mass' to quality evaluations that promise to close the gaps now recognised between skeletal muscle mass and muscle function, morbidity and mortality. As the largest tissue compartment in most adults, skeletal muscle mass and aspects of muscle composition can now be evaluated by a wide array of technologies that provide important new research and clinical opportunities aligned with the growing interest in the spectrum of conditions associated with sarcopenia.

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“…Des essais de développement d'outils de segmentation automatique ont été entrepris, mais très peu d'entre eux sont parvenus à générer des résultats fiables, et aucun n'a encore permis d'analyser des images de muscles pathologiques présentant des infiltrations graisseuses. Très récemment, il a été rapporté qu'un logiciel de segmentation automatique s'appuyant sur un modèle générait des résul-tats très proches d'une segmentation manuelle (Karlsson et al 2015). Une approche naïve a éga-lement été proposée, où une estimation de la masse musculaire globale est calculée à partir de l'histogramme d'intensité de segments entiers de membres (Mattei et al 2006).…”

Section: Figureunclassified

Imagerie et spectroscopie par résonance magnétique nucléaire du muscle strié squelettique

et al. 2016

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Au cours des dernières années, les traitements de nombreuses maladies neuromusculaires, jusqu'ici incurables, ont bénéficié d'importants progrès. Ce bouleversement contextuel a eu pour conséquence de stimuler le développement de nouveaux outils d'évaluation atraumatiques. Ceux-ci peuvent être classés en trois grandes catégories : les explorations fonctionnelles musculaires, les marqueurs des fluides biologiques et l'imagerie musculaire. Au sein de cette dernière, l'imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRMN) offre un très large éventail de possibilités pour caractériser la composition, la fonction et le métabolisme du muscle strié squelettique. Aujourd'hui, trois indicateurs RMN sont couramment intégrés dans les protocoles de recherche clinique : 1) le volume musculaire ou l'aire d'une section musculaire transversale ciblée, 2) le pourcentage de graisse intramusculaire et 3) le T2 de l'eau musculaire. Ils permettent de quantifier respectivement la trophicité du muscle, les dégénérescences graisseuses chroniques et l'oedème tissulaire (ou plus généralement « l'activité de la maladie »). Un quatrième indicateur, le volume de tissu contractile est facilement dérivable des deux premiers. Les cartographies de fraction graisseuse, souvent issues de séquences Dixon, ont fait la preuve de leur utilité pour détecter de subtils changements de composition musculaire et se sont, à plusieurs reprises, révélées plus sensibles que les évaluations fonctionnelles standards. Cet indicateur sera probablement le premier parmi ceux proposés à être validé comme paramètre principal par les organismes de régulation. La diversité des contrastes obtenus par RMN permet d'explorer de nombreuses autres pistes de caractérisation du muscle squelettique et de nouveaux biomarqueurs RMN sont à attendre dans un avenir plus ou moins proche. Des séquences à TE ultra-courts (UTE), le rehaussement tardif post-injection de gadolinium et l'élastographie par RMN sont en cours d'étude pour l'évaluation de la fibrose interstitielle du muscle squelettique. De nombreuses options existent pour mesurer la perfusion et l'oxygénation du muscle par RMN. La RMN de diffusion ainsi que l'utilisation d'algorithmes d'analyse de texture pourraient apporter des informations supplémentaires sur l'organisation musculaire aux échelles respectivement microscopiques et mésoscopiques. La spectroscopie RMN du phosphore 31 P est la technique de référence pour l'évaluation atraumatique de l'énergétique musculaire pendant et après exercice. Le spectre 31 P du muscle dystrophique au repos est notablement altéré, et plusieurs de ses résonances informent sur l'intégrité de la membrane cellulaire. D'importants efforts sont consacrés à l'accélération de l'acquisition des images au travers plusieurs approches, allant de l'extraction du contenu en graisse et des cartographies T2 au départ d'une unique séquence, jusqu'à l'utilisation de scénarios d'acquisition partielle des matrices. Dans un avenir proche, une diminution spectaculaire du temps d'acquisition est attendue. Cela ren...

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Automatic and quantitative assessment of regional muscle volume by multi‐atlas segmentation using whole‐body water–fat MRI

Abstract: The method accurately quantified the whole-body skeletal muscle volume and the volume of separate muscle groups independent of field strength and image resolution.

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Test-retest reliability of rapid whole body and compartmental fat volume quantification on a widebore 3T MR system in normal-weight, overweight, and obese subjects

Test-retest reliability of rapid whole body and compartmental fat volume quantification on a widebore 3T MR system in normal-weight, overweight, and obese subjects

Skeletal muscle mass and quality: evolution of modern measurement concepts in the context of sarcopenia

Imagerie et spectroscopie par résonance magnétique nucléaire du muscle strié squelettique

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