Measurement of body composition via artificial intelligence-based volumetric technique and its prognostic implications in patients with cervical cancer

Abstract

본 연구는 한국의 초기 자궁경부암 환자 근 세포 감소와 신체 성분이 생존 결과에 미친 영향을 탐구 한다. 서울대학교병원에서 치료 받은 2009년 국제 산부인과 연합회 IB1-IIA2기 자궁경부암 환자를 회고적으로 분석 했다. 치료 전, 후 컴퓨터 단층 스캔에서 스캔한 익명 디지털 이미지는 인공 지능 기반 상업용 소프트웨어(DEEPCATCH v1.0.0.0; MEDICALIP Co. Ltd., Seoul, Korea). 이 소프트웨어는 신체 구성 요소의 자동 부피 분할을 제공 하며 가슴 늑골 하단과 장골 산마루 상단 사이에 복부 허리를 표시 하고 각 신체 구성 요소의 허리 부피를 측정 한다(cm3). 골격 근, 복부 내장 지방과 피하 지방의 허리 부피를 계량화 하고 높이로 표준화 한다. 이 소프트웨어는 또 세번째 허리 척추(L3) 수준의 단일 횡단면 CT 영상에서 골격 근 면적(cm2)을 자동 으로 측정 한다.골격 근 면적을 높이 단위로 분류 하여 L3 골격 근 지수를 얻을수 있다. L3 근 세포 감소를 L3 SMI <39.0 cm2/m2로 정의 한다. 또 용적 SMI의 첫번째 4분 자리수(Q1) 값에 따라 용적 근 감소 증을 정의 했다. L3 근 세포 감소 증과 용적 근 세포 감소 증의 존재에 따라 환자의 임상 병리적 특성과 생존 결과를 비교해 봤다. 총 306명의 환자가 연구에 포함 되었다. L3 SMI, 근 감소 팀과 비 근 감소 팀 간의 무 진전 생존 율(PFS)과 총 생존 율(OS) 은 차이가 없었다(각각 P=0.415 와 P=0.743). L3 근육 감소 증(<39.0 cm2/m2) 팀은 비 근 세포 감소 증(≥39.0 cm2/m2) 팀에 비하면 체중 지수가 현저히 감소 (BMI) (22.1 vs. 24.8 kg/m2; P<0.001), 체중 부족 비율이 비교적 높다(7.1% 대 1.2%;P = 0.001). 두 그룹의 환자 연령, 조직학 유형, 분기, 위험 그룹, 임상 자궁 경부 종양 크기 및 보조 치료가 비슷 했다. 다 변수 분석에서 L3 근 세포 감소는 환자의 PFS와 무관 하다(aHR, 0.896; 95% CI, 0.504-1.591; P=0.707) 와 OS (aHR, 1.225; 95% CI, 0.416-3.604; P=0.712). 이어 용적 SMI Q1 값에 따라 76명과 230명을 용적 근 감소 증(<181.5 cm3/m3)과 용적 비 근 감소 증(≥181.5 cm3/m3) 두 그룹으로 나누었다. 두 그룹의 환자 연령, 조직학 유형, 분기, 위험 그룹, 임상 자궁 경부 종양 크기, 병리 자궁 경부 종양 크기 및 보조 치료가 비슷 하다. 용적 근 감소 증 그룹의 PFS(3년 생존 율, 78.3% vs. 88.7%; P=0.039) 와 OS (5년 생존 율, 90.0% vs. 97.6%; P=0.031)는 용적 비 근 세포 감소 그룹보다 현저히 악화 했다. 임상 병리 요소를 교정 하는 다 변수 분석에서 용적 근 감소 증은 PFS(aHR, 1.922; 95% CI, 1.053-3.506; P=0.033)의 불량 예후 요인으로 여겨 진다. 그러나 OS(aHR, 2.863; 95% CI, 0.965-8.496; P=0.058)는 아니 였다. 이어서 우리는 치료 전, 후의 신체 성분(n=192)을 비교 했다. 첫 치료 기간에 총 지방을 증가 시키는 초기 용적 근 감소 증 환자의 PFS(3년 생존 율, 64.8% vs. 86.6%; P=0.014)가 다른 그룹 보다 현저히 떨어 졌다. OS(P=0.050)도 현저 하지는 않지만 차이는 있었다. 다 변수 분석에 따르면 첫 치료 기간의 초기 용적 근 감소와 총 지방 증가가 PFS(aHR, 2.565; 95% CI, 1.118-5.885; P=0.026) 악화와 관련 있다. 요약하면 한국 초기 자궁 경부 암 환자의 치료 전 용적 근육의 감소가 재발 율을 높였다. 또 첫 치료 기간에 근 용적이 감소 하고 총 지방이 증가 하는 환자가 재발 할 위험이 높다.

This study aimed to investigate the impact of sarcopenia and body composition on survival outcomes in Korean patients with early stage cervical cancer. We retrospectively analyzed patients diagnosed with 2009 International Federation of Gynecology and Obstetrics (FIGO) stage IB1-IIA2 cervical cancer and treated at the Seoul National University Hospital (SNUH). Anonymized digital imaging and communications in medicine images of pre- and post-treatment computed tomography (CT) scans were uploaded to an artificial intelligence-based, commercially available software (DEEPCATCH v1.0.0.0; MEDICALIP Co. Ltd., Seoul, Korea). The software provides automatic volumetric segmentation of body components, labeling the abdominal waist between the lower end of the thoracic ribs and the upper end of the iliac crest, and measurement of the waist volume (cm3) of each body component. The waist volume of skeletal muscle, abdominal visceral fat, and subcutaneous fat were quantified and normalized to the height in cubic meters. This software also provides automatic measurement of skeletal muscle area (cm2) from the single cross-sectional CT image at the third lumbar vertebra body (L3) level. The skeletal muscle area was normalized to the height in square meters, producing L3 skeletal muscle index (SMI). We defined L3 sarcopenia as L3 SMI <39.0 cm2/m2. We also defined volumetric sarcopenia based on the first quartile (Q1) value of volumetric SMI. Patients clinicopathological characteristics and survival outcomes were compared according to the presence of L3 sarcopenia and volumetric sarcopenia. A total of 306 patients were included in the study. Using L3 SMI, no difference was found in progression-free survival (PFS) and overall survival (OS) between the sarcopenia and non-sarcopenia groups (P=0.415 and P=0.743, respectively). The L3 sarcopenia (<39.0 cm2/m2) group had a significantly lower body mass index (BMI) (22.1 vs. 24.8 kg/m2; P<0.001) and a higher proportion of underweight (7.1% vs. 1.2%; P=0.001), compared to the non-sarcopenia (≥39.0 cm2/m2) group. Age, histologic type, stage, risk group, clinical cervical tumor size, and adjuvant treatment were similar between the two groups. In multivariable analysis, L3 sarcopenia was not associated with patients PFS (adjusted hazard ratio [aHR], 0.896; 95% confidence interval [CI], 0.504-1.591; P=0.707) and OS (aHR, 1.225; 95% CI, 0.416-3.604; P=0.712). Next, based on the Q1 value of volumetric SMI, 76 and 230 patients were assigned to the volumetric sarcopenia (<181.5 cm3/m3) and volumetric non-sarcopenia (≥181.5 cm3/m3) groups, respectively. Age, histologic type, stage, risk group, clinical cervical tumor size, pathologic cervical tumor size, and adjuvant treatment were similar between the two groups. The volumetric sarcopenia group showed significantly worse PFS (3-year survival rate, 78.3% vs. 88.7%; P=0.039) and OS (5-year survival rate, 90.0% vs. 97.6%; P=0.031) than did the volumetric non-sarcopenia group. In multivariable analysis adjusting for clinicopathologic factors, volumetric sarcopenia was identified as a poor prognostic factor for PFS (aHR, 1.922; 95% CI, 1.053-3.506; P=0.033), but not OS (aHR, 2.863; 95% CI, 0.965-8.496; P=0.058). Next, we compared the pre- and post-treatment body composition (n=192). Initially, the volumetric sarcopenia patients who gained total fat during treatment showed significantly worse PFS (3-year survival rate, 64.8% vs. 86.6%; P=0.014) than did the others; although OS (P=0.050) is not very obvious, there are differences. Multivariable analysis revealed that initial volumetric sarcopenia with total fat gain during primary treatment was associated with worse PFS (aHR, 2.565; 95% CI, 1.118-5.885; P=0.026). In conclusion, volumetric sarcopenia before treatment increased the recurrence rates in Korean patients with early stage cervical cancer. Furthermore, patients with initial volumetric sarcopenia and total fat gain during primary treatment were at a high risk of disease recurrence.