A systematic review on software tools for CT- and MRI-based body composition analysis

Thumbnail Image

Files

Österlund_Aron_2025.pdf (762.87 KB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2025-04-28

Department

Major/Subject

Bioinformaatioteknologia

Mcode

ELEC3016

Degree programme

Sähkötekniikan kandidaattiohjelma

Language

en

Pages

35

Series

Abstract

Body composition analysis (BCA) aims to quantify the quantity, distribution, and quality of different compartments of skeletal muscle and adipose tissue. This information is relevant when assessing patients for possible sources of generalized vulnerability, particularly older adults and cancer patients. Manual segmentation of muscle and adipose tissue measured with computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) is time-consuming and cumbersome and, therefore, several software tools for image segmentation have been developed. BCA software tools have varied features. Therefore, a systematic literature review, conducted according to PROSPERO principles, was performed to identify full-text publications that utilized the available BCA software tools in order to collect information on all of the identified tools. The review was combined with information from a structured questionnaire sent out to the developer of the software in question. Information collected included imaging modalities, areal/volumetric assessment, degree of automation, platform, system specification, license, open source, retraining of AI models using external data, and clinical certifications. The literature search identified 1857 search results. First, duplicates and papers for which full text was not available were excluded (n=642). Second, manual screenings of title, abstract, and full text were performed (n=1118) to determine whether publications identified relevant software. In total, 97 full-text publications were included. Forty-six BCA software tools were found in the systematic literature review. A web search was performed to find websites for the software tools, during which three additional software tools were identified. A website was found for 42 of the 49 identified software tools, resulting in the inclusion of a total of 42 publicly available software tools. The following features were captured for the 42 software tools. Imaging modality accepted by the software was CT only in 19, MRI only in 3, and both in 20. Areal only assessment (2D) was available in 15, volumetric (3D) in 7, and both in 20. The degree of automation of segmentation varied, the highest being automatic in 27, semiautomatic in 14, and manual in 1 case. Retraining based on external data features was available in 11. Downloadable software was available in 23, web application in 9, and combined in 4. Sixteen software tools were commercial and 26 open access, of which 22 were open source. CE-marking was granted for 3 and FDA approval for 5. There are multiple CT- and MRI-based BCA software tools available for research settings, but the selection of software tools for the clinical environment is smaller. Most software tools lack clinical certification. The software tools have their pros and cons that should be considered when selecting software to apply to research or clinical questions.

Syftet med kroppssammansättningsmätning är att kvantifiera skelettmuskulaturens och fettvävnadernas mängd, fördelning och kvalitet. Denna information är relevant när man analyserar orsaker till skröplighet och sarkopeni hos framförallt äldre och cancerpatienter. Manuell segmentering av muskel- och fettvävnad från avbildning med datortomografi (DT) eller magnetisk resonanstomografi (MR) är tidskrävande och mödosamt, och därför har man utvecklat flera mer eller mindre automatiska programvaror för bildsegmentering. Dessa programvaror har mycket varierande egenskaper. Därför genomfördes en systematisk litteraturöversikt enligt PROSPERO-principerna med bedömning av fullständiga artiklar för att identifiera befintliga programvaror och samla in information om dessa programvaror. Litteraturöversikten kombinerades med information från ett strukturerat frågeformulär som skickades ut till utvecklarna av programvarorna i fråga. Den insamlade informationen omfattade bildmodalitet, areal-/volymbaserad segmenteringsmöjlighet, automatiseringsgrad, plattform, systemspecifikationer, licensmodell, källkodens öppenhet, klinisk certifiering samt möjligheten att träna AI-modellen med utomstående data. Litteratursökningen gav 1857 sökresultat. Först uteslöts dubletter och icke-kompletta artiklar (n=642). Sedan utfördes manuell sållning för att hitta relevanta programvaror på basen av titel, sammanfattning och genomläsning av den fullständiga artikeln (n=1118). Totalt inkluderades 97 fullständiga artiklar. Fyrtiosex programvaror hittades i den systematiska litteraturöversikten. En webbsökning genomfördes sedan för att hitta programvarornas webbplatser och då hittades ytterligare tre programvaror som inte fanns i litteratursökningen. Webbplatser identifierades för 42 av 46 programvaror, så slutligen inkluderades 42 programvaror. Följande egenskaper noterades för de 42 programvarorna. Avbildningsmodaliteten är enbart DT i 19 av programvarorna, bara MR i 3 och båda hos 20. Arealbaserad segmentering (2D) är tillgänglig i 15, volymbaserad (3D) i 7 och båda i 20. Graden av automatisering varierar, 27 av programvarorna kan klassas som automatiska, 14 som halvautomatiska och 1 manuell. Möjligheten att träna AI-modellen med utomstående data är tillgänglig i 11 av programvarorna. Av programvarorna är 23 nedladdningsbara, 9 är webbapplikationer och 4 är både och. Sexton av programvarorna är kommersiella och 26 är open access, varav 22 har öppen källkod. Klinisk certifiering med CE-märkning fanns för 3 och FDA-godkännande för 5 av programvarorna. Det finns flera programvaror för DT- och MR-baserad roppssammansättningsmätning som är lämpade för forskningssyfte, men urvalet av programvaror för den kliniska miljön är mindre eftersom de flesta programvarorna saknar klinisk certifiering. Programvarorna har alla sina för- och nackdelar som måste beaktas noga när man väljer programvara utifrån de kriterier som är relevanta för forskning respektive kliniskt bruk.

Description

Supervisor

Turunen, Markus

Thesis advisor

Turunen, Markus

Keywords

adipose tissue, body composition, body composition analysis, computed tomography, imaging, magnetic resonance imaging

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202506034172

Collections

[kand] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC