Tekoäly kolorektaalisten polyyppien karakterisoinnissa

Johdanto Kolorektaalisyöpä (CRC) on maailmanlaajuisesti neljänneksi yleisin syöpä ja kolmas syöpään liittyvien kuolemien syy. Portugalissa CRC on kolmanneksi yleisin syöpäkuolleisuuden syy ja toiseksi yleisin syy. Kolorektaalisessa karsinogeneesissä paksusuolen polyyppejä (adenomaattisia tai hammastettuja polyyppeja) pidetään premaligneina vaurioina. Kolorektaalisten polyyppien havaitseminen ja myöhempi resektio vähentävät tehokkaasti CRC:n ilmaantuvuutta ja kuolleisuutta sekä intervalli-CRC:n riskiä, ​​ja se on keskeinen osa CRC:n ehkäisyä. Kun otetaan huomioon kolorektaalisten polyyppien havaitseminen, endoskooppien välillä on suuria vaihteluita adenoomien, CRC:n tärkeimpien esipahanlaatuisten leesioiden, havaitsemisessa, mikä muutetaan adenoomien havaitsemisasteena (ADR). ADR:tä pidetään kolorektaalisen limakalvon huolellisen tarkastuksen merkkinä, mikä muuttaa kolonoskopian laatua, mikä liittyy käänteisesti intervalli-CRC:n tai syöpään liittyvän kuoleman riskiin. Seulontakolonoskopian yhteydessä pienin ADR on 25 %, jotta voidaan vähentää CRC:n ja kuoleman riskiä, ​​ja se on ennustettavasti korkeampi, jos ulosteesta löytyy positiivinen piilevän veren testi, vaikka tarkka arvo on vielä selvittämättä. Sahalaitaisten polyyppien havaitsemisnopeus on korreloinut vahvasti ADR:n kanssa.

Noin 50 % pienistä polyypeistä on ei-adenomaattisia, eikä näillä polyypeilla ole pahanlaatuisuuspotentiaalia, etenkään pienissä polyypeissä, joiden syöpäriski on erittäin alhainen (0-0,6 %). Näiden ei-adenomaattisten polyyppien resektio voi lisätä lääketieteellisiä kustannuksia ja riskejä, jotka liittyvät polypektomian jälkeisiin komplikaatioihin (verenvuoto, perforaatio).

Tekoälyn reaaliaikainen optinen diagnoosi voi parantaa kolonoskopian kustannus-hyötysuhdetta ja tehokkuutta apuvälineenä päätettäessä siitä, mitkä polyypit tulisi resektioida ja mitkä polyypit otetaan talteen histologista karakterisointia varten. Sen käytännön soveltaminen edellyttää kuitenkin negatiivista ennustearvoa ≥ 90 % optisessa diagnoosissa, jotta sillä ei olisi vaikutusta intervalli-CRC:hen ja lääketieteellisiin oikeudellisiin kysymyksiin.

CAD EYE® (Fujifilm, Europe, Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Düsseldorf, Saksa) on täysin automatisoitu tietokoneohjelma, joka mahdollistaa kolorektaalisten polyyppien havaitsemisen sekä niiden histologisen luokituksen tekoälyteknologian avulla syväoppimisen, ns. REilI. Korkealaatuisessa kolonoskopiassa käytettynä se näyttää parantavan polyyppien havaitsemisastetta ja ADR:tä reaaliajassa kolonoskopian aikana. Itse asiassa vaikeiden leesioiden havaitseminen on edelleen yksi suurimmista haasteista endoskopiaalalla viime vuosina, erityisesti litteissä leesioissa, useissa polyypeissä ja kuvan reuna-alueella sijaitsevissa polyypeissä. Kolorektaalisten polyyppien havaitseminen näkyy kolmella samanaikaisella tunnisteella, 2 visuaalisella ja 1 kuulolla. Visuaaliset tunnisteet vastaavat havaitsemislaatikkoa epäiltyjen polyyppien alueella ja puoliympyrää kuvan reunassa, joka vastaa neljännestä, jossa epäillyt polyypit sijaitsevat. Kuuloärsyke vastaa äänenvoimakkuussäädettävää äänisignaalia, joka lähetetään, kun epäilty polyyppi havaitaan. Histopatologian optisen karakterisoinnin osalta paksusuolen ja peräsuolen polyypit luokitellaan kahteen tyyppiin, hyperplastisiin (vihreä väri), joihin kuuluvat hyperplastiset ja hammastetut polyypit, ja neoplastiset (keltainen väri) adenoomien ja adenokarsinoomien osalta. Lisäksi se mahdollistaa tämän karakterisoinnin suorittamisen 3 luottamustasolla ja epäillyn alueen sijainnin kartoituksen.

Tämä järjestelmä mahdollistaa kolorektaalisten polyyppien havaitsemiseen ja karakterisointiin liittyvien videoiden tallentamisen, mikä on yksi kolonoskopian tunnustetuista laatutyökaluista.

Kolorektaalisten polyyppien tunnistustila suoritetaan valkoisen valon kuvantamisessa (WLI) tai linkitetyssä värikuvauksessa (LCI), kun taas optinen karakterisointi suoritetaan Blue Light Imaging (BLI) -tilassa ilman, että kuvaa tarvitsee korjata tai zoomata. Tämä työkalu on käyttäjäystävällinen, yksinkertainen, intuitiivinen eikä häiritse kolonoskopiakuvia.

Tavoitteet

Ensisijaiset tavoitteet

• Arvioida tietokoneavusteisen diagnoosin diagnostista tarkkuutta käyttämällä CAD EYE® -järjestelmää kolorektaalisten polyyppien reaaliaikaisessa optisessa karakterisoinnissa verrattuna digitaaliseen kromoendoskopiaan;
• Arvioida tietokoneavusteisen diagnoosin diagnostista tarkkuutta käyttämällä CAD EYE® -järjestelmää kolorektaalisten polyyppien reaaliaikaisessa optisessa karakterisoinnissa verrattuna histopatologiseen analyysiin.

Toissijaiset tavoitteet

• Arvioida tietokoneavusteisen diagnoosin diagnostista tarkkuutta käyttämällä CAD EYE® -järjestelmää kolorektaalisten polyyppien reaaliaikaisessa optisessa karakterisoinnissa mittojen (≤5, 6-9 mm ja ≥10 mm), sijainnin ja histologisen tyypin (hyperplastinen, sahalaitainen istumavaurio) suhteen , adenooma, adenokarsinooma);
• Arvioida tietokoneavusteisen diagnoosin diagnostista tarkkuutta käyttämällä CAD EYE® -järjestelmää kolorektaalisten polyyppien reaaliaikaisessa optisessa karakterisoinnissa endoskooppilääkärin kokemuksen mukaan.

Väestö ja metodologia

Tutkimuksen tyyppi Prospektiivinen havainnollinen kohorttitutkimus

Näytteen tyyppi Niiden peräkkäisten potilaiden kokonaismäärä, joille tehtiin elektiivinen kolonoskopia korkealaatuisella suolen valmistelulla (vähintään kaksi pistettä segmenttiä kohden ja vähintään kuusi pistettä Bostonin suolen valmistelun kokonaispistemäärästä), joka suoritettiin Centron gastroenterologian osastolla. Hospitalar e Universitário de Coimbra, E.P.E., Coimbra, Portugali, jossa on vähintään yksi tunnistettu kolorektaalinen polyyppi sen suorituskyvyn indikaatioista riippumatta.

Tutkimuksen suunnittelu Endoskooppi (harjoittelija ja kokenut endoskopii) suorittaa kaikki kolonoskopiat käyttämällä CAD EYE® -laitetta tunnistustilassa (WLI tai LCI) kolonoskopian haun aikana. Kun endoskopisti tunnistaa epäillyn polyypin, endoskopisti suorittaa optisen karakterisoinnin WLI- ja BLI-tiloissa ensimmäisessä vaiheessa ja CAD EYE® BLI:llä toisessa vaiheessa.

Menetelmäsuunnitelma Vaihe 1. Lyhyt virtuaalinen kromoendoskopiakoulutus kolorektaalisten polyyppien (WLI, LCI ja BLI) karakterisoinnista

Vaihe 2. CAD EYE® -järjestelmä käytetty kolonoskopian aikana:

2.1. CAD EYE® -järjestelmä POIS PÄÄLTÄ: Virtuaalinen kromoendoskopia (BLI) - ensimmäinen endoskopisti ja toinen endoskooppilääkäri määrittelee itsenäisesti epäillyn polyypin WLI:ssä ja BLI:ssä (ikonografinen tietue) 2.2. CAD EYE® -järjestelmä PÄÄLLÄ: Karakterisointitila (BLI): Epäillyn polyypin karakterisointi CAD EYE®:llä ja vastaavasti karakterisointitaso (1-3) (ikonografinen tietue) Vaihe 3. Histopatologinen arviointi (patologi, jolla on ruoansulatuskanavan asiantuntemusta): Resektio ja palautuminen epäillyn polyypin anatomopatologista karakterisointia varten

Yksityiskohtainen kuvaus menetelmien vaiheista Vaihe 1. Lyhyt virtuaalinen kromoendoskopiakoulutus kolorektaalisten polyyppien (WLI, LCI ja BLI) karakterisoimiseksi Virtuaalinen kromoendoskopiakoulutus tulisi suorittaa verkossa BASIC-e-learning-alustan kautta (bli.eu/category/e-learning/ ). Kaikkien hankkeeseen ilmoittautuneiden osallistujien (harjoittelijat ja kokeneet endoskooppilääkärit) tulisi suorittaa tämä koulutus ennen sen käytännön soveltamista, mikä mahdollistaa taitojen hankkimisen kolorektaalisten polyyppien virtuaalisen kromoendoskopian karakterisoinnissa BLI:n avulla. Lisäksi tulisi suorittaa lyhyt katsaus kolorektaalisten polyyppien kuoppakuvion Kudo-luokitukseen.

Vaihe 2. Kolorektaalisten polyyppien arviointi reaaliajassa - Kolorektaalisten polyyppien optinen karakterisointi Ensimmäinen lähestymistapa tunnistetun polyypin optiseen karakterisointiin koostuu polyypin arvioinnista ensin WLI-tilassa ja sitten BLI-tilassa CAD EYE® OFF -tilassa . Tämä arviointi on suoritettava systemaattisesti kahden riippumattoman endoskopian toimesta tutkimushuoneessa, ja sen endoskopitin, joka ei suorita tutkimusta, tulee kirjata molempien arviointi erilliselle muistilapulle. Kahden endoskoopin tulisi mieluiten (mutta ei välttämättä) olla kokenut endoskopisti ja harjoittelija muutaman viime vuoden ajalta, ja vähintään yhden kokeneen endoskoopin läsnäolo on pakollista. Riippumattoman arvioinnin takaa vaiheittainen ja kirjattu lähestymistapa: 1. vaihe - 1. endoskopisti (kolonoskopiaa suorittava endoskooppi) pyytää polyyppiarvioinnin ja kirjallisen todistuksen toiselta endoskopialta (joka ei tee kolonoskopiaa) - sokkoarviointi, koska 1. endoskooppi ei sanallista arviointiaan); 2. hetki - kun 2. endoskopisti ilmoittaa, että hän on suorittanut tietueensa, 1. endoskopisti ilmaisee sanallisesti luokituksensa, jonka toinen endoskopisti kirjaa. Tämän arvioinnin tulee sisältää polyypin histopatologinen tyyppi (hyperplastinen, adenooma, istumaton sahalaitainen leesio tai muu tyyppi) ja suoritetun arvioinnin luotettavuustaso (korkea tai matala). Kuoppakuvion Kudo-luokitus voidaan myös tallentaa (valinnainen).

Tämän jälkeen CAD EYE®:n optinen karakterisointitila (CAD EYE® ON) tulee aktivoida BLI-tilassa CAD EYE® -optisen karakterisoinnin arvioimiseksi hyperplastisissa tai neoplastisissa polyypeissä sekä karakterisoinnin taso (asteikolla 1-3). ). Tutkimushuoneessa olevan endoskoopin, joka ei suorita kolonoskopiaa, tulee myös kirjata CAD EYE® -arvioinnin omalle arkille.

Arvioitujen polyyppien ikonografinen tallentaminen WLI- ja BLI-tiloissa ja arviointivideo CAD EYE®:llä BLI-karakterisointitilassa tulee tehdä.

Vaihe 3. Histopatologinen arviointi (patologi, jolla on ruoansulatuskanavan asiantuntemusta) Tunnistettujen paksusuolen polyyppien havaitsemisen ja optisen karakterisoinnin jälkeen niiden resektio on suoritettava sopivimmalla tekniikalla polyypin koon ja tyypin mukaan (kylmäpihdit polypektomia, jos mitat <3 mm), kylmävirvelen polypektomia, jos mitat ovat 3-10 mm, ja diaterminen virvelepolypektomia/endoskooppinen limakalvon resektio, jos leesiot >10 mm) ja kolorektaalisen polyypin toipuminen anatomopatologista karakterisointia varten. Jokainen kolorektaalinen polyyppi tulee kerätä erilliseen injektiopulloon. Palautumattomia polyyppeja ei oteta huomioon optisen karakterisoinnin vertailevassa arvioinnissa.

Tilastollinen analyysi CAD EYE®:n diagnostista suorituskykyä arvioidaan vertaamalla kultastandardiin (histologinen karakterisointi optisessa karakterisointivaiheessa) diagnostisen tarkkuuden, herkkyyden, spesifisyyden, positiivisen ennustusarvon ja negatiivisen ennustusarvon suhteen. Osa-analyysi voidaan tehdä polyypin koosta, sijainnista ja histologisesta tyypistä sekä endoskooppilääkärin asiantuntemuksesta.

Otoskoon laskenta Jos alfariski on 0,05 ja beetariski 0,2 kahdenvälisessä testissä, on tarpeen ottaa mukaan 197 kolorektaalipolyyppiä olettaen, että interventiota edeltävä diagnostinen suhde on 0,7 ja lopullinen intervention jälkeinen suhde on 0,82.

Odotetut tulokset Uuden CAD EYE® -järjestelmän odotetaan olevan diagnostinen tarkkuus kolorektaalisten polyyppien optisessa karakterisoinnissa noin 78,4 %, joka on verrattavissa kokeneisiin endoskopioihin (78,4 % vs. 79,6 %) ja parempi kuin vähemmän kokeneita endoskooppeja (70,7 % vs. 79). %).(14) Siten uusi CAD EYE® -järjestelmä mahdollistaa optisen karakterisoinnin suurella tarkkuudella, mikä vaikuttaa endoskopistien päätöksentekovälineeksi optiseen diagnoosiin perustuvissa strategioissa, kuten "diagnoosi ja jätä taakse" pienille polyypeille sigmoidisesta paksusuolesta ja peräsuolesta, joilla on korkea luottamus hyperplastiseen histologiaan ja "ennustaa, resektio ja hylkää" deminutiivisten polyyppien osalta.