Tietokoneavusteinen diagnoosi (CADx) kolorektaalisten polyyppien poistamis- ja hylkäämisstrategialle (CADx)

Opiskeluasetus

Tämä on kansainvälinen, potentiaalinen, monikeskus, yksisokkoutettu, ei-alempi, satunnaistettu kontrolloitu tutkimus, joka suoritetaan kuudessa yliopistoihin kuuluvassa endoskopiakeskuksessa Kiinassa (4 keskusta), Hongkongissa ja Singaporessa. Tämä tutkimus tehdään CONSORT-AI- ja SPIRIT-AI-ohjeistuksen mukaisesti sekä ICH-GCP:n ja Helsingin julistuksen mukaisesti.

Tekoälyn polyyppien karakterisointijärjestelmä

Tutkijat viittaavat NICE (Narrow Band Imaging International Colorectal Endoscopic) -luokitukseen standardina syvän hermoverkkomallin luomiseksi polyyppityyppien erilaistumiseen. Polyppien karakterisointimallin rakentamiseksi tutkijat keräsivät 3762 kuvaa polyypeistä NBI:n alla mallin koulutusta ja testausta varten, mukaan lukien 1483 hyperplastista polyyppitapausta, 1993 adenoomatapausta ja 286 tapausta edenneistä kasvaimista.

Kuvaominaisuuksien ero kolmen NICE-luokituksen välillä on ilmeinen, ja ne on helppo erottaa tietokoneella endoskoopin alla. Ottaen huomioon mallilla varustetun tietokonelaitteiston prosessointikapasiteetin, reaaliaikaisen analyysin saavuttamiseksi rajoitetuilla laskentaresursseilla, tutkijat valitsivat mallin rakentamiseen kevyen verkkoarkkitehtuurin nimeltä Mobile-Net. Mobile-Net-kehyksessä ensimmäinen on 3x3-standardikonvoluutiokerros, jota seuraa kasa syvyyskohtaisesti erotettavia konvoluutiokerroksia. Jotkin syvyyssuuntaiset konvoluutiokerrokset otetaan alas näytteeksi katujen kautta, jotka on asetettu arvoksi 2. Seuraava keskimääräinen yhdistämiskerros muuttaa ominaisuuksia 1x1:ksi. Ennustetun luokkakoon mukaan lisätään sitten täysi yhteyskerros ja lopuksi soft-max-kerros. Jos syvyyssuuntaiset konvoluutiokerrokset ja pistekohtaiset konvoluutiokerrokset lasketaan erikseen, koko verkossa on vain 28 kerrosta (Avg Pool ja Softmax eivät sisälly). Tällä hetkellä mallia ei ole kliinisesti validoitu. Tutkijat käyttivät viisinkertaista ristiinvalidointia arvioidakseen mallin tarkkuutta. Tulokset osoittivat, että mallin luokittelutarkkuus nykyisessä tietojoukossa ylittää 99 %

Optisen diagnoosin standardoitu koulutus

Ennen tutkimuksen aloittamista osallistuville endoskopieille järjestetään standardoitu online-koulutuspaja tekoälypolyyppien karakterisointijärjestelmän toiminnasta, optisen diagnoosin periaatteista ja kuvapohjaisesta tietokilpailusta.

Kolonoskopiatoimenpiteet

Tutkimuskolonoskopiat suorittaa 12 ei-asiantuntija-endoskopistia (kolonoskopiakokemus < 2000) ja 12 asiantuntijaendoskopiaa (kolonoskopiakokemus ≥ 2000), sekä 2 ei-asiantuntija- ja 2 asiantuntijaendoskopistia kustakin kuudesta keskuksesta. Kaikki kolonoskopiat suoritetaan käyttämällä HD-endoskopiajärjestelmää ja kolonoskopiaa (EVIS Lucera Elite, 290-sarja, Olympus, Co Ltd, Tokio, Japani). Kaikki tutkimukseen osallistuneet potilaat saivat vähäkuituista ruokavaliota 3 päivää ennen kolonoskopiaa, ja heille suoritettiin suoliston puhdistus polyetyleeniglykoliliuoksella jaettuna annoksena laitoksen protokollan mukaan. Kolonoskopiat tehdään tietoisessa sedaatiossa. Suolen valmistelun laatu arvioidaan Boston Bowel Preparation Scale (BBPS) -asteikolla, jossa riittävä suolen valmistelu määritellään BBPS-pisteeksi ≥6 ja kaikkiin segmentteihin BBPS-pisteisiin ≥2.

Potilaille, jotka on satunnaistettu tavanomaiseen kolonoskopiaan (CC), jossa on optinen diagnoosiryhmä, endoskopistit ottavat käyttöön kapeakaistaisen kuvantamisen (NBI) -tilan, kun polyyppi havaitaan. Optinen diagnoosi tehdään ilman suurennusta. Hyperplastiset ja istumattomat hammastetut polyypit luokitellaan ei-neoplastisiksi, adenooma ja maligniteetit neoplastisiksi. Diagnoosi tallennetaan arvioinnin luotettavuustasolla (korkea tai matala). Potilaille, jotka on satunnaistettu tekoälyllä toimivaan CADx-kolonoskopiaryhmään (AI), endoskopistit ottavat CADx:n käyttöön havaitessaan kolorektaalisen polyypin. Sitten polyyppi merkitään sinisellä seurantalaatikolla ja näytetään samassa endoskopiajärjestelmän teräväpiirtonäytössä. Tekoäly antaa diagnoosin (ei-neoplastinen tai neoplastinen) seurantalaatikon viereen. Tätä tutkimusta varten kaikki polyypit optisesta tai AI-diagnoosista riippumatta poistetaan endoskooppisella polypektomialla/endoskooppisella limakalvoresektiolla (EMR)/endoskooppisella submukosaalisen dissektiolla (ESD) vetäytymislauseen aikana ja lähetetään histopatologiaan. Endoskopistit eivät saa jättää tunnistettua polyyppiä in situ harkintansa mukaan.

Kaikkien poistettujen polyyppien sijainti, koko ja morfologia dokumentoidaan. Proksimaalinen paksusuoli määritellään segmentiksi umpisuolesta poikittaiseen paksusuoleen, kun taas distaalinen paksusuoli määritellään segmentiksi pernan taipumisesta peräsuoleen. Polyypit luokitellaan morfologiaan, jossa ei ole kantaja tai kantaja, ja kantamattomat leesiot luonnehditaan edelleen istumattomiksi, litteiksi tai masentuneiksi vaurioiksi. Poistetut polyypit laitetaan erillisiin näytepulloihin. Paksusuolen polyyppinäytteet arvioivat yksittäisen tutkimuskeskuksen patologit, jotka ovat sokeutuneet tutkimusryhmätehtäviin. Paksusuolen polyyppinäytteet arvioidaan WHO:n vuoden 2019 ruuansulatusjärjestelmän kasvainten luokituksen mukaisesti. Pitkälle edenneet adenoomit määritellään adenoomiksi, joiden koko on ≥ 10 mm, villoskomponentti tai korkea-asteinen dysplasia. Minkään olemassa olevan paksusuolen patologian diagnostista saantoa ei oteta huomioon, jos kohde luokitellaan AI-ryhmään. Potilaita seurataan mahdollisten välittömien haittavaikutusten varalta kolonoskopian jälkeen, ja heidät kotiutetaan rauhoituksesta toipumisen jälkeen.