結腸直腸ポリープの特徴付けにおける人工知能

はじめに 結腸直腸がん (CRC) は、世界中で 4 番目に多いがんであり、がん関連死の 3 番目の原因です。 ポルトガルでは、CRC は癌関連死亡率の 3 番目に多い原因であり、2 番目に多い原因です。 結腸直腸発癌では、結腸直腸ポリープ (腺腫性または鋸歯状ポリープ) は前癌病変と見なされます。 結腸直腸ポリープの検出とその後の切除は、CRC の発生率と死亡率、および間隔 CRC のリスクを減らすのに効果的であり、CRC 予防の重要な側面です。 結腸直腸ポリープの検出を考慮すると、腺腫の検出率 (ADR) に変換される、CRC の主要な前癌病変である腺腫の検出スキルに関して、内視鏡医の間で大きなばらつきがあります。 ADR は、結腸直腸粘膜の慎重な検査のマーカーと考えられており、大腸内視鏡検査の質を反映しており、これは、間隔 CRC またはがん関連死のリスクと逆相関しています。 大腸内視鏡検査のスクリーニングとの関連で、正確な値はまだ解明されていませんが、最小 ADR は 25% であり、間隔 CRC および死亡のリスクを低減します。 鋸歯状ポリープの検出率は、ADR と強く相関しています。

小さなポリープの約 50% は非腺腫性であり、これらのポリープに悪性腫瘍の可能性はありません。特に小さなポリープの場合、がんのリスクは非常に低くなります (0 ～ 0.6%)。 これらの非腺腫性ポリープの切除は、医療費とポリープ切除後の合併症 (出血、穿孔) に関連するリスクを増加させる可能性があります。

人工知能によるリアルタイムの光学診断は、組織学的特徴付けのためにどのポリープを切除し、どのポリープを回収する必要があるかを決定する際の補助ツールとして、大腸内視鏡検査の費用対効果と効率を向上させることができます。 ただし、その実際の適用は、間隔CRCおよび医療法の問題に関して意味を持たないようにするために、光学的診断で90％以上の負の予測値を意味します。

CAD EYE® (Fujifilm, Europe, Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Dusseldorf, Germany) は完全に自動化されたコンピューター プログラムであり、ディープラーニングを使用した人工知能技術を使用して、結腸直腸ポリープの検出と組織学的分類を可能にします。レイリ。 高品質の大腸内視鏡検査に適用すると、大腸内視鏡検査コース中にリアルタイムでポリープと ADR の検出率が向上するようです。 実際、困難な病変の検出は、特に平坦な病変、複数のポリープ、および画像周辺に位置するポリープの場合、内視鏡分野における近年の主要な課題の 1 つです。 結腸直腸ポリープの検出は、3 つの同時識別子、2 つの視覚と 1 つの聴覚によって示されます。 視覚的識別子は、疑わしいポリープの領域の検出ボックスと、疑わしいポリープが配置されている象限に対応する画像の周辺にある半円に対応しています。 聴覚刺激は、疑わしいポリープが検出されたときに発せられる音量調整可能な音声信号に対応します。 組織病理学の光学的特徴付けに関して、結腸直腸ポリープは、過形成性および鋸歯状ポリープを含む過形成性 (緑色) と、腺腫および腺癌の腫瘍性 (黄色) の 2 つのタイプに分類されます。 さらに、この特徴付けを 3 つの信頼レベルで実行し、疑わしい領域の位置をマッピングすることができます。

このシステムは、大腸内視鏡検査で認識されている品質ツールの 1 つである大腸ポリープの検出と特徴付けの両方に関連するビデオの保存を可能にします。

結腸直腸ポリープの検出モードは、白色光イメージング (WLI) または Linked Color Imaging (LCI) で実行されますが、光学特性評価は、画像を修正またはズームする必要なく、青色光イメージング (BLI) モードで実行されます。 このツールは使いやすく、シンプルで直感的で、大腸内視鏡検査の画像を妨げません。

目的

主な目的

• デジタル色素内視鏡検査と比較して、結腸直腸ポリープのリアルタイムの光学特性評価におけるCAD EYE®システムを使用したコンピューター支援診断の診断精度を評価する。
• 組織病理学的分析と比較することにより、結腸直腸ポリープのリアルタイム光学的特徴付けにおけるCAD EYE®システムを使用したコンピューター支援診断の診断精度を評価する。

副次的な目的

• 寸法（≦5、6-9mm、および≧10mm）、位置および組織学的タイプ（過形成、鋸歯状無柄性病変、腺腫、腺癌);
• 内視鏡医の経験に応じて、結腸直腸ポリープのリアルタイムの光学的特徴付けでCAD EYE®システムを使用したコンピューター支援診断の診断精度を評価する。

母集団と方法論

研究の種類 前向き観察コホート研究

サンプルのタイプ セントロの消化器科で行われた、高品質の腸の準備 (セグメントごとに少なくとも 2 ポイント、ボストンの腸の準備の合計スコアで少なくとも 6 ポイント) を伴う待機的大腸内視鏡検査を受けた連続した患者の総数Hospitalar e Universitário de Coimbra, E.P.E., Coimbra, Portugal で、その性能の兆候に関係なく、少なくとも 1 つの結腸直腸ポリープが確認されている。

研究デザイン すべての大腸内視鏡検査は、大腸内視鏡検索中に検出モード（WLIまたはLCI）でCAD EYE®を使用して、内視鏡医（研修生および経験豊富な内視鏡検査医）によって実行されます。 疑わしいポリープが内視鏡医によって特定されると、第 1 段階では WLI および BLI モードで内視鏡医によって光学的特徴付けが実行され、第 2 段階では BLI を備えた CAD EYE® によって光学的特徴付けが実行されます。

方法計画 フェーズ 1. 結腸直腸ポリープ (WLI、LCI、および BLI) の特徴付けに関する簡単な仮想色素内視鏡トレーニング

フェーズ 2. 結腸内視鏡検索中に適用される CAD EYE® システム:

2.1. CAD EYE® システム オフ: 仮想色素内視鏡検査 (BLI) - 最初の内視鏡医と 2 番目の内視鏡医による WLI と BLI の疑いのあるポリープの個別の特徴付け (図像記録) 2.2. CAD EYE® システム オン: キャラクタリゼーション モード (BLI): CAD EYE® による疑いのあるポリープのキャラクタリゼーションと、それぞれのキャラクタリゼーションのレベル (1 ～ 3) (図像記録) フェーズ 3. 病理組織学的評価 (消化器の専門知識を持つ病理学者): 切除と回復解剖病理学的特徴付けのための疑いのあるポリープの

方法フェーズの詳細な説明 フェーズ 1. 結腸直腸ポリープ (WLI、LCI、および BLI) の特性評価に関する簡単な仮想色素内視鏡トレーニング 仮想色素内視鏡トレーニングは、BASIC e ラーニング プラットフォーム (bli.eu/category/e-learning/ ）。 このトレーニングは、プロジェクトに登録されたすべての参加者 (研修生および経験豊富な内視鏡医) が実際に適用する前に実施する必要があります。これにより、BLI を使用した結腸直腸ポリープの仮想色素内視鏡検査の特性評価に関するスキルを習得できます。 さらに、結腸直腸ポリープのピットパターンの工藤分類の簡単なレビューを実施する必要があります。

フェーズ 2. リアルタイムでの結腸直腸ポリープの評価 - 結腸直腸ポリープの光学的キャラクタリゼーション 識別されたポリープの光学的キャラクタリゼーションに対する最初のアプローチは、CAD EYE® OFF を使用して、最初に WLI モードで、次に BLI モードでポリープを評価することです。 . この評価は、検査室で 2 人の独立した内視鏡医が体系的に実施する必要があり、両方の評価は、検査を行っていない内視鏡医が別の記録シートに記録する必要があります。 2 人の内視鏡医は、経験豊富な内視鏡医であり、過去数年間の研修生であることが望ましいです (必須ではありません)。また、少なくとも 1 人の経験豊富な内視鏡医の存在が必須です。 独立した評価は、段階的かつ記録されたアプローチによって保証されます。第 1 ステップ - 最初の内視鏡医 (大腸内視鏡検査を行う内視鏡医) は、ポリープの評価と、2 番目の内視鏡医 (大腸内視鏡検査を行っていない人) による書面による記録を要求します。内視鏡医は自分の評価を言葉で表さない);第 2 の瞬間 - 第 2 の内視鏡医が記録を完了したことを知らせると、第 1 の内視鏡医は自分の分類を口頭で明示し、それは第 2 の内視鏡医によって記録されます。 この評価には、ポリープの組織病理学的タイプ (過形成、腺腫、固着性鋸歯状病変、またはその他のタイプ) と、実施した評価の信頼度 (高または低) を含める必要があります。 ピットパターンの工藤分類も記録可能（オプション）。

その後、BLI モードの CAD EYE® の光学的キャラクタリゼーション モード (CAD EYE® ON) をアクティブにして、CAD EYE® 光学的キャラクタリゼーションの評価、過形成性または腫瘍性ポリープ、およびキャラクタリゼーションのレベル (1 から 3 まで段階的) を評価する必要があります。 ）。 CAD EYE® の評価は、大腸内視鏡検査を行っていない検査室の内視鏡医によって、独自の記録シートに記録される必要があります。

WLI および BLI モードで評価されたポリープの図像記録と、BLI キャラクタリゼーション モードで CAD EYE® を使用した評価ビデオを作成する必要があります。

フェーズ 3. 組織病理学的評価 (胃腸の専門知識を持つ病理学者による) 識別された結腸直腸ポリープの検出と光学的特徴付けの後、ポリープのサイズとタイプに応じて最も適切な手法でそれらの切除を実施する必要があります (寸法が 3mm 未満の場合は冷間鉗子によるポリペクトミー)。寸法が 3 ～ 10 mm の場合はコールド スネア ポリペクトミー、および 10 mm を超える病変の場合はジアテルミック スネア ポリペクトミー/内視鏡的粘膜切除術) および解剖病理学的特徴付けのための結腸直腸ポリープの回復。 各結腸直腸ポリープは、別のバイアルに回収する必要があります。 未回復のポリープは、光学的特徴付けの比較評価にはカウントされません。

統計分析 CAD EYE® の診断性能は、診断精度、感度、特異性、陽性適中率、陰性適中率の観点から、ゴールド スタンダード (光学的特徴付け段階での組織学的特徴付け) との比較によって評価されます。 サブ分析は、ポリープのサイズ、位置、および組織学的タイプ、ならびに内視鏡医の専門知識に関して実行できます。

サンプルサイズの計算 両側テストのアルファリスクが 0.05、ベータリスクが 0.2 の場合、最初の介入前の診断比率が 0.7、最終的な介入後の比率が 0.82 であると仮定すると、197 個の結腸直腸ポリープを含める必要があります。

期待される結果 新しい CAD EYE® システムは、結腸直腸ポリープの光学的特徴付けにおいて約 78.4% の診断精度を持ち、経験豊富な内視鏡医 (78.4% 対 79.6%) に匹敵し、経験の浅い内視鏡医 (70.7% 対 79.6%) よりも優れていると予想されます。 %).(14) このように、新しい CAD EYE® システムは、高精度の S 状結腸および直腸からの小さなポリープの「診断と置き去り」などの光学診断に基づく戦略において、内視鏡医の意思決定ツールとして影響を与える高精度の光学特性評価を可能にします。過形成組織学の信頼と、小さなポリープの「予測、切除、廃棄」。