Kunstmatige intelligentie bij de karakterisering van colorectale poliepen

Inleiding Wereldwijd is colorectale kanker (CRC) de vierde meest voorkomende vorm van kanker en de derde doodsoorzaak door kanker. In Portugal is CRC de 3e meest voorkomende oorzaak en de 2e belangrijkste oorzaak van aan kanker gerelateerde sterfte. Bij colorectale carcinogenese worden colorectale poliepen (adenomateuze of gekartelde poliepen) beschouwd als premaligne laesies. De detectie van colorectale poliepen en daaropvolgende resectie is effectief in het verminderen van de incidentie en mortaliteit van CRC en het risico op interval-CRC, en is het cruciale aspect van CRC-preventie. Gezien de detectie van colorectale poliepen, is er een grote variatie tussen endoscopisten in termen van vaardigheden voor de detectie van adenomen, de belangrijkste premaligne laesies van CRC, vertaald in het detectiepercentage van adenomen (ADR). ADR wordt beschouwd als een marker van zorgvuldige inspectie van colorectale mucosa, wat de kwaliteit in colonoscopie vertaalt, wat omgekeerd geassocieerd is met het risico op tussentijdse CRC of aan kanker gerelateerde dood. In de context van screeningscoloscopie is de minimale bijwerking 25% om het risico op tussentijdse CRC en overlijden te verminderen, wat voorspelbaar hoger is als een positieve fecale occulte bloedtest wordt gevonden, hoewel de exacte waarde nog moet worden opgehelderd. Het detectiepercentage van gekartelde poliepen is sterk gecorreleerd met ADR.

Ongeveer 50% van de kleine poliepen is niet-adenomateus en deze poliepen hebben geen maligniteitspotentieel, vooral voor kleine poliepen, waarvan het kankerrisico extreem laag is (0-0,6%). De resectie van deze niet-adenomateuze poliepen kan de medische kosten en risico's in verband met complicaties na de polypectomie (bloeding, perforatie) verhogen.

Real-time optische diagnose door kunstmatige intelligentie kan de kosten-batenverhouding en efficiëntie van colonoscopie verbeteren als een hulpmiddel bij de besluitvorming over welke poliepen moeten worden verwijderd en welke poliepen moeten worden hersteld voor histologische karakterisering. De praktische toepassing impliceert echter een negatief voorspellende waarde ≥ 90% bij optische diagnose om geen implicaties te hebben in termen van interval-CRC en medisch-juridische kwesties.

CAD EYE® (Fujifilm, Europa, Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Düsseldorf, Duitsland) is een volledig geautomatiseerd computerprogramma dat de detectie van colorectale poliepen en hun histologische classificatie mogelijk maakt met behulp van de kunstmatige intelligentietechnologie met behulp van deep learning, de zogenaamde REILI. Wanneer toegepast in een hoogwaardige colonoscopie, lijkt het de detectiegraad van poliepen en de ADR in realtime te verbeteren, tijdens de colonoscopiecursus. In feite blijft de detectie van moeilijke laesies de laatste jaren een van de grootste uitdagingen op het gebied van endoscopie, met name voor platte laesies, meervoudige poliepen en poliepen aan de rand van het beeld. De detectie van colorectale poliepen wordt weergegeven door 3 gelijktijdige identifiers, 2 visuele en 1 auditieve. De visuele identificatoren komen overeen met een detectievak in het gebied van vermoedelijke poliepen en een halve cirkel aan de rand van het beeld, overeenkomend met het kwadrant waar de verdachte poliepen zich bevinden. De auditieve stimulus komt overeen met een in volume instelbaar geluidssignaal dat wordt uitgezonden wanneer een verdachte poliep wordt gedetecteerd. Met betrekking tot de optische karakterisering van histopathologie, worden colo-rectale poliepen geclassificeerd in 2 typen, hyperplastische (groene kleur), waaronder hyperplastische en gekartelde poliepen, en neoplastische (gele kleur), voor adenomen en adenocarcinomen. Bovendien maakt het het mogelijk om deze karakterisering uit te voeren in 3 betrouwbaarheidsniveaus en de positie van het verdachte gebied in kaart te brengen.

Met dit systeem kunnen video's worden opgeslagen die betrekking hebben op zowel de detectie als de karakterisering van colorectale poliepen, een van de erkende kwaliteitsinstrumenten in colonoscopie.

De detectiemodus van colorectale poliepen wordt uitgevoerd in witlichtbeeldvorming (WLI) of Linked Color Imaging (LCI), terwijl de optische karakterisering wordt uitgevoerd in Blue Light Imaging (BLI)-modus, zonder dat het beeld hoeft te worden gefixeerd of ingezoomd. Deze tool is gebruiksvriendelijk, eenvoudig, intuïtief en interfereert niet met colonoscopiebeelden.

Doelstellingen

Primaire doelen

• Evaluatie van de diagnostische nauwkeurigheid van computerondersteunde diagnose met behulp van het CAD EYE®-systeem in real-time optische karakterisering van colorectale poliepen in vergelijking met digitale chromoendoscopie;
• Evaluatie van de diagnostische nauwkeurigheid van computerondersteunde diagnose met behulp van het CAD EYE®-systeem in real-time optische karakterisering van colorectale poliepen door vergelijking met histopathologische analyse.

Secundaire doelstellingen

• Om de diagnostische nauwkeurigheid van computerondersteunde diagnose te evalueren met behulp van het CAD EYE®-systeem in real-time optische karakterisering van colorectale poliepen in termen van afmeting (≤5, 6-9 mm en ≥10 mm), locatie en histologisch type (hyperplastische, gekartelde sessiele laesie adenoom, adenocarcinoom);
• Evalueren van de diagnostische nauwkeurigheid van computerondersteunde diagnose met behulp van het CAD EYE®-systeem in real-time optische karakterisering van colorectale poliepen volgens de ervaring van de endoscopist.

Bevolking en methodologie

Soort onderzoek Prospectieve observationele cohortstudie

Type monster Het totale aantal opeenvolgende patiënten dat een electieve colonoscopie onderging met een hoge kwaliteit van de darmvoorbereiding (ten minste twee punten per segment en ten minste zes punten op de totale score van Boston Bowel Preparation), uitgevoerd op de afdeling Gastro-enterologie van het Centro Hospitalar e Universitário de Coimbra, E.P.E., Coimbra, Portugal, met ten minste één geïdentificeerde colorectale poliep, ongeacht de indicatie voor de uitvoering ervan.

Onderzoeksopzet Alle coloscopieën worden uitgevoerd door de endoscopist (stagiaire en ervaren endoscopist) met behulp van CAD EYE® in detectiemodus (WLI of LCI), tijdens het ophalen van de coloscopie. Wanneer een vermoedelijke poliep wordt geïdentificeerd door de endoscopist, wordt optische karakterisering uitgevoerd door de endoscopist in WLI- en BLI-modus, in een eerste fase en door de CAD EYE® met BLI, in een tweede fase.

Methodenplan Fase 1. Korte virtuele chromoendoscopie training over de karakterisering van colorectale poliepen (WLI, LCI en BLI)

Fase 2. CAD EYE®-systeem toegepast tijdens het ophalen van colonoscopie:

2.1. CAD EYE®-systeem UIT: Virtuele chromoendoscopie (BLI) - onafhankelijke karakterisering van een vermoedelijke poliep in WLI en BLI door de eerste endoscopist en door de tweede endoscopist (iconografisch record) 2.2. CAD EYE®-systeem AAN: Karakteriseringsmodus (BLI): Karakterisering van een vermoedelijke poliep door CAD EYE® en respectievelijk niveau van karakterisering (1 tot 3) (iconografisch record) Fase 3. Histopathologische evaluatie (patholoog met gastro-intestinale expertise): Resectie en herstel van een vermoedelijke poliep voor anatomopathologische karakterisering

Gedetailleerde uitleg van Methodenfasen Fase 1. Korte virtuele chromoendoscopietraining over de karakterisering van colorectale poliepen (WLI, LCI en BLI) Virtuele chromoendoscopietraining moet online worden gegeven via het BASIC e-learningplatform (bli.eu/category/e-learning/ ). Deze training moet worden uitgevoerd door alle deelnemers die aan het project deelnemen (stagiairs en ervaren endoscopisten) voordat deze in de praktijk wordt toegepast, waardoor vaardigheden kunnen worden verworven over de karakterisering van virtuele chromo-endoscopie van colorectale poliepen met behulp van BLI. Bovendien moet een korte beoordeling van de Kudo-classificatie van het pitpatroon van colorectale poliepen worden uitgevoerd.

Fase 2. Evaluatie van colorectale poliepen in real-time - Optische karakterisering van colorectale poliepen De eerste benadering voor optische karakterisering van een geïdentificeerde poliep bestaat uit de evaluatie van de poliep, eerst in WLI-modus en vervolgens in BLI-modus, met CAD EYE® OFF . Deze evaluatie dient systematisch te worden uitgevoerd door twee onafhankelijke endoscopisten in de onderzoeksruimte en de evaluatie van beide dient op een apart registratieblad te worden vastgelegd door de endoscopist die het onderzoek niet uitvoert. De twee endoscopisten zijn bij voorkeur (maar niet noodzakelijkerwijs) een ervaren endoscopist en een stagiair van de laatste jaren, en de aanwezigheid van minstens één ervaren endoscopist is verplicht. De onafhankelijke evaluatie wordt gegarandeerd door een gefaseerde en vastgelegde aanpak: 1e stap - De 1e endoscopist (endoscopist die de colonoscopie uitvoert) vraagt ​​de poliepevaluatie aan en schriftelijk vast te leggen door de 2e endoscopist (degene die de colonoscopie niet uitvoert) - geblindeerde evaluatie omdat de 1e endoscopist verwoordt zijn evaluatie niet); 2e moment - wanneer de 2e endoscopist aangeeft dat hij zijn dossier heeft voltooid, maakt de 1e endoscopist mondeling zijn classificatie kenbaar, die wordt vastgelegd door de 2e endoscopist. Deze evaluatie moet het histopathologische type poliep (hyperplastisch, adenoom, sessiele gekartelde laesie of ander type) en het betrouwbaarheidsniveau van de uitgevoerde evaluatie (hoog of laag) omvatten. Kudo-classificatie van pitpatroon kan ook worden vastgelegd (optioneel).

Daarna moet de optische karakteriseringsmodus van CAD EYE® (CAD EYE® ON) in BLI-modus worden geactiveerd voor de evaluatie van CAD EYE® optische karakterisering, in hyperplastische of neoplastische poliepen, evenals het karakteriseringsniveau (gradueel van 1 tot 3 ). De beoordeling van de CAD EYE® dient ook door de endoscopist in de onderzoeksruimte die niet de coloscopie uitvoert op zijn eigen registratieblad te worden genoteerd.

De iconografische registratie van geëvalueerde poliepen in de WLI- en BLI-modi en de evaluatievideo met behulp van CAD EYE® in de BLI-karakteriseringsmodus moeten worden uitgevoerd.

Fase 3. Histopathologische evaluatie (door patholoog met gastro-intestinale expertise) Na detectie en optische karakterisering van geïdentificeerde colorectale poliepen, moet hun resectie worden uitgevoerd met de meest geschikte techniek volgens de grootte en het type poliep (koude forcepspolypectomie indien afmetingen <3 mm), koude snare polypectomie indien afmeting tussen 3-10 mm en diathermische snare polypectomie/endoscopische mucosale resectie indien laesies >10 mm) en herstel van colorectale poliep voor anatomopathologische karakterisering. Elke colorectale poliep moet worden teruggevonden in een afzonderlijke injectieflacon. Niet-herstelde poliepen worden niet meegeteld voor vergelijkende evaluatie van optische karakterisering.

Statistische analyse De diagnostische prestatie van CAD EYE® zal worden geëvalueerd door vergelijking met de gouden standaard (histologische karakterisering in de optische karakteriseringsfase), in termen van diagnostische nauwkeurigheid, sensitiviteit, specificiteit, positief voorspellende waarde en negatief voorspellende waarde. Subanalyses kunnen worden uitgevoerd met betrekking tot de grootte, locatie en het histologische type poliep, evenals de expertise van de endoscopist.

Berekening van de steekproefomvang Voor een alfa-risico van 0,05 en een bèta-risico van 0,2 voor een bilaterale test, is het nodig om 197 colorectale poliepen op te nemen, ervan uitgaande dat de initiële pre-interventie diagnostische ratio 0,7 is en de uiteindelijke post-interventie ratio 0,82.

Verwachte resultaten Verwacht wordt dat het nieuwe CAD EYE®-systeem een ​​diagnostische nauwkeurigheid zal hebben in de optische karakterisering van colorectale poliepen van ongeveer 78,4%, vergelijkbaar met ervaren endoscopisten (78,4% versus 79,6%) en superieur aan minder ervaren endoscopisten (70,7% versus 79,6%). %).(14) Zo zal het nieuwe CAD EYE®-systeem optische karakterisering met hoge nauwkeurigheid mogelijk maken, als een beslissingsinstrument voor de endoscopist bij strategieën gebaseerd op optische diagnose zoals "diagnose en achterlaten" voor kleine poliepen van sigmoid colon en rectum met een hoge mate van vertrouwen in hyperplastische histologie en "voorspellen, verwijderen en weggooien" voor kleine poliepen.