Nærfokus NBI-drevet kunstig intelligens for diagnostisering av gastroøsofageal reflukssykdom

Gastroøsofageal reflukssykdom (GORD) er en kronisk tilstand med symptomer som oppstår sekundært til refluks av mageinnhold (Vakil et al., 2006). Den er delt inn i fire fenotyper: Erosiv øsofagitt (EO), Non-Erosive Reflux Disease (NERD), Reflux Hypersensitivity (RH), Funksjonell halsbrann (FH) (Nikaki, Woodland og Sifrim, 2016). Definisjonen av disse fenotypene har utviklet seg med tillegg av diagnostiske tester og metoder for deres tolkning, den siste er Lyon Consensus Statement (Gyawali et al., 2018). Flertallet av pasienter med symptomer som tyder på GORD har ingen slimhinnelesjon sett ved endoskopi (Nikaki, Woodland og Sifrim, 2016). Komplikasjoner av GORD, som peptisk striktur og Barretts øsofagus, kan lett diagnostiseres ved bruk av WLE. Diagnosen refluksøsofagitt med standarddefinisjon WLE er godt beskrevet i Los Angeles (LA) klassifiseringen (Armstrong et al., 1996) og validert (Lundell et al., 1999) med LA grad C og D bekreftende på GORD (Gyawali) et al., 2018). Videre er det vist at AET øker med LA-klassifisering A til D (Lundell et al., 1999). Det er imidlertid bare en beskjeden inter-observatør-avtale mellom LA-gradene (Kappa-koeffisient 0,4), spesielt A og B. Videre påvises LA grad A-øsofagitt hos opptil 17,0 % av asymptomatiske pasienter (Nozu og Komiyama, 2008; Zagari et al. al., 2008). En diagnose av GORD og beslutninger for anti-reflukskirurgi kan ikke gjøres på dette grunnlaget, noe som krever pH-testing for å bekrefte GORD.

Smalbåndsavbildning

Avbildning av gastro-øsofageal-krysset ved bruk av høydefinisjons Olympus H260-skop ved bruk av LA-klassifiseringen av GORD med WLE og NBI viste forbedring i generell interobservatørreproduserbarhet når det ble brukt i en kombinasjon sammenlignet med WLE alene; k 0,62 vs 0,45 (<0,05) (Lee et al., 2007). Funksjoner identifisert ved bruk av digital forstørrelse NBI ved squamo-søylekrysset i tilfeller av EO (n=41; LA grad A og B), NERD (n=36) og kontroller (n=32) inkluderer mikroerosjoner (100 % EO; 52,8 % NERD; 23,3 % kontroller), økt vaskularitet (95,1 % EO; 91,7 % NERD; 36,7 % kontroller) og runde gropmønstre (4,9 % EO; 5,6 % NERD; 70 % kontroller). Økt vaskularitet kombinert med fravær av rundt gropmønster skiller NERD fra kontroller med sensitivitet og spesifisitet 86,1 % og 83,3 %. Enighet mellom observatører i denne enkeltsenterstudien var god for økt vaskularitet (k=0,95) og mikroerosjoner (k=0,89) men lavt for gropmønster (k=0,59) (Fock et al., 2009).

Intra-papillære kapillærløkker (IPCLs) er slimhinnekapillærer som kommer fra den submukosale venen til papillen, vanligvis arrangert på en vanlig "prikk"-lignende måte omtrent 100 mikrometer fra hverandre (Inoue, 2001). Visualiseringen av esophageal IPCLs med NBI er godt dokumentert og danner grunnlaget for en NBI-klassifisering for plateepitelneoplasi (Inoue et al., 2015). IPCL morfologiendringer er foreslått hos pasienter som undersøkes for NERD, spesielt dilatasjon og forlengelse av IPCL hos pasienter med NERD med forstørrelse NBI (Kato et al., 2006).

NBI med optisk forstørrelse for diagnostisering av GORD er evaluert i 2 studier (Sharma et al., 2007; Lv et al., 2013). Sharma et al utførte en mulighetsforsøk med Olympus Q240Z med kvadrantisk undersøkelse av de distale 5 cm av WLE deretter NBI i n=50 GORD (EO n=30; NERD n=20) og kontroller (n=30). I likhet med Fock et al, var tilstedeværelsen av mikroerosjoner og hypervaskularitet betydelig høyere blant GORD. IPCL-nummer og morfologi av tortuositet, dilatasjon ble sett signifikant mer i GORD versus kontroll. Disse funnene var konsistente i uavhengig sammenligning av EO og NERD versus kontroller. ROC-analyseterskler for beste sensitivitet og spesifisitet (henholdsvis) for NERD var maksimal ipcl/felt 131 (90 %, 70 %), min 99 (85 %, 70 %) og gjennomsnittlig 117 (90 %, 70 %) (Sharma et al. ., 2007).

Lv et al brukte Olympus GIF-H260Z for å evaluere NERD (n=40), EO (n=40), Barretts (n=40) og friske kontroller (n=40). IPCL-nummer, morfologi (forlenget/dilatert/slynget), mikroerosjoner, rundt pitmønster over eller under SCJ, ble registrert som trekk ved refluks. Signifikante forskjeller ble funnet med økt IPCL-tall, mikroerosjoner, ikke-runde gropmønstre under SCJ hos GERD (NERD/EO og BE) pasienter sammenlignet med kontroller og færre mikroerosjoner hos NERD pasienter sammenlignet med RE (Lv et al., 2013).

Definisjonen av NERD i alle studier til dags dato er imidlertid variabel og i stor grad basert på symptomevaluering, respons på PPI og fravær av slimhinnelesjoner ved endoskopisk undersøkelse uten standardisering ved bruk av pH-studier.

Kunstig intelligens

Til dags dato er det en studie som evaluerer bruken av ANN-er for å forutsi GORD basert på 45 variabler, inkludert demografi, medisinsk historie, helsestatus, symptomer. Alle pasienter gjennomgikk OGD, 24-pH-studier utført i de uten slimhinnelesjon ved endoskopi: 103 GORD-pasienter (62 med refluksøsofagitt og 41 med AET>5%) og n=56 FH-pasienter GORD. ANN demonstrerte en nøyaktighet på 100 % sammenlignet med 78 % ved bruk av konvensjonell statistisk regresjonsanalyse (Pace et al., 2005). Selv om dette er optimistiske funn, ble andelen trenings- og testdata som ble brukt ikke spesifisert, og ytterligere evaluering med større datasett er helt klart berettiget. Det er ingen bildedrevne AI-modeller for diagnostisering av GORD til dags dato. Maskinlæring med endoskopiske bilder er en vei av stor interesse som beskrevet i avsnitt 1.7.7, med IPCLer som et potensielt mål, basert på tidligere studier av NBI for diagnostisering av GORD. CNN-er som involverer IPCL-deteksjon og morfologi har nylig blitt rapportert i sammenheng med en pilotstudie for datamaskinassistert diagnose av esophageal tidlig plateepitelkreft ved bruk av segmenteringsteknologi med nøyaktighet som matcher ekspertendoskopister (Zhao et al., 2018). Bildesegmenteringsteknikken til Adaptive Local Thresholding har vist seg å være nyttig i kardeteksjon i retinale fotografier, noe som gjør dette til en attraktiv teknikk for IPCL-er (Jiang og Mojon, 2003).