Nära fokus NBI-driven artificiell intelligens för diagnos av gastro-esofageal refluxsjukdom

Gastro-esofageal refluxsjukdom (GORD) är ett kroniskt tillstånd med symtom som uppstår sekundärt till reflux av maginnehåll (Vakil et al., 2006). Den är indelad i fyra fenotyper: Erosiv esofagit (EO), Non-Erosive Reflux Disease (NERD), Reflux Hypersensitivity (RH), Funktionell halsbränna (FH) (Nikaki, Woodland och Sifrim, 2016). Definitionen av dessa fenotyper har utvecklats med tillägg av diagnostiska tester och metoder för deras tolkning, den senaste är Lyon Consensus Statement (Gyawali et al., 2018). Majoriteten av patienter som uppvisar symtom som tyder på GORD har ingen slemhinneskada sett vid endoskopi (Nikaki, Woodland och Sifrim, 2016). Komplikationer av GORD, såsom peptisk striktur och Barretts esofagus, kan lätt diagnostiseras med WLE. Diagnosen refluxesofagit med standarddefinition WLE är väl beskriven i Los Angeles (LA) klassificeringen (Armstrong et al., 1996) och validerad (Lundell et al., 1999) med LA grader C och D bekräftande av GORD (Gyawali) et al., 2018). Vidare har AET visat sig öka med LA-klassificering A till D (Lundell et al., 1999). Det finns dock endast en blygsam överensstämmelse mellan observatörerna mellan LA-grader (Kappa-koefficient 0,4), särskilt A och B. Dessutom detekteras LA-grad A-esofagit hos upp till 17,0 % av asymtomatiska patienter (Nozu och Komiyama, 2008; Zagari et al. al., 2008). En diagnos av GORD och beslut för anti-refluxkirurgi kan inte göras på denna grund, vilket kräver pH-testning för att bekräfta GORD.

Narrow Band Imaging

Avbildning av den gastro-esofageala korsningen med högupplöst Olympus H260-skop med LA-klassificeringen av GORD med WLE och NBI visade förbättring av den övergripande interobservatörsreproducerbarheten när den användes i en kombination jämfört med enbart WLE; k 0,62 vs 0,45 (<0,05) (Lee et al., 2007). Funktioner som identifierats med digital förstoring NBI vid squamo-kolonnövergången i fall av EO (n=41; LA grad A och B), NERD (n=36) och kontroller (n=32) inkluderar mikroerosioner (100 % EO; 52,8 % NERD; 23,3 % kontroller), ökad vaskularitet (95,1 % EO; 91,7 % NERD; 36,7 % kontroller) och runda gropmönster (4,9 % EO; 5,6 % NERD; 70 % kontroller). Ökad vaskularitet i kombination med frånvaro av runda gropmönster skiljer NERD från kontroller med sensitivitet och specificitet 86,1 % och 83,3 %. Överensstämmelse mellan observatörer i denna singelcenterstudie var bra för ökad vaskularitet (k=0,95) och mikroerosion (k=0,89) men låg för gropmönster (k=0,59) (Fock et al., 2009).

Intrapapillära kapillärslingor (IPCL) är slemhinnekapillärer som kommer från den submukosala venen till papillen, vanligtvis arrangerade på ett regelbundet "prick"-liknande sätt ungefär 100 mikrometer från varandra (Inoue, 2001). Visualiseringen av esofagus-IPCL med NBI är väl dokumenterad och utgör grunden för en NBI-klassificering för skivepitelneoplasi (Inoue et al., 2015). IPCL morfologiförändringar har föreslagits hos patienter som undersöks för NERD, särskilt dilatation och förlängning av IPCL hos patienter med NERD med förstoring NBI (Kato et al., 2006).

NBI med optisk förstoring för diagnos av GORD har utvärderats i 2 studier (Sharma et al., 2007; Lv et al., 2013). Sharma et al utförde ett genomförbarhetsförsök med Olympus Q240Z med kvadrantisk undersökning av de distala 5 cm av WLE sedan NBI i n=50 GORD (EO n=30; NERD n=20) och kontroller (n=30). I likhet med Fock et al, var närvaron av mikroerosioner och hypervaskularitet signifikant högre bland GORD. IPCL-nummer och morfologi av tortuositet, dilatation sågs signifikant mer i GORD jämfört med kontroll. Dessa fynd var konsekventa i oberoende jämförelse av EO och NERD kontra kontroller. ROC-analyströsklar för bästa sensitivitet och specificitet (respektive) för NERD var maximal ipcl/fält 131 (90 %, 70 %), min 99 (85 %, 70 %) och genomsnitt 117 (90 %, 70 %) (Sharma et al. ., 2007).

Lv et al använde Olympus GIF-H260Z för att utvärdera NERD (n=40), EO (n=40), Barretts (n=40) och friska kontroller (n=40). IPCL-nummer, morfologi (förlängd/dilaterad/slingrig), mikroerosioner, runda gropmönster ovanför eller under SCJ, registrerades som kännetecken för reflux. Signifikanta skillnader hittades med ökat IPCL-tal, mikroerosioner, icke-runda gropmönster under SCJ hos GERD (NERD/EO och BE) patienter jämfört med kontroller och färre mikroerosioner hos NERD-patienter jämfört med RE (Lv et al., 2013).

Definitionen av NERD i alla studier hittills är dock varierande och till stor del baserad på symtomutvärdering, respons på PPI och frånvaron av slemhinneskador vid endoskopisk undersökning utan standardisering med pH-studier.

Artificiell intelligens

Hittills finns det en studie som utvärderar användningen av ANN för att förutsäga GORD baserat på 45 variabler inklusive demografi, medicinsk historia, hälsotillstånd, symtompoäng. Alla patienter genomgick OGD, 24-pH-studier utförda på de utan slemhinneskada vid endoskopi: 103 GORD-patienter (62 med refluxesofagit och 41 med AET>5%) och n=56 FH-patienter GORD. ANN visade en noggrannhet på 100 % jämfört med 78 % med konventionell statistisk regressionsanalys (Pace et al., 2005). Även om dessa är optimistiska resultat specificerades inte andelen tränings- och testdata som användes och ytterligare utvärdering med större datauppsättningar är helt klart motiverad. Det finns hittills inga bilddrivna AI-modeller för diagnos av GORD. Maskininlärning med endoskopiska bilder är en väg av stort intresse som beskrivs i avsnitt 1.7.7, med IPCLs som ett potentiellt mål, baserat på tidigare studier av NBI för diagnos av GORD. CNN som involverar IPCL-detektion och morfologi har nyligen rapporterats i samband med en pilotstudie för datorstödd diagnos av esofagus tidig skivepitelcancer med användning av segmenteringsteknik med noggrannhet matchande expertendoskopister (Zhao et al., 2018). Bildsegmenteringstekniken för Adaptive Local Thresholding har visat sig vara användbar vid kärldetektering i retinala fotografier, vilket gör detta till en attraktiv teknik för IPCL (Jiang och Mojon, 2003).