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Application of convolutional neural network in the diagnosis of the invasion depth of gastric cancer based on conventional endoscopy - 21/03/19

Doi : 10.1016/j.gie.2018.11.011 
Yan Zhu, MD 1, , Qiu-Cheng Wang, MCS 2, , Mei-Dong Xu, MD, PhD 1, Zhen Zhang, MD 1, Jing Cheng, MD 1, Yun-Shi Zhong, MD, PhD 1, Yi-Qun Zhang, MD, PhD 1, Wei-Feng Chen, MD, PhD 1, Li-Qing Yao, MD, PhD 1, Ping-Hong Zhou, MD, FASGE 1, , Quan-Lin Li, MD 1,
1 Endoscopy Center and Endoscopy Research Institute, Zhongshan Hospital, Fudan University, Shanghai, China 
2 Department of Computer Science, University of California, Irvine, Irvine, California, USA 

Reprint requests: Quan-Lin Li, MD, or Ping-Hong Zhou, MD, PhD, Endoscopy Center and Endoscopy Research Institute, Zhongshan Hospital, Fudan University, Shanghai 200032, China.Endoscopy Center and Endoscopy Research InstituteZhongshan HospitalFudan UniversityShanghai200032China

Abstract

Background and Aims

According to guidelines, endoscopic resection should only be performed for patients whose early gastric cancer invasion depth is within the mucosa or submucosa of the stomach regardless of lymph node involvement. The accurate prediction of invasion depth based on endoscopic images is crucial for screening patients for endoscopic resection. We constructed a convolutional neural network computer-aided detection (CNN-CAD) system based on endoscopic images to determine invasion depth and screen patients for endoscopic resection.

Methods

Endoscopic images of gastric cancer tumors were obtained from the Endoscopy Center of Zhongshan Hospital. An artificial intelligence–based CNN-CAD system was developed through transfer learning leveraging a state-of-the-art pretrained CNN architecture, ResNet50. A total of 790 images served as a development dataset and another 203 images as a test dataset. We used the CNN-CAD system to determine the invasion depth of gastric cancer and evaluated the system’s classification accuracy by calculating its sensitivity, specificity, and area under the receiver operating characteristic curve.

Results

The area under the receiver operating characteristic curve for the CNN-CAD system was .94 (95% confidence interval [CI], .90-.97). At a threshold value of .5, sensitivity was 76.47%, and specificity 95.56%. Overall accuracy was 89.16%. Positive and negative predictive values were 89.66% and 88.97%, respectively. The CNN-CAD system achieved significantly higher accuracy (by 17.25%; 95% CI, 11.63-22.59) and specificity (by 32.21%; 95% CI, 26.78-37.44) than human endoscopists.

Conclusions

We constructed a CNN-CAD system to determine the invasion depth of gastric cancer with high accuracy and specificity. This system distinguished early gastric cancer from deeper submucosal invasion and minimized overestimation of invasion depth, which could reduce unnecessary gastrectomy.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abbreviations : CAD, CI, CNN, EGC, ESD, M, ResNet, SM


Plan


 DISCLOSURE: All authors disclosed no financial relationships relevant to this publication. Research support for this study was provided by the National Natural Science Foundation of China Nos. 81873552 (Li QL), 81470811 (Zhou PH), 81570595 (Xu MD), and 81670483 (Zhou PH); Major Project of Shanghai Municipal Science and Technology Committee nos. 18ZR1406700 (Li QL) and 16411950400 (Zhou PH); Chen Guang Program of Shanghai Municipal Education Commission no. 15CG04 (Li QL), Outstanding Young Doctor Training Project of Shanghai Municipal Commission of Health and Family Planning no. 2017YQ026 (Li QL), and the Project of Shanghai Municipal Commission of Health and Family Planning no. SHDC12016203 (Zhou PH).
 If you would like to chat with an author of this article, you may contact Dr Li at li.quanlin@zs-hospital.sh.cn or Dr Zhou at zhou.pinghong@zs-hospital.sh.cn.


© 2019  American Society for Gastrointestinal Endoscopy. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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Vol 89 - N° 4

P. 806 - avril 2019 Retour au numéro
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