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Real-time artificial intelligence–based histologic classification of colorectal polyps with augmented visualization - 12/02/21

Doi : 10.1016/j.gie.2020.09.018 
Eladio Rodriguez-Diaz, PhD 1, 2, György Baffy, MD 3, 5, Wai-Kit Lo, MD 3, 5, Hiroshi Mashimo, MD 3, 5, Gitanjali Vidyarthi, MD 6, 8, Shyam S. Mohapatra, PhD 7, 8, Satish K. Singh, MD 1, 2, 3, 4, 5,
1 Research Service, VA Boston Healthcare System, Boston, MA 
2 Department of Biomedical Engineering, Boston University College of Engineering, Boston, MA 
3 Department of Medicine, Section of Gastroenterology, VA Boston Healthcare System, Boston, MA 
4 Department of Medicine, Boston University School of Medicine, Boston, MA 
5 Department of Medicine, Brigham and Women’s Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA 
6 Section of Gastroenterology, James A. Haley Veterans Hospital, Tampa, FL 
7 Research Service, James A. Haley Veterans Hospital, Tampa, FL 
8 Department of Medicine, Morsani College of Medicine, University of South Florida, Tampa, FL 

Reprint requests: Satish K. Singh, MD, Department of Medicine, Section of Gastroenterology, VA Boston Healthcare System, 150 South Huntington Ave, GI-111, Boston, MA 02130.Department of MedicineSection of GastroenterologyVA Boston Healthcare System150 South Huntington AveGI-111BostonMA02130

Abstract

Background and Aims

Artificial intelligence (AI)–based computer-aided diagnostic (CADx) algorithms are a promising approach for real-time histology (RTH) of colonic polyps. Our aim is to present a novel in situ CADx approach that seeks to increase transparency and interpretability of results by generating an intuitive augmented visualization of the model’s predicted histology over the polyp surface.

Methods

We developed a deep learning model using semantic segmentation to delineate polyp boundaries and a deep learning model to classify subregions within the segmented polyp. These subregions were classified independently and were subsequently aggregated to generate a histology map of the polyp’s surface. We used 740 high-magnification narrow-band images from 607 polyps in 286 patients and over 65,000 subregions to train and validate the model.

Results

The model achieved a sensitivity of .96, specificity of .84, negative predictive value (NPV) of .91, and high-confidence rate (HCR) of .88, distinguishing 171 neoplastic polyps from 83 non-neoplastic polyps of all sizes. Among 93 neoplastic and 75 non-neoplastic polyps ≤5 mm, the model achieved a sensitivity of .95, specificity of .84, NPV of .91, and HCR of .86.

Conclusions

The CADx model is capable of accurately distinguishing neoplastic from non-neoplastic polyps and provides a histology map of the spatial distribution of localized histologic predictions along the delineated polyp surface. This capability may improve interpretability and transparency of AI-based RTH and offer intuitive, accurate, and user-friendly guidance in real time for the clinical management and documentation of optical histology results.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abbreviations : AI, CADx, HCR, NBI, NICE, NPV, PIVI, RTH, SSAP


Plan


 DISCLOSURE: The following authors received research support for this study from the U.S. Department of Veterans Affairs as a collaboration as part of the VA Colorectal Cancer Cellgenomics Consortium (“VA4C”): S. S. Mohapatra (Research Career Scientist Award IK6BX003778) and S. K. Singh (CSR&D and BLR&D Merit Review Awards CX001146 and BX004455). This material is the result of work supported with resources and use of facilities at the VA Boston Healthcare System. The contents do not represent the views of the U.S. Department of Veterans Affairs or the U.S. Government. All other authors disclosed no financial relationships.
 See CME section, p. 727.
 If you would like to chat with an author of this article, you may contact Dr Singh at satish.singh@va.gov.


© 2021  Publié par Elsevier Masson SAS.
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Vol 93 - N° 3

P. 662-670 - mars 2021 Retour au numéro
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