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Artificial intelligence?enhanced white-light colonoscopy with attention guidance predicts colorectal cancer invasion depth - 17/08/21

Doi : 10.1016/j.gie.2021.03.936 
Xiaobei Luo, PhD, MD 1, , Jiahao Wang 2, 3,  : Bachelor of science, Zelong Han, PhD, MD 1, , Yang Yu, PhD 2, 3, 4, Zhenyu Chen, BEng 1, Feiyang Huang, BS 3, Yumeng Xu, MS 2, Jianqun Cai, PhD, MD 1, Qiang Zhang, MD 1, Weiguang Qiao, PhD, MD 1, Inn Chuan Ng, PhD 5, Robby T. Tan, PhD 6, 7, Side Liu, PhD, MD 1, , Hanry Yu, PhD 1, 2, 3, 4, 5
1 Department of Gastroenterology, Nanfang Hospital, Southern Medical University, Guangzhou, China 
2 Mechanobiology Institute, National University of Singapore, Singapore 
3 Institute of Bioengineering and Nanotechnology, Agency for Science, Technology and Research (A∗STAR), Singapore 
4 CAMP, Singapore-MIT Alliance for Research and Technology, Singapore 
5 Department of Physiology, The Institute for Digital Medicine (WisDM), Yong Loo Lin School of Medicine, Singapore 
6 Yale-NUS College, Singapore 
7 Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore, Singapore 

Reprint requests: Liu Side, MD, PhD, Director, Department of Gastroenterology, Nanfang Hospital, Southern Medical School, 1838 Guangzhou North Ave, 510515 Guanghzou, PR China.Department of GastroenterologyNanfang HospitalSouthern Medical School1838 Guangzhou North AveGuanghzou510515PR China

Abstract

Background and Aims

Endoscopic submucosal dissection (ESD) and EMR are applied in treating superficial colorectal neoplasms but are contraindicated by deeply invasive colorectal cancer (CRC). The invasion depth of neoplasms can be examined by an automated artificial intelligence (AI) system to determine the applicability of ESD and EMR.

Methods

A deep convolutional neural network with a tumor localization branch to guide invasion depth classification was constructed on the GoogLeNet architecture. The model was trained using 7734 nonmagnified white-light colonoscopy (WLC) images supplemented by image augmentation from 657 lesions labeled with histopathologic analysis of invasion depth. An independent testing dataset consisting of 1634 WLC images from 156 lesions was used to validate the model.

Results

For predicting noninvasive and superficially invasive neoplasms, the model achieved an overall accuracy of 91.1% (95% confidence interval [CI], 89.6%-92.4%), with 91.2% sensitivity (95% CI, 88.8%-93.3%) and 91.0% specificity (95% CI, 89.0%-92.7%) at an optimal cutoff of .41 and the area under the receiver operating characteristic (AUROC) curve of .970 (95% CI, .962-.978). Inclusion of the advanced CRC data significantly increased the sensitivity in differentiating superficial neoplasms from deeply invasive early CRC to 65.3% (95% CI, 61.9%-68.8%) with an AUROC curve of .729 (95% CI, .699-.759), similar to experienced endoscopists (.691; 95% CI, .624-.758).

Conclusions

We have developed an AI-enhanced attention-guided WLC system that differentiates noninvasive or superficially submucosal invasive neoplasms from deeply invasive CRC with high accuracy, sensitivity, and specificity.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract




Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abbreviations : AEWL, AI, AUROC, CAD, CNN, CRC, ER, ESD, IEE, ME, NPV, PPV, ROC, WLC


Plan


 DISCLOSURE: All authors disclosed no financial relationships. Research support for this study was provided in part by Guangdong Provincial Science and Technology Research Program (2020A1414010265,) funding to Xiaobei Luo and Guangdong Provincial Science and Technology Research Program (2019A141405016, and 2017B020209003) funding to Side Liu. This work was also supported in part by the Institute of Bioengineering and Nanotechnology, Biomedical Research Council, Agency for Science, Technology and Research (A∗STAR; Project Number IAF-PPH18/01/a0/014, IAF-PP H18/01/a0/K14, MedCaP-LOA-18-02); MOE ARC (MOE2017-T2-1-149); IAF (H18/01/a0/017); SMART CAMP; The Institute for Digital Medicine (WisDM); and Mechanobiology Institute of Singapore (R-714-106-004-135) funding to Hanry Yu.
 If you would like to chat with an author of this article, you may contact Dr Side at liuside2011@163.com and Dr Hanry at hanry_yu@nuhs.edu.sg.


© 2021  American Society for Gastrointestinal Endoscopy. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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Vol 94 - N° 3

P. 627 - septembre 2021 Retour au numéro
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