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Deep learning model for diagnosing gastric mucosal lesions using endoscopic images: development, validation, and method comparison - 14/01/22

Doi : 10.1016/j.gie.2021.08.022 
Joon Yeul Nam, MD 1, , Hyung Jin Chung, MSc 2, , Kyu Sung Choi, MD, PhD 3, , Hyuk Lee, MD, PhD 4, , Tae Jun Kim, MD, PhD 4, Hosim Soh, MD 1, Eun Ae Kang, MD, PhD 5, Soo-Jeong Cho, MD, PhD 1, Jong Chul Ye, PhD 2, Jong Pil Im, MD, PhD 1, Sang Gyun Kim, MD, PhD 1, Joo Sung Kim, MD, PhD 1, Hyunsoo Chung, MD, PhD 1, , Jeong-Hoon Lee, MD, PhD 1, ,
1 Department of Internal Medicine and Liver Research Institute, Seoul National University College of Medicine, Seoul, Korea 
2 Bio Imaging and Signal Processing Laboratory, Department of Bio and Brain Engineering, Korea Advanced Institute for Science and Technology, Daejeon, Korea 
3 Department of Radiology, Seoul National University College of Medicine, Seoul, Korea 
4 Department of Internal Medicine, Samsung Medical Center, Sungkyunkwan University School of Medicine, Seoul, Korea 
5 Department of Internal Medicine, Yonsei University College of Medicine, Seoul, Korea 

Reprint requests: Jeong-Hoon Lee, MD, PhD, Department of Internal Medicine, Seoul National University Hospital, 101, Daehak-ro, Jongno-gu, Seoul 03080, Republic of Korea.Department of Internal MedicineSeoul National University Hospital101, Daehak-ro, Jongno-guSeoul03080Republic of Korea

Abstract

Background and Aims

Endoscopic differential diagnoses of gastric mucosal lesions (benign gastric ulcer, early gastric cancer [EGC], and advanced gastric cancer) remain challenging. We aimed to develop and validate convolutional neural network–based artificial intelligence (AI) models: lesion detection, differential diagnosis (AI-DDx), and invasion depth (AI-ID; pT1a vs pT1b among EGC) models.

Methods

This study included 1366 consecutive patients with gastric mucosal lesions from 2 referral centers in Korea. One representative endoscopic image from each patient was used. Histologic diagnoses were set as the criterion standard. Performance of the AI-DDx (training/internal/external validation set, 1009/112/245) and AI-ID (training/internal/external validation set, 620/68/155) was compared with visual diagnoses by independent endoscopists (stratified by novice [<1 year of experience], intermediate [2-3 years of experience], and expert [>5 years of experience]) and EUS results, respectively.

Results

The AI-DDx showed good diagnostic performance for both internal (area under the receiver operating characteristic curve [AUROC] = .86) and external validation (AUROC = .86). The performance of the AI-DDx was better than that of novice (AUROC = .82, P = .01) and intermediate endoscopists (AUROC = .84, P = .02) but was comparable with experts (AUROC = .89, P = .12) in the external validation set. The AI-ID showed a fair performance in both internal (AUROC = .78) and external validation sets (AUROC = .73), which were significantly better than EUS results performed by experts (internal validation, AUROC = .62; external validation, AUROC = .56; both P < .001).

Conclusions

The AI-DDx was comparable with experts and outperformed novice and intermediate endoscopists for the differential diagnosis of gastric mucosal lesions. The AI-ID performed better than EUS for evaluation of invasion depth.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abbreviations : AGC, AI, AI-DDx, AI-ID, AI-LD, AUROC, BGU, CNN, EGC, Grad-AM, ROI


Plan


 DISCLOSURE: All authors disclosed no financial relationships. Research support for this study was provided by Seoul National University Hospital (grant no. 04-2020-0860).
 DIVERSITY, EQUITY, AND INCLUSION: We worked to ensure gender balance in the recruitment of human subjects. We worked to ensure ethnic or other types of diversity in the recruitment of human subjects. We worked to ensure that the language of the study questionnaires reflected inclusion.


© 2022  Publié par Elsevier Masson SAS.
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Vol 95 - N° 2

P. 258 - février 2022 Retour au numéro
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