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Artificial intelligence for automatic diagnosis of biliary stricture malignancy status in single-operator cholangioscopy: a pilot study - 14/01/22

Doi : 10.1016/j.gie.2021.08.027 
Miguel Mascarenhas Saraiva, MD, MSc 1, 2, 3, , Tiago Ribeiro, MD, MSc 1, 2, , João P.S. Ferreira, PhD 4, Filipe Vilas Boas, MD, MSc 1, 2, 3, João Afonso, MD, MSc 1, 2, Ana Luísa Santos, MD, MSc 1, 2, 3, Marco P.L. Parente, PhD 4, Renato N. Jorge, PhD 4, Pedro Pereira, MD, MSc 1, 2, 3, Guilherme Macedo, MD, PhD 1, 2, 3
1 Department of Gastroenterology, São João University Hospital, Porto, Portugal 
2 WGO Gastroenterology and Hepatology Training Center, Porto, Portugal 
3 Department of Gastroenterology, Faculty of Medicine, University of Porto, Porto, Portugal 
4 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Porto, Porto, Portugal 

Reprint requests: Miguel Mascarenhas Saraiva, CHUSJ: Centro Hospitalar Universitario de Sao Joao, Rua Oliveira Martins 104, Porto, Porto 4200-427, Portugal.CHUSJ: Centro Hospitalar Universitario de Sao JoaoRua Oliveira Martins 104PortoPorto4200-427Portugal

Abstract

Background and Aims

The diagnosis and characterization of biliary strictures (BSs) is challenging. The introduction of digital single-operator cholangioscopy (DSOC) that allows direct visual inspection of the lesion and targeted biopsy sampling significantly improved the diagnostic yield in patients with indeterminate BSs. However, the diagnostic efficiency of DSOC remains suboptimal. Convolutional neural networks (CNNs) have shown great potential for the interpretation of medical images. We aimed to develop a CNN-based system for automatic detection of malignant BSs in DSOC images.

Methods

We developed, trained, and validated a CNN-based on DSOC images. Each frame was labeled as a normal/benign finding or as a malignant lesion if histopathologic evidence of biliary malignancy was available. The entire dataset was split for 5-fold cross-validation. In addition, the image dataset was split for constitution of training and validation datasets. The performance of the CNN was measured by calculating the area under the receiving operating characteristic curve (AUC), sensitivity, specificity, and positive and negative predictive values.

Results

A total of 11,855 images from 85 patients were included (9695 malignant strictures and 2160 benign findings). The model had an overall accuracy of 94.9%, sensitivity of 94.7%, specificity of 92.1%, and AUC of .988 in cross-validation analysis. The image processing speed of the CNN was 7 ms per frame.

Conclusions

The developed deep learning algorithm accurately detected and differentiated malignant strictures from benign biliary conditions. The introduction of artificial intelligence algorithms to DSOC systems may significantly increase its diagnostic yield for malignant strictures.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract




Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abbreviations : AI, AUC, BS, CI, CNN, DSOC


Plan


 DISCLOSURE: All authors disclosed no financial relationships. Research support for this study was provided by Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) for computational costs related to this study through grant CPCA/A0/7363/2020. This entity had no role in study design, data collection, data analysis, preparation of the manuscript, or publishing decision.
 DIVERSITY, EQUITY, AND INCLUSION: We worked to ensure sex balance in the selection of nonhuman subjects. One or more of the authors of this article self-identifies as an under-represented gender minority in science. The author list of this article includes contributors from the location where the research was conducted who participated in the data collection, design, analysis, and/or interpretation of the work.
 If you would like to chat with an author of this article, you may contact Dr Saraiva at miguelmascarenhassaraiva@gmail.com.


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

P. 339-348 - février 2022 Retour au numéro
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