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Development and validation of artificial neural networks model for detection of Barrett’s neoplasia: a multicenter pragmatic nonrandomized trial (with video) - 18/02/23

Doi : 10.1016/j.gie.2022.10.031 
Mohamed Abdelrahim, MRCP 1, Masahiro Saiko, MSc 2, Naoto Maeda, MSc 3, Ejaz Hossain, MRCP 1, Asma Alkandari, MD 4, Sharmila Subramaniam, PhD 1, Adolfo Parra-Blanco, PhD 5, Andres Sanchez-Yague, PhD 6, Emmanuel Coron, PhD 7, Alessandro Repici, PhD 8, Pradeep Bhandari, MD 1,
1 Portsmouth Hospitals University NHS Trust, Portsmouth, UK 
2 Biometrics Research Laboratories, NEC Corporation, Kawasaki, Japan 
3 Medical AI Research Department, NEC Corporation, Tokyo, Japan 
4 Al Jahra Hospital, Kuwait, Kuwait 
5 Nottingham Digestive Diseases Biomedical Research Centre, and Nottingham University Hospitals NHS Trust, Nottingham, UK 
6 Hospital Costa del Sol, Marbella, Spain 
7 Centre Hospitalier Universitaire and Faculté de Médecine de Nantes, Nantes, France 
8 Humanitas Clinical and Research Center, Milan, Italy 

Reprint requests: Pradeep Bhandari, MD, Queen Alexandra Hospital, Southwick Hill Road, Cosham, Portsmouth PO6 3LY, UK.Queen Alexandra HospitalSouthwick Hill RoadCoshamPortsmouthPO6 3LYUK

Abstract

Background and aims

The aim of this study was to develop and externally validate a computer-aided detection (CAD) system for the detection and localization of Barrett’s neoplasia and assess its performance compared with that of general endoscopists in a statistically powered multicenter study by using real-time video sequences.

Methods

In phase 1, the hybrid visual geometry group 16-SegNet model was trained by the use of 75,198 images and videos (96 patients) of neoplastic and 1,014,973 images and videos (65 patients) of nonneoplastic Barrett’s esophagus. In phase 2, image-based validation was performed on a separate dataset of 107 images (20 patients) of neoplastic and 364 images (14 patients) of nonneoplastic Barrett’s esophagus. In phase 3 (video-based external validation) we designed a real-time video-based study with 32 videos (32 patients) of neoplastic and 43 videos (43 patients) of nonneoplastic Barrett’s esophagus from 4 European centers to compare the performance of the CAD model with that of 6 nonexpert endoscopists. The primary endpoint was the sensitivity of CAD diagnosis of Barrett’s neoplasia.

Results

In phase 2, CAD detected Barrett’s neoplasia with sensitivity, specificity, and accuracy of 95.3%, 94.5%, and 94.7%, respectively. In phase 3, the CAD system detected Barrett’s neoplasia with sensitivity, specificity, negative predictive value, and accuracy of 93.8%, 90.7%, 95.1%, and 92.0%, respectively, compared with the endoscopists’ performance of 63.5%, 77.9%, 74.2%, and 71.8%, respectively (P < .05 in all parameters). The CAD system localized neoplastic lesions with accuracy, mean precision, and mean intersection over union of 100%, 0.62, and 0.54, respectively, when compared with at least 1 of the expert markings. The processing speed of the CAD detection and localization were 5 ms/image and 33 ms/image, respectively.

Conclusion

To our knowledge, this is the first study describing external (multicenter) validation of AI algorithms for the detection of Barrett’s neoplasia on real-time endoscopic videos. The CAD system in this study significantly outperformed nonexpert endoscopists on real-time video-based assessment, achieving >90% sensitivity for neoplasia detection. This result needs to be validated during real-time endoscopic assessment.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abbreviations : AI, ASGE, CADe, CNN, HGD, IoU, LGD, NPV, WLI


Plan


 DISCLOSURE: This investigator-initiated study was funded by NEC Japan. M. Saiko is an AI researcher employed by NEC Japan. N. Maeda is an AI scientist employed by NEC Japan. The remaining authors disclosed no financial relationships.


© 2023  American Society for Gastrointestinal Endoscopy. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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Vol 97 - N° 3

P. 422-434 - mars 2023 Retour au numéro
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