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Artificial intelligence for evaluating the risk of gastric cancer: reliable detection and scoring of intestinal metaplasia with deep learning algorithms - 16/11/23

Doi : 10.1016/j.gie.2023.06.056 
Mai Iwaya, MD, PhD 1, 2, , Yuichiro Hayashi, PhD 3, , Yasuhiro Sakai, MD, PhD 2, 4, , Akihiko Yoshizawa, MD, PhD 2, 5, Yugo Iwaya, MD, PhD 6, Takeshi Uehara, MD, PhD 7, Masanobu Kitagawa, MD, PhD 2, 8, Masashi Fukayama, MD, PhD 2, 9, 10, Kensaku Mori, PhD 3, Hiroyoshi Ota, MD, PhD 11
1 Department of Laboratory Medicine, Shinshu University Hospital, Nagano, Japan 
2 Japanese Society of Pathology, Tokyo, Japan 
3 Graduate School of Informatics, Nagoya University, Aichi, Japan 
4 Department of Laboratory Medicine, Fujita Health University School of Medicine, Aichi, Japan 
5 Department of Diagnostic Pathology, Kyoto University Hospital, Kyoto, Japan 
6 Department of Medicine, Division of Gastroenterology and Hepatology, Shinshu University School of Medicine, Nagano, Japan 
7 Department of Laboratory Medicine, Shinshu University School of Medicine, Nagano, Japan 
8 Department of Comprehensive Pathology, Graduate School of Medical and Dental Sciences, Tokyo Medical and Dental University, Tokyo, Japan 
9 Department of Pathology, Graduate School of Medicine, the University of Tokyo, Tokyo, Japan 
10 Asahi TelePathology Center, Asahi General Hospital, Chiba, Japan 
11 Department of Clinical Laboratory Sciences, School of Health Sciences, Shinshu University, Nagano, Japan 

Reprint requests: Mai Iwaya, MD, PhD, Department of Laboratory Medicine, Shinshu University Hospital, 3-1-1 Asahi, Matsumoto, Nagano, Japan.Department of Laboratory MedicineShinshu University Hospital3-1-1 AsahiMatsumotoNaganoJapan

Abstract

Background and Aims

Gastric cancer (GC) is associated with chronic gastritis. To evaluate the risk, the Operative Link on Gastric Intestinal Metaplasia Assessment (OLGIM) system was constructed and showed a higher GC risk in stage III or IV patients, determined by the degree of intestinal metaplasia (IM). Although the OLGIM system is useful, evaluating the degree of IM requires substantial experience to produce precise scoring. Whole-slide imaging is becoming routine, but most artificial intelligence (AI) systems in pathology are focused on neoplastic lesions.

Methods

Hematoxylin and eosin–stained slides were scanned. Images were divided into each gastric biopsy tissue sample and labeled with an IM score. IM was scored as follows: 0 (no IM), 1 (mild IM), 2 (moderate IM), and 3 (severe IM). Overall, 5753 images were prepared. A deep convolutional neural network (DCNN) model, ResNet50, was used for classification.

Results

ResNet50 classified images with and without IM with a sensitivity of 97.7% and specificity of 94.6%. IM scores 2 and 3, involved as criteria of stage III or IV in the OLGIM system, were classified by ResNet50 in 18%. The respective sensitivity and specificity values of classifying IM between scores 0 and 1 and 2 and 3 were 98.5% and 94.9%, respectively. The IM scores classified by pathologists and the AI system were different in only 438 images (7.6%), and we found that ResNet50 tended to miss small foci of IM but successfully identified minimal IM areas that pathologists missed during the review.

Conclusions

Our findings suggested that this AI system would contribute to evaluating the risk of GC accuracy, reliability, and repeatability with worldwide standardization.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abbreviations : AI, DCNN, GC, GradCAM, H&E, IM, OLGA, OLGIM, USS, WSI


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Vol 98 - N° 6

P. 925 - décembre 2023 Retour au numéro
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