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Development of convolutional neural network models that recognize normal anatomic structures during real-time radial-array and linear-array EUS (with videos) - 16/01/24

Doi : 10.1016/j.gie.2023.10.028 
Carlos Robles-Medranda, MD, FASGE, AGAF 1, , Jorge Baquerizo-Burgos, MD 1, Miguel Puga-Tejada, MD, PhD 1, Raquel Del Valle, MD 1, Juan C. Mendez, ENG 2, Maria Egas-Izquierdo, MD 1, Martha Arevalo-Mora, MD 1, Domenica Cunto, MD 1, Juan Alcívar-Vasquez, MD, MSc 1, Hannah Pitanga-Lukashok, MD 1, Daniela Tabacelia, MD 3, 4
1 Gastroenterology and Endoscopy Division, Instituto Ecuatoriano de Enfermedades Digestivas, Guayaquil, Ecuador 
2 Research and Development Department, mdconsgroup, Guayaquil, Ecuador 
3 Gastroenterology and Hepatology, Elias Emergency University Hospital, Bucharest, Romania 
4 Faculty of Medicine, Carol Davila University of Medicine and Pharmacy, Bucharest, Romania 

Reprint requests: Carlos Robles-Medranda, MD, Endoscopy Division, Instituto Ecuatoriano de Enfermedades Digestivas, Av. Abel Romero Castillo S/N y Av. Juan Tanca Marengo, Torre Vitalis I, Mezzanine 3, Guayaquil, Ecuador 090505.Endoscopy DivisionInstituto Ecuatoriano de Enfermedades DigestivasAv. Abel Romero Castillo S/N y Av. Juan Tanca MarengoTorre Vitalis IMezzanine 3Guayaquil090505Ecuador

Abstract

Background and Aims

EUS is a high-skill technique that requires numerous procedures to achieve competence. However, training facilities are limited worldwide. Convolutional neural network (CNN) models have been previously implemented for object detection. We developed 2 EUS-based CNN models for normal anatomic structure recognition during real-time linear- and radial-array EUS evaluations.

Methods

The study was performed from February 2020 to June 2022. Consecutive patient videos of linear- and radial-array EUS videos were recorded. Expert endosonographers identified and labeled 20 normal anatomic structures within the videos for training and validation of the CNN models. Initial CNN models (CNNv1) were developed from 45 videos and the improved models (CNNv2) from an additional 102 videos. CNN model performance was compared with that of 2 expert endosonographers.

Results

CNNv1 used 45,034 linear-array EUS frames and 21,063 radial-array EUS frames. CNNv2 used 148,980 linear-array EUS frames and 128,871 radial-array EUS frames. Linear-array CNNv1 and radial-array CNNv1 achieved a 75.65% and 71.36% mean average precision (mAP) with a total loss of .19 and .18, respectively. Linear-array CNNv2 obtained an 88.7% mAP with a .06 total loss, whereas radial-array CNNv2 achieved an 83.5% mAP with a .07 total loss. CNNv2 accurately detected all studied normal anatomic structures with a >98% observed agreement during clinical validation.

Conclusions

The proposed CNN models accurately recognize the normal anatomic structures in prerecorded videos and real-time EUS. Prospective trials are needed to evaluate the impact of these models on the learning curves of EUS trainees.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract




Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abbreviations : AI, CNN, CNNv1, CNNv2, CNNv1-L, CNNv2-L, CNNv1-R, CNNv2-R, DL, FPS, mAP, NPV, PPV


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Vol 99 - N° 2

P. 271 - février 2024 Retour au numéro
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