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Deep learning–based lesion detection and severity grading of small-bowel Crohn’s disease ulcers on double-balloon endoscopy images - 20/04/24

Doi : 10.1016/j.gie.2023.11.059 
Wanqing Xie, PhD 1, 2, , Jing Hu, PhD 3, , Pengcheng Liang, BE 1, , Qiao Mei, PhD 3, Aodi Wang, BE 1, Qiuyuan Liu, PhD 3, Xiaofeng Liu, PhD 4, Juan Wu, PhD 3, Xiaodong Yang, MD 5, Nannan Zhu, MS 3, Bingqing Bai, MD 3, Yiqing Mei, MS 6, Zhen Liang, PhD 1, , Wei Han, PhD 3, , Mingmei Cheng, PhD 1,
1 Department of Intelligent Medical Engineering, School of Biomedical Engineering, Anhui Medical University, Hefei, China 
2 Beth Israel Deaconess Medical Center, Harvard Medical School, Harvard University, Boston, Massachusetts, USA 
3 Department of Gastroenterology, First Affiliated Hospital of Anhui Medical University, Hefei, China 
4 Gordon Center for Medical Imaging, Harvard Medical School and Massachusetts General Hospital, Boston, Massachusetts, USA 
5 Department of General Surgery, First Affiliated Hospital of Anhui Medical University, Hefei, China 
6 Department of Gastroenterology, Union Hospital, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, China 

Reprint requests: Zhen Liang, PhD, Department of Intelligent Medical Engineering, School of Biomedical Engineering, Anhui Medical University, Hefei 230011, ChinaDepartment of Intelligent Medical EngineeringSchool of Biomedical EngineeringAnhui Medical UniversityHefei230011ChinaWei Han, PhD, Department of Gastroenterology, First Affiliated Hospital of Anhui Medical University, Hefei 230011, ChinaDepartment of GastroenterologyFirst Affiliated Hospital of Anhui Medical UniversityHefei230011ChinaMingmei Cheng, BE, Department of Intelligent Medical Engineering, School of Biomedical Engineering, Anhui Medical University, Hefei 230011, China.Department of Intelligent Medical EngineeringSchool of Biomedical EngineeringAnhui Medical UniversityHefei230011China

Abstract

Background and Aims

Double-balloon endoscopy (DBE) is widely used in diagnosing small-bowel Crohn’s disease (CD). However, CD misdiagnosis frequently occurs if inexperienced endoscopists cannot accurately detect the lesions. The CD evaluation may also be inaccurate owing to the subjectivity of endoscopists. This study aimed to use artificial intelligence (AI) to accurately detect and objectively assess small-bowel CD for more refined disease management.

Methods

We collected 28,155 small-bowel DBE images from 628 patients from January 2018 to December 2022. Four expert gastroenterologists labeled the images, and at least 2 endoscopists made the final decision with agreement. A state-of-the-art deep learning model, EfficientNet-b5, was trained to detect CD lesions and evaluate CD ulcers. The detection included lesions of ulcer, noninflammatory stenosis, and inflammatory stenosis. Ulcer grading included ulcerated surface, ulcer size, and ulcer depth. A comparison of AI model performance with endoscopists was performed.

Results

The EfficientNet-b5 achieved high accuracies of 96.3% (95% confidence interval [CI], 95.7%-96.7%), 95.7% (95% CI, 95.1%-96.2%), and 96.7% (95% CI, 96.2%-97.2%) for the detection of ulcers, noninflammatory stenosis, and inflammatory stenosis, respectively. In ulcer grading, the EfficientNet-b5 exhibited average accuracies of 87.3% (95% CI, 84.6%-89.6%) for grading the ulcerated surface, 87.8% (95% CI, 85.0%-90.2%) for grading the size of ulcers, and 85.2% (95% CI, 83.2%-87.0%) for ulcer depth assessment.

Conclusions

The EfficientNet-b5 achieved high accuracy in detecting CD lesions and grading CD ulcers. The AI model can provide expert-level accuracy and objective evaluation of small-bowel CD to optimize the clinical treatment plans.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abbreviations : AI, CD, CDEIS, CNN, DBE, Grad-CAM, SES-CD, AUC, ROC, PPV, NPV


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Vol 99 - N° 5

P. 767 - mai 2024 Retour au numéro
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