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Artificial intelligence using convolutional neural networks for real-time detection of early esophageal neoplasia in Barrett’s esophagus (with video) - 19/05/20

Doi : 10.1016/j.gie.2019.12.049 
Rintaro Hashimoto, MD, PhD 1, James Requa 2, Tyler Dao 2, Andrew Ninh 2, Elise Tran 1, Daniel Mai 1, Michael Lugo 1, Nabil El-Hage Chehade, MD 1, Kenneth J. Chang, MD 1, Williams E. Karnes, MD 1, Jason B. Samarasena, MD 1,
1 H. H. Chao Comprehensive Digestive Disease Center, Division of Gastroenterology & Hepatology, Department of Medicine, University of California, Irvine, Orange, California, USA 
2 Docbot Inc, Irvine, California, USA 

Reprint requests: Jason Samarasena, MD, Division of Gastroenterology, University of California Irvine, 333 City Blvd West, Suite 400, Orange, CA 92868.Division of GastroenterologyUniversity of California Irvine333 City Blvd WestSuite 400OrangeCA92868

Abstract

Background and Aims

The visual detection of early esophageal neoplasia (high-grade dysplasia and T1 cancer) in Barrett’s esophagus (BE) with white-light and virtual chromoendoscopy still remains challenging. The aim of this study was to assess whether a convolutional neural artificial intelligence network can aid in the recognition of early esophageal neoplasia in BE.

Methods

Nine hundred sixteen images from 65 patients of histology-proven early esophageal neoplasia in BE containing high-grade dysplasia or T1 cancer were collected. The area of neoplasia was masked using image annotation software. Nine hundred nineteen control images were collected of BE without high-grade dysplasia. A convolutional neural network (CNN) algorithm was pretrained on ImageNet and then fine-tuned with the goal of providing the correct binary classification of “dysplastic” or “nondysplastic.” We developed an object detection algorithm that drew localization boxes around regions classified as dysplasia.

Results

The CNN analyzed 458 test images (225 dysplasia and 233 nondysplasia) and correctly detected early neoplasia with sensitivity of 96.4%, specificity of 94.2%, and accuracy of 95.4%. With regard to the object detection algorithm for all images in the validation set, the system was able to achieve a mean average precision of .7533 at an intersection over union of .3

Conclusions

In this pilot study, our artificial intelligence model was able to detect early esophageal neoplasia in BE images with high accuracy. In addition, the object detection algorithm was able to draw a localization box around the areas of dysplasia with high precision and at a speed that allows for real-time implementation.

Il testo completo di questo articolo è disponibile in PDF.

Abbreviations : AI, BE, CNN, DL, mAP, NBI, WLI


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 DISCLOSURE: The following authors disclosed financial relationships: J. Requa: Employee of Docbot Inc. D. Tyler, A. Ninh, W. E. Karnes: Co-founder and equity holder of Docbot Inc. K. J. Chang: Consultant for Olympus, Cook Medical, Medtronics, Endogastric Solution, Erbe, Apollo, Mederi, Ovesco, Mauna Kea, and Pentax. J. Samarasena: Co-founder and equity holder of Docbot Inc; consultant for Medtronic, Olympus, US Endoscopy, Mauna Kea, Motus, and Pentax. All other authors disclosed no financial relationships.
 If you would like to chat with an author of this article, you may contact Dr Samarasena at jsamaras@hs.uci.edu.


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Vol 91 - N° 6

P. 1264 - giugno 2020 Ritorno al numero
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  • A prediction model for detection of esophageal squamous cell cancer: A new beginning or more of the same?
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