@article{ScheppachRauberStallhoferetal., author = {Scheppach, Markus W. and Rauber, David and Stallhofer, Johannes and Muzalyova, Anna and Otten, Vera and Manzeneder, Carolin and Schwamberger, Tanja and Wanzl, Julia and Schlottmann, Jakob and Tadic, Vidan and Probst, Andreas and Schnoy, Elisabeth and R{\"o}mmele, Christoph and Fleischmann, Carola and Meinikheim, Michael and Miller, Silvia and M{\"a}rkl, Bruno and Stallmach, Andreas and Palm, Christoph and Messmann, Helmut and Ebigbo, Alanna}, title = {Detection of duodenal villous atrophy on endoscopic images using a deep learning algorithm}, series = {Gastrointestinal Endoscopy}, journal = {Gastrointestinal Endoscopy}, publisher = {Elsevier}, doi = {10.1016/j.gie.2023.01.006}, abstract = {Background and aims Celiac disease with its endoscopic manifestation of villous atrophy is underdiagnosed worldwide. The application of artificial intelligence (AI) for the macroscopic detection of villous atrophy at routine esophagogastroduodenoscopy may improve diagnostic performance. Methods A dataset of 858 endoscopic images of 182 patients with villous atrophy and 846 images from 323 patients with normal duodenal mucosa was collected and used to train a ResNet 18 deep learning model to detect villous atrophy. An external data set was used to test the algorithm, in addition to six fellows and four board certified gastroenterologists. Fellows could consult the AI algorithm's result during the test. From their consultation distribution, a stratification of test images into "easy" and "difficult" was performed and used for classified performance measurement. Results External validation of the AI algorithm yielded values of 90 \%, 76 \%, and 84 \% for sensitivity, specificity, and accuracy, respectively. Fellows scored values of 63 \%, 72 \% and 67 \%, while the corresponding values in experts were 72 \%, 69 \% and 71 \%, respectively. AI consultation significantly improved all trainee performance statistics. While fellows and experts showed significantly lower performance for "difficult" images, the performance of the AI algorithm was stable. Conclusion In this study, an AI algorithm outperformed endoscopy fellows and experts in the detection of villous atrophy on endoscopic still images. AI decision support significantly improved the performance of non-expert endoscopists. The stable performance on "difficult" images suggests a further positive add-on effect in challenging cases.}, language = {en} } @misc{ZellmerRauberProbstetal., author = {Zellmer, Stephan and Rauber, David and Probst, Andreas and Weber, Tobias and Nagl, Sandra and R{\"o}mmele, Christoph and Schnoy, Elisabeth and Palm, Christoph and Messmann, Helmut and Ebigbo, Alanna}, title = {Verwendung k{\"u}nstlicher Intelligenz bei der Detektion der Papilla duodeni major}, series = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, volume = {61}, journal = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, number = {08}, publisher = {Thieme}, address = {Stuttgart}, doi = {10.1055/s-0043-1772000}, pages = {e593-e540}, abstract = {Einleitung Die Endoskopische Retrograde Cholangiopankreatikographie (ERCP) ist der Goldstandard in der Diagnostik und Therapie von Erkrankungen des pankreatobili{\"a}ren Trakts. Jedoch ist sie technisch sehr anspruchsvoll und weist eine vergleichsweise hohe Komplikationsrate auf. Ziele In der vorliegenden Machbarkeitsstudie soll gepr{\"u}ft werden, ob mithilfe eines Deep-learning-Algorithmus die Papille und das Ostium zuverl{\"a}ssig detektiert werden k{\"o}nnen und somit f{\"u}r Endoskopiker mit geringer Erfahrung ein geeignetes Hilfsmittel, insbesondere f{\"u}r die Ausbildungssituation, darstellen k{\"o}nnten. Methodik Wir betrachteten insgesamt 606 Bilddatens{\"a}tze von 65 Patienten. In diesen wurde sowohl die Papilla duodeni major als auch das Ostium segmentiert. Anschließend wurde eine neuronales Netz mittels eines Deep-learning-Algorithmus trainiert. Außerdem erfolgte eine 5-fache Kreuzvaldierung. Ergebnisse Bei einer 5-fachen Kreuzvaldierung auf den 606 gelabelten Daten konnte f{\"u}r die Klasse Papille eine F1-Wert von 0,7908, eine Sensitivit{\"a}t von 0,7943 und eine Spezifit{\"a}t von 0,9785 erreicht werden, f{\"u}r die Klasse Ostium eine F1-Wert von 0,5538, eine Sensitivit{\"a}t von 0,5094 und eine Spezifit{\"a}t von 0,9970 (vgl. [Tab. 1]). Unabh{\"a}ngig von der Klasse zeigte sich gemittelt (Klasse Papille und Klasse Ostium) ein F1-Wert von 0,6673, eine Sensitivit{\"a}t von 0,6519 und eine Spezifit{\"a}t von 0,9877 (vgl. [Tab. 2]). Schlussfolgerung In vorliegende Machbarkeitsstudie konnte das neuronale Netz die Papilla duodeni major mit einer hohen Sensitivit{\"a}t und sehr hohen Spezifit{\"a}t identifizieren. Bei der Detektion des Ostiums war die Sensitivit{\"a}t deutlich geringer. Zuk{\"u}nftig soll das das neuronale Netz mit mehr Daten trainiert werden. Außerdem ist geplant, den Algorithmus auch auf Videos anzuwenden. Somit k{\"o}nnte langfristig ein geeignetes Hilfsmittel f{\"u}r die ERCP etabliert werden.}, language = {de} } @misc{ScheppachRauberStallhoferetal., author = {Scheppach, Markus and Rauber, David and Stallhofer, Johannes and Muzalyova, Anna and Otten, Vera and Manzeneder, Carolin and Schwamberger, Tanja and Wanzl, Julia and Schlottmann, Jakob and Tadic, Vidan and Probst, Andreas and Schnoy, Elisabeth and R{\"o}mmele, Christoph and Fleischmann, Carola and Meinikheim, Michael and Miller, Silvia and M{\"a}rkl, Bruno and Palm, Christoph and Messmann, Helmut and Ebigbo, Alanna}, title = {Performance comparison of a deep learning algorithm with endoscopists in the detection of duodenal villous atrophy (VA)}, series = {Endoscopy}, volume = {55}, journal = {Endoscopy}, number = {S02}, publisher = {Thieme}, doi = {10.1055/s-0043-1765421}, pages = {S165}, abstract = {Aims VA is an endoscopic finding of celiac disease (CD), which can easily be missed if pretest probability is low. In this study, we aimed to develop an artificial intelligence (AI) algorithm for the detection of villous atrophy on endoscopic images. Methods 858 images from 182 patients with VA and 846 images from 323 patients with normal duodenal mucosa were used for training and internal validation of an AI algorithm (ResNet18). A separate dataset was used for external validation, as well as determination of detection performance of experts, trainees and trainees with AI support. According to the AI consultation distribution, images were stratified into "easy" and "difficult". Results Internal validation showed 82\%, 85\% and 84\% for sensitivity, specificity and accuracy. External validation showed 90\%, 76\% and 84\%. The algorithm was significantly more sensitive and accurate than trainees, trainees with AI support and experts in endoscopy. AI support in trainees was associated with significantly improved performance. While all endoscopists showed significantly lower detection for "difficult" images, AI performance remained stable. Conclusions The algorithm outperformed trainees and experts in sensitivity and accuracy for VA detection. The significant improvement with AI support suggests a potential clinical benefit. Stable performance of the algorithm in "easy" and "difficult" test images may indicate an advantage in macroscopically challenging cases.}, language = {en} } @misc{MeinikheimMendelProbstetal., author = {Meinikheim, Michael and Mendel, Robert and Probst, Andreas and Scheppach, Markus W. and Nagl, Sandra and Schnoy, Elisabeth and R{\"o}mmele, Christoph and Prinz, Friederike and Schlottmann, Jakob and Messmann, Helmut and Palm, Christoph and Ebigbo, Alanna}, title = {Einfluss von K{\"u}nstlicher Intelligenz auf die Performance von niedergelassenen Gastroenterolog:innen bei der Beurteilung von Barrett-{\"O}sophagus}, series = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, volume = {61}, journal = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, number = {8}, publisher = {Thieme}, address = {Stuttgart}, doi = {10.1055/s-0043-1771711}, abstract = {Einleitung Die Differenzierung zwischen nicht dysplastischem Barrett-{\"O}sophagus (NDBE) und mit Barrett-{\"O}sophagus assoziierten Neoplasien (BERN) w{\"a}hrend der endoskopischen Inspektion erfordert viel Expertise. Die fr{\"u}he Diagnosestellung ist wichtig f{\"u}r die weitere Prognose des Barrett-Karzinoms. In Deutschland werden Patient:innen mit einem Barrett-{\"O}sophagus (BE) in der Regel im niedergelassenen Sektor {\"u}berwacht. Ziele Ziel ist es, den Einfluss von einem auf K{\"u}nstlicher Intelligenz (KI) basierenden klinischen Entscheidungsunterst{\"u}tzungssystems (CDSS) auf die Performance von niedergelassenen Gastroenterolog:innen (NG) bei der Evaluation von Barrett-{\"O}sophagus (BE) zu untersuchen. Methodik Es erfolgte die prospektive Sammlung von 96 unver{\"a}nderten hochaufl{\"o}senden Videos mit F{\"a}llen von Patient:innen mit histologisch best{\"a}tigtem NDBE und BERN. Alle eingeschlossenen F{\"a}lle enthielten mindestens zwei der folgenden Darstellungsmethoden: HD-Weißlichtendoskopie, Narrow Band Imaging oder Texture and Color Enhancement Imaging. Sechs NG von sechs unterschiedlichen Praxen wurden als Proband:innen eingeschlossen. Es erfolgte eine permutierte Block-Randomisierung der Videof{\"a}lle in entweder Gruppe A oder Gruppe B. Gruppe A implizierte eine Evaluation des Falls durch Proband:innen zun{\"a}chst ohne KI und anschließend mit KI als CDSS. In Gruppe B erfolgte die Evaluation in umgekehrter Reihenfolge. Anschließend erfolgte eine zuf{\"a}llige Wiedergabe der so entstandenen Subgruppen im Rahmen des Tests. Ergebnis In diesem Test konnte ein von uns entwickeltes KI-System (Barrett-Ampel) eine Sensitivit{\"a}t von 92,2\%, eine Spezifit{\"a}t von 68,9\% und eine Accuracy von 81,3\% erreichen. Mit der Hilfe von KI verbesserte sich die Sensitivit{\"a}t der NG von 64,1\% auf 71,2\% (p<0,001) und die Accuracy von 66,3\% auf 70,8\% (p=0,006) signifikant. Eine signifikante Verbesserung dieser Parameter zeigte sich ebenfalls, wenn die Proband:innen die F{\"a}lle zun{\"a}chst ohne KI evaluierten (Gruppe A). Wurde der Fall jedoch als Erstes mit der Hilfe von KI evaluiert (Gruppe B), blieb die Performance nahezu konstant. Schlussfolgerung Es konnte ein performantes KI-System zur Evaluation von BE entwickelt werden. NG verbessern sich bei der Evaluation von BE durch den Einsatz von KI.}, language = {de} } @misc{ScheppachMendelProbstetal., author = {Scheppach, Markus W. and Mendel, Robert and Probst, Andreas and Nagl, Sandra and Meinikheim, Michael and Yip, Hon Chi and Lau, Louis Ho Shing and Chiu, Philip Wai Yan and Palm, Christoph and Messmann, Helmut and Ebigbo, Alanna}, title = {Effekt eines K{\"u}nstliche Intelligenz (KI) - Algorithmus auf die Gef{\"a}ßdetektion bei third space Endoskopien}, series = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, volume = {61}, journal = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, number = {08}, publisher = {Thieme}, address = {Stuttgart}, doi = {10.1055/s-0043-1771980}, pages = {e528-e529}, abstract = {Einleitung Third space Endoskopieprozeduren wie die endoskopische Submukosadissektion (ESD) und die perorale endoskopische Myotomie (POEM) sind technisch anspruchsvoll und gehen mit untersucherabh{\"a}ngigen Komplikationen wie Blutungen und Perforationen einher. Grund hierf{\"u}r ist die unabsichtliche Durchschneidung von submukosalen Blutgef{\"a}ßen ohne pr{\"a}emptive Koagulation. Ziele Die Forschungsfrage, ob ein KI-Algorithmus die intraprozedurale Gef{\"a}ßerkennung bei ESD und POEM unterst{\"u}tzen und damit Komplikationen wie Blutungen verhindern k{\"o}nnte, erscheint in Anbetracht des erfolgreichen Einsatzes von KI bei der Erkennung von Kolonpolypen interessant. Methoden Auf 5470 Einzelbildern von 59 third space Endoscopievideos wurden submukosale Blutgef{\"a}ße annotiert. Zusammen mit weiteren 179.681 nicht-annotierten Bildern wurde ein DeepLabv3+neuronales Netzwerk mit dem ECMT-Verfahren f{\"u}r semi-supervised learning trainiert, um Blutgef{\"a}ße in Echtzeit erkennen zu k{\"o}nnen. F{\"u}r die Evaluation wurde ein Videotest mit 101 Videoclips aus 15 vom Trainingsdatensatz separaten Prozeduren mit 200 vordefinierten Gef{\"a}ßen erstellt. Die Gef{\"a}ßdetektionsrate, -zeit und -dauer, definiert als der Prozentsatz an Einzelbildern eines Videos bezogen auf den Goldstandard, auf denen ein definiertes Gef{\"a}ß erkannt wurde, wurden erhoben. Acht erfahrene Endoskopiker wurden mithilfe dieses Videotests im Hinblick auf Gef{\"a}ßdetektion getestet, wobei eine H{\"a}lfte der Videos nativ, die andere H{\"a}lfte nach Markierung durch den KI-Algorithmus angesehen wurde. Ergebnisse Der mittlere Dice Score des Algorithmus f{\"u}r Blutgef{\"a}ße war 68\%. Die mittlere Gef{\"a}ßdetektionsrate im Videotest lag bei 94\% (96\% f{\"u}r ESD; 74\% f{\"u}r POEM). Die mediane Gef{\"a}ßdetektionszeit des Algorithmus lag bei 0,32 Sekunden (0,3 Sekunden f{\"u}r ESD; 0,62 Sekunden f{\"u}r POEM). Die mittlere Gef{\"a}ßdetektionsdauer lag bei 59,1\% (60,6\% f{\"u}r ESD; 44,8\% f{\"u}r POEM) des Goldstandards. Alle Endoskopiker hatten mit KI-Unterst{\"u}tzung eine h{\"o}here Gef{\"a}ßdetektionsrate als ohne KI. Die mittlere Gef{\"a}ßdetektionsrate ohne KI lag bei 56,4\%, mit KI bei 71,2\% (p<0.001). Schlussfolgerung KI-Unterst{\"u}tzung war mit einer statistisch signifikant h{\"o}heren Gef{\"a}ßdetektionsrate vergesellschaftet. Die mediane Gef{\"a}ßdetektionszeit von deutlich unter einer Sekunde sowie eine Gef{\"a}ßdetektionsdauer von gr{\"o}ßer 50\% des Goldstandards wurden f{\"u}r den klinischen Einsatz als ausreichend erachtet. In prospektiven Anwendungsstudien sollte der KI-Algorithmus auf klinische Relevanz getestet werden.}, language = {de} } @misc{MeinikheimMendelProbstetal., author = {Meinikheim, Michael and Mendel, Robert and Probst, Andreas and Scheppach, Markus W. and Schnoy, Elisabeth and Nagl, Sandra and R{\"o}mmele, Christoph and Prinz, Friederike and Schlottmann, Jakob and Golger, Daniela and Palm, Christoph and Messmann, Helmut and Ebigbo, Alanna}, title = {AI-assisted detection and characterization of early Barrett's neoplasia: Results of an Interim analysis}, series = {Endoscopy}, volume = {55}, journal = {Endoscopy}, number = {S02}, publisher = {Thieme}, doi = {10.1055/s-0043-1765437}, pages = {S169}, abstract = {Aims Evaluation of the add-on effect an artificial intelligence (AI) based clinical decision support system has on the performance of endoscopists with different degrees of expertise in the field of Barrett's esophagus (BE) and Barrett's esophagus-related neoplasia (BERN). Methods The support system is based on a multi-task deep learning model trained to solve a segmentation and several classification tasks. The training approach represents an extension of the ECMT semi-supervised learning algorithm. The complete system evaluates a decision tree between estimated motion, classification, segmentation, and temporal constraints, to decide when and how the prediction is highlighted to the observer. In our current study, ninety-six video cases of patients with BE and BERN were prospectively collected and assessed by Barrett's specialists and non-specialists. All video cases were evaluated twice - with and without AI assistance. The order of appearance, either with or without AI support, was assigned randomly. Participants were asked to detect and characterize regions of dysplasia or early neoplasia within the video sequences. Results Standalone sensitivity, specificity, and accuracy of the AI system were 92.16\%, 68.89\%, and 81.25\%, respectively. Mean sensitivity, specificity, and accuracy of expert endoscopists without AI support were 83,33\%, 58,20\%, and 71,48 \%, respectively. Gastroenterologists without Barrett's expertise but with AI support had a comparable performance with a mean sensitivity, specificity, and accuracy of 76,63\%, 65,35\%, and 71,36\%, respectively. Conclusions Non-Barrett's experts with AI support had a similar performance as experts in a video-based study.}, language = {en} } @misc{ScheppachMendelProbstetal., author = {Scheppach, Markus W. and Mendel, Robert and Probst, Andreas and Rauber, David and Rueckert, Tobias and Meinikheim, Michael and Palm, Christoph and Messmann, Helmut and Ebigbo, Alanna}, title = {Real-time detection and delineation of tissue during third-space endoscopy using artificial intelligence (AI)}, series = {Endoscopy}, volume = {55}, journal = {Endoscopy}, number = {S02}, publisher = {Thieme}, doi = {10.1055/s-0043-1765128}, pages = {S53 -- S54}, abstract = {Aims AI has proven great potential in assisting endoscopists in diagnostics, however its role in therapeutic endoscopy remains unclear. Endoscopic submucosal dissection (ESD) is a technically demanding intervention with a slow learning curve and relevant risks like bleeding and perforation. Therefore, we aimed to develop an algorithm for the real-time detection and delineation of relevant structures during third-space endoscopy. Methods 5470 still images from 59 full length videos (47 ESD, 12 POEM) were annotated. 179681 additional unlabeled images were added to the training dataset. Consequently, a DeepLabv3+ neural network architecture was trained with the ECMT semi-supervised algorithm (under review elsewhere). Evaluation of vessel detection was performed on a dataset of 101 standardized video clips from 15 separate third-space endoscopy videos with 200 predefined blood vessels. Results Internal validation yielded an overall mean Dice score of 85\% (68\% for blood vessels, 86\% for submucosal layer, 88\% for muscle layer). On the video test data, the overall vessel detection rate (VDR) was 94\% (96\% for ESD, 74\% for POEM). The median overall vessel detection time (VDT) was 0.32 sec (0.3 sec for ESD, 0.62 sec for POEM). Conclusions Evaluation of the developed algorithm on a video test dataset showed high VDR and quick VDT, especially for ESD. Further research will focus on a possible clinical benefit of the AI application for VDR and VDT during third-space endoscopy.}, subject = {Speiser{\"o}hrenkrankheit}, language = {en} }