@misc{GraesselAxerPalmetal., author = {Gr{\"a}ßel, David and Axer, Markus and Palm, Christoph and Dammers, J{\"u}rgen and Amunts, Katrin and Pietrzyk, Uwe and Zilles, Karl}, title = {Visualization of Fiber Tracts in the Postmortem Human Brain by Means of Polarized Light}, series = {NeuroImage}, volume = {47}, journal = {NeuroImage}, number = {Suppl. 1}, doi = {10.1016/S1053-8119(09)71415-6}, pages = {142}, subject = {Gehirn}, language = {en} } @misc{WeigertBeyerQuicketal., author = {Weigert, Markus and Beyer, Thomas and Quick, Harald H. and Pietrzyk, Uwe and Palm, Christoph and M{\"u}ller, Stefan P.}, title = {Generation of a MRI reference data set for the validation of automatic, non-rigid image co-registration algorithms}, series = {Nuklearmedizin}, volume = {46}, journal = {Nuklearmedizin}, number = {2}, pages = {A116}, subject = {Kernspintomografie}, language = {en} } @misc{WeigertPalmQuicketal., author = {Weigert, Markus and Palm, Christoph and Quick, Harald H. and M{\"u}ller, Stefan P. and Pietrzyk, Uwe and Beyer, Thomas}, title = {Template for MR-based attenuation correction for whole-body PET/MR imaging}, series = {Nuklearmedizin}, volume = {46}, journal = {Nuklearmedizin}, number = {2}, pages = {A115}, subject = {Kernspintomografie}, language = {en} } @misc{AxerAxerPalmetal., author = {Axer, Markus and Axer, Hubertus and Palm, Christoph and Gr{\"a}ßel, David and Zilles, Karl and Pietrzyk, Uwe}, title = {Visualization of Nerve Fibre Orientation in the Visual Cortex of the Human Brain by Means of Polarized Light}, series = {Biomedizinische Technik}, volume = {52}, journal = {Biomedizinische Technik}, number = {Suppl.}, pages = {1569048-041}, subject = {Sehrinde}, language = {en} } @misc{PalmCrumPietrzyketal., author = {Palm, Christoph and Crum, William R. and Pietrzyk, Uwe and Hawkes, David J.}, title = {Application of Fluid and Elastic Registration Methods to Histological Rat Brain Sections}, series = {Biomedizinische Technik}, volume = {52}, journal = {Biomedizinische Technik}, number = {Suppl.}, pages = {1569048-859}, subject = {Registrierung }, language = {en} } @misc{EbigboMendelProbstetal., author = {Ebigbo, Alanna and Mendel, Robert and Probst, Andreas and Manzeneder, Johannes and Souza Jr., Luis Antonio de and Papa, Jo{\~a}o Paulo and Palm, Christoph and Messmann, Helmut}, title = {Artificial Intelligence in Early Barrett's Cancer: The Segmentation Task}, series = {Endoscopy}, volume = {51}, journal = {Endoscopy}, number = {04}, publisher = {Georg Thieme Verlag}, address = {Stuttgart}, doi = {10.1055/s-0039-1681187}, pages = {6}, abstract = {Aims: The delineation of outer margins of early Barrett's cancer can be challenging even for experienced endoscopists. Artificial intelligence (AI) could assist endoscopists faced with this task. As of date, there is very limited experience in this domain. In this study, we demonstrate the measure of overlap (Dice coefficient = D) between highly experienced Barrett endoscopists and an AI system in the delineation of cancer margins (segmentation task). Methods: An AI system with a deep convolutional neural network (CNN) was trained and tested on high-definition endoscopic images of early Barrett's cancer (n = 33) and normal Barrett's mucosa (n = 41). The reference standard for the segmentation task were the manual delineations of tumor margins by three highly experienced Barrett endoscopists. Training of the AI system included patch generation, patch augmentation and adjustment of the CNN weights. Then, the segmentation results from patch classification and thresholding of the class probabilities. Segmentation results were evaluated using the Dice coefficient (D). Results: The Dice coefficient (D) which can range between 0 (no overlap) and 1 (complete overlap) was computed only for images correctly classified by the AI-system as cancerous. At a threshold of t = 0.5, a mean value of D = 0.72 was computed. Conclusions: AI with CNN performed reasonably well in the segmentation of the tumor region in Barrett's cancer, at least when compared with expert Barrett's endoscopists. AI holds a lot of promise as a tool for better visualization of tumor margins but may need further improvement and enhancement especially in real-time settings.}, subject = {Speiser{\"o}hrenkrankheit}, language = {en} } @misc{KreftingZaunsederSaeringetal., author = {Krefting, Dagmar and Zaunseder, Sebastian and S{\"a}ring, Dennis and Wittenberg, Thomas and Palm, Christoph and Schiecke, Karin and Krenkel, Lars and Hennemuth, Anja and Schnell, Susanne and Spicher, Nicolai}, title = {Blutdruck, H{\"a}modynamik und Gef{\"a}ßzustand: Innovative Erfassung und Bewertung - Schwerpunkt bildbasierte Verfahren}, series = {66. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft f{\"u}r Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e. V. (GMDS), 12. Jahreskongress der Technologie- und Methodenplattform f{\"u}r die vernetzte medizinische Forschung e. V. (TMF), 26. - 30.09.2021, online}, journal = {66. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft f{\"u}r Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e. V. (GMDS), 12. Jahreskongress der Technologie- und Methodenplattform f{\"u}r die vernetzte medizinische Forschung e. V. (TMF), 26. - 30.09.2021, online}, doi = {10.3205/21gmds016}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:0183-21gmds0167}, abstract = {Einleitung: Blutdruck gilt als sogenannter Vitalparameter als einer der grundlegenden Indikatoren f{\"u}r den Gesundheitszustand einer Person. Sowohl zu niedriger als auch zu hoher Blutdruck kann lebensbedrohend sein, letzerer ist dar{\"u}ber hinaus ein Risikofaktor insbesondere f{\"u}r Herz-Kreislauferkrankungen, die trotz wichtiger Fortschritte in der Behandlung immer noch die h{\"a}ufigste Todesursache in Deutschland darstellen. Die H{\"a}modynamik, also die raumzeitliche Dynamik des Blutflusses, und der Gef{\"a}ßzustand sind eng verbunden mit dem Blutdruck und ebenfalls von hoher klinischer Relevanz, u.a. zur Identifikation von Durchblutungsst{\"o}rungen und ung{\"u}nstigen Druckverteilungen der Gef{\"a}ßwand. Innovationen in der Messtechnik als auch in der Datenanalyse bieten heute neue M{\"o}glichkeiten der Erfassung und Bewertung von Blutdruck, H{\"a}modynamik und Gef{\"a}ßzustand [1], [2], [3], [4]. Methodik: In einer gemeinsamen Workshopserie der AG Medizinische Bild- und Signalverarbeitung der GMDS und des Fachausschusses Biosignale der DGBMT werden wir neue Ans{\"a}tze und L{\"o}sungen f{\"u}r Mess- und Analyseverfahren zu Blutdruck und -fluss sowie zum Gef{\"a}ßzustand vorstellen und diskutieren. Dabei stehen im ersten Workshop auf der GMDS Jahrestagung Bildbasierte Verfahren im Zentrum, w{\"a}hrend der zweite Workshop auf der DGBMT Jahrestagung den Fokus auf Biosignalbasierten Verfahren legt. Es werden aktuelle Forschungsergebnisse vorgestellt und diskutiert. Es sind jeweils mehrere Vortr{\"a}ge geplant mit ausreichend Zeit zur Diskussion. Folgende Vortr{\"a}ge sind geplant (Arbeitstitel): Sebastian Zaunseder: Videobasierte Erfassung des Blutdrucks Anja Hennemuth: A Visualization Toolkit for the Analysis of Aortic Anatomy and Pressure Distribution Lars Krenkel: Numerische Analyse der Rupturwahrscheinlichkeit zerebraler Aneurysmata Susanne Schnell: Messung des Blutflusses und h{\"a}modynamischer Parameter mit 4D flow MRI: M{\"o}glichkeiten und Herausforderungen Ergebnisse: Ziel des Workshops ist die Identifikation von innovativen Ans{\"a}tzen und neuen Methoden zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von h{\"a}modynamischen Parametern sowie deren kritische Bewertung durch die Community f{\"u}r die Eignung in der klinischen Entscheidungsunterst{\"u}tzung. Diskussion: Der Workshop leistet inhaltlich einen Beitrag zu zentralen Aspekten f{\"u}r die Herz-Kreislauf-Medizin. Er bringt dabei Expertise aus verschiedenen Bereichen zusammen und schl{\"a}gt die Br{\"u}cke zwischen Kardiologie, Medizininformatik und Medizintechnik. Schlussfolgerung: Innovative Technologien aus Medizintechnik und Informatik erm{\"o}glichen zunehmend einfache und raumzeitlich aufgel{\"o}ste Erfassung und Bewertung wichtiger Informationen zur Unterst{\"u}tzung von Diagnose und Therapieverfolgung. [1] Zaunseder S, Trumpp A, Wedekind D, Malberg H. Cardiovascular assessment by imaging photoplethysmography - a review. Biomed Tech (Berl). 2018 Oct 25;63(5):617-34. [2] Huellebrand M, Messroghli D, Tautz L, Kuehne T, Hennemuth A. An extensible software platform for interdisciplinary cardiovascular imaging research. Comput Methods Programs Biomed. 2020 Feb;184:105277. [3] Schmitter S, Adriany G, Waks M, Moeller S, Aristova M, Vali A, et al. Bilateral Multiband 4D Flow MRI of the Carotid Arteries at 7T. Magn Reson Med. 2020 Oct;84(4):1947-60. [4] Birkenmaier C, and Krenkel, L. Flow in Artificial Lungs. In: New Results in Numerical and Experimental Fluid Mechanics XIII. Contributions to the 22nd STAB/DGLR Symposium. Springer; 2021.}, subject = {Blutdruck}, language = {de} } @misc{RoemmeleMendelRauberetal., author = {R{\"o}mmele, Christoph and Mendel, Robert and Rauber, David and R{\"u}ckert, Tobias and Byrne, Michael F. and Palm, Christoph and Messmann, Helmut and Ebigbo, Alanna}, title = {Endoscopic Diagnosis of Eosinophilic Esophagitis Using a deep Learning Algorithm}, series = {Endoscopy}, volume = {53}, journal = {Endoscopy}, number = {S 01}, publisher = {Georg Thieme Verlag}, address = {Stuttgart}, doi = {10.1055/s-0041-1724274}, abstract = {Aims Eosinophilic esophagitis (EoE) is easily missed during endoscopy, either because physicians are not familiar with its endoscopic features or the morphologic changes are too subtle. In this preliminary paper, we present the first attempt to detect EoE in endoscopic white light (WL) images using a deep learning network (EoE-AI). Methods 401 WL images of eosinophilic esophagitis and 871 WL images of normal esophageal mucosa were evaluated. All images were assessed for the Endoscopic Reference score (EREFS) (edema, rings, exudates, furrows, strictures). Images with strictures were excluded. EoE was defined as the presence of at least 15 eosinophils per high power field on biopsy. A convolutional neural network based on the ResNet architecture with several five-fold cross-validation runs was used. Adding auxiliary EREFS-classification branches to the neural network allowed the inclusion of the scores as optimization criteria during training. EoE-AI was evaluated for sensitivity, specificity, and F1-score. In addition, two human endoscopists evaluated the images. Results EoE-AI showed a mean sensitivity, specificity, and F1 of 0.759, 0.976, and 0.834 respectively, averaged over the five distinct cross-validation runs. With the EREFS-augmented architecture, a mean sensitivity, specificity, and F1-score of 0.848, 0.945, and 0.861 could be demonstrated respectively. In comparison, the two human endoscopists had an average sensitivity, specificity, and F1-score of 0.718, 0.958, and 0.793. Conclusions To the best of our knowledge, this is the first application of deep learning to endoscopic images of EoE which were also assessed after augmentation with the EREFS-score. The next step is the evaluation of EoE-AI using an external dataset. We then plan to assess the EoE-AI tool on endoscopic videos, and also in real-time. This preliminary work is encouraging regarding the ability for AI to enhance physician detection of EoE, and potentially to do a true "optical biopsy" but more work is needed.}, language = {en} } @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{ScheppachRauberMendeletal., author = {Scheppach, Markus W. and Rauber, David and Mendel, Robert and Palm, Christoph and Byrne, Michael F. and Messmann, Helmut and Ebigbo, Alanna}, title = {Detection Of Celiac Disease Using A Deep Learning Algorithm}, series = {Endoscopy}, volume = {53}, journal = {Endoscopy}, number = {S 01}, publisher = {Georg Thieme Verlag}, address = {Stuttgart}, doi = {10.1055/s-0041-1724970}, abstract = {Aims Celiac disease (CD) is a complex condition caused by an autoimmune reaction to ingested gluten. Due to its polymorphic manifestation and subtle endoscopic presentation, the diagnosis is difficult and thus the disorder is underreported. We aimed to use deep learning to identify celiac disease on endoscopic images of the small bowel. Methods Patients with small intestinal histology compatible with CD (MARSH classification I-III) were extracted retrospectively from the database of Augsburg University hospital. They were compared to patients with no clinical signs of CD and histologically normal small intestinal mucosa. In a first step MARSH III and normal small intestinal mucosa were differentiated with the help of a deep learning algorithm. For this, the endoscopic white light images were divided into five equal-sized subsets. We avoided splitting the images of one patient into several subsets. A ResNet-50 model was trained with the images from four subsets and then validated with the remaining subset. This process was repeated for each subset, such that each subset was validated once. Sensitivity, specificity, and harmonic mean (F1) of the algorithm were determined. Results The algorithm showed values of 0.83, 0.88, and 0.84 for sensitivity, specificity, and F1, respectively. Further data showing a comparison between the detection rate of the AI model and that of experienced endoscopists will be available at the time of the upcoming conference. Conclusions We present the first clinical report on the use of a deep learning algorithm for the detection of celiac disease using endoscopic images. Further evaluation on an external data set, as well as in the detection of CD in real-time, will follow. However, this work at least suggests that AI can assist endoscopists in the endoscopic diagnosis of CD, and ultimately may be able to do a true optical biopsy in live-time.}, language = {en} } @misc{EbigboMendelTziatziosetal., author = {Ebigbo, Alanna and Mendel, Robert and Tziatzios, Georgios and Probst, Andreas and Palm, Christoph and Messmann, Helmut}, title = {Real-Time Diagnosis of an Early Barrett's Carcinoma using Artificial Intelligence (AI) - Video Case Demonstration}, series = {Endoscopy}, volume = {52}, journal = {Endoscopy}, number = {S 01}, publisher = {Thieme}, doi = {10.1055/s-0040-1704075}, pages = {S23}, abstract = {Introduction We present a clinical case showing the real-time detection, characterization and delineation of an early Barrett's cancer using AI. Patients and methods A 70-year old patient with a long-segment Barrett's esophagus (C5M7) was assessed with an AI algorithm. Results The AI system detected a 10 mm focal lesion and AI characterization predicted cancer with a probability of >90\%. After ESD resection, histopathology showed mucosal adenocarcinoma (T1a (m), R0) confirming AI diagnosis. Conclusion We demonstrate the real-time AI detection, characterization and delineation of a small and early mucosal Barrett's cancer.}, subject = {Speiser{\"o}hrenkrebs}, language = {en} } @misc{MendelSouzaJrRauberetal., author = {Mendel, Robert and Souza Jr., Luis Antonio de and Rauber, David and Papa, Jo{\~a}o Paulo and Palm, Christoph}, title = {Abstract: Semi-supervised Segmentation Based on Error-correcting Supervision}, series = {Bildverarbeitung f{\"u}r die Medizin 2021. Proceedings, German Workshop on Medical Image Computing, Regensburg, March 7-9, 2021}, journal = {Bildverarbeitung f{\"u}r die Medizin 2021. Proceedings, German Workshop on Medical Image Computing, Regensburg, March 7-9, 2021}, publisher = {Springer Vieweg}, address = {Wiesbaden}, isbn = {978-3-658-33197-9}, doi = {10.1007/978-3-658-33198-6_43}, pages = {178}, abstract = {Pixel-level classification is an essential part of computer vision. For learning from labeled data, many powerful deep learning models have been developed recently. In this work, we augment such supervised segmentation models by allowing them to learn from unlabeled data. Our semi-supervised approach, termed Error-Correcting Supervision, leverages a collaborative strategy. Apart from the supervised training on the labeled data, the segmentation network is judged by an additional network.}, subject = {Deep Learning}, language = {en} } @misc{MaierWeihererHuberetal., author = {Maier, Johannes and Weiherer, Maximilian and Huber, Michaela and Palm, Christoph}, title = {Abstract: Imitating Human Soft Tissue with Dual-Material 3D Printing}, series = {Bildverarbeitung f{\"u}r die Medizin 2019, Algorithmen - Systeme - Anwendungen. Proceedings des Workshops vom 17. bis 19. M{\"a}rz 2019 in L{\"u}beck}, journal = {Bildverarbeitung f{\"u}r die Medizin 2019, Algorithmen - Systeme - Anwendungen. Proceedings des Workshops vom 17. bis 19. M{\"a}rz 2019 in L{\"u}beck}, editor = {Handels, Heinz and Deserno, Thomas M. and Maier, Andreas and Maier-Hein, Klaus H. and Palm, Christoph and Tolxdorff, Thomas}, publisher = {Springer Vieweg}, address = {Wiesbaden}, isbn = {978-3-658-25325-7}, doi = {10.1007/978-3-658-25326-4_48}, pages = {218}, abstract = {Currently, it is common practice to use three-dimensional (3D) printers not only for rapid prototyping in the industry, but also in the medical area to create medical applications for training inexperienced surgeons. In a clinical training simulator for minimally invasive bone drilling to fix hand fractures with Kirschner-wires (K-wires), a 3D printed hand phantom must not only be geometrically but also haptically correct. Due to a limited view during an operation, surgeons need to perfectly localize underlying risk structures only by feeling of specific bony protrusions of the human hand.}, subject = {Handchirurgie}, language = {en} } @misc{RueckertRiederRauberetal., author = {R{\"u}ckert, Tobias and Rieder, Maximilian and Rauber, David and Xiao, Michel and Humolli, Eg and Feussner, Hubertus and Wilhelm, Dirk and Palm, Christoph}, title = {Augmenting instrument segmentation in video sequences of minimally invasive surgery by synthetic smoky frames}, series = {International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery}, volume = {18}, journal = {International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery}, number = {Suppl 1}, publisher = {Springer Nature}, doi = {10.1007/s11548-023-02878-2}, pages = {S54 -- S56}, language = {en} } @misc{ScheppachWeberNunesRauberetal., author = {Scheppach, Markus W. and Weber Nunes, Danilo and Rauber, David and Arizi, X. and Probst, Andreas and Nagl, Sandra and R{\"o}mmele, Christoph and Ebigbo, Alanna and Palm, Christoph and Messmann, Helmut}, title = {K{\"u}nstliche Intelligenz-basierte Erkennung von interventionellen Phasen bei der endoskopischen Submukosadissektion}, series = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, volume = {63}, journal = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, number = {08}, publisher = {Thieme}, address = {Stuttgart}, doi = {10.1055/s-0045-1811093}, pages = {e612 -- e613}, abstract = {Einleitung: Die endoskopische Submukosadissektion (ESD) ist ein komplexes endoskopisches Verfahren, das technische Expertise erfordert. Objektive Methoden zur Analyse von interventionellen Abl{\"a}ufen bei ESD k{\"o}nnten f{\"u}r Qualit{\"a}tssicherung und Ausbildung, wie auch eine automatische Befunderstellung von Nutzen sein. Ziele: In dieser Studie wurde ein KI-Algorithmus f{\"u}r die Erkennung und Klassifizierung der interventionellen Phasen der ESD entwickelt, um die technische Basis f{\"u}r eine standardisierte Leistungsbewertung und automatische Befunderstellung zu schaffen. Methodik: Vollst{\"a}ndige ESD-Videoaufnahmen von 49 Patienten wurden retrospektiv zusammengestellt. Der Datensatz umfasste 6.390.151 Einzelbilder, die alle f{\"u}r die folgenden interventionellen Phasen annotiert wurden: Diagnostik, Markierung, Injektion, Dissektion und H{\"a}mostase. 3.973.712 Bilder (28 Patienten) wurden f{\"u}r das Training eines Video-Swin-Transformers genutzt. Dabei wurde temporale Information durch standardisierte BIldextraktion in festgelegten zeitlichen Abst{\"a}nden zum analysierten Bild inkorporiert. 2.416.439 separate Bilder (21 Patienten) wurden f{\"u}r eine interne Validierung genutzt. Ergebnis: Bei der internen Evaluation erreichte das System insgesamt einen F1-Wert von 0,88. Es wurden F1-Werte von 0,99, 0,89, 0,89, 0,91 und 0,52 f{\"u}r Diagnostik, Markierung, Injektion, Dissektion bzw. Blutungsmanagement gemessen. Die Sensitivit{\"a}ten f{\"u}r dieselben Parameter betrugen 1,00, 0,80, 0,94, 0,89 und 0,67, die Spezifit{\"a}ten lagen bei 1,00, 1,00, 0,98, 0,88 und 0,93. Positive pr{\"a}diktive Werte wurden mit 0,98, 1,00, 0,85, 0,94 und 0,43 gemessen. Schlussfolgerung: In dieser vorl{\"a}ufigen Studie zeigte ein KI-Algorithmus eine hohe Leistungsf{\"a}higkeit f{\"u}r die Einzelbild-Erkennung von Verfahrensphasen w{\"a}hrend der ESD. Die vergleichsweise niedrige Leistung f{\"u}r die Blutungsphase wurde auf das seltene Auftreten von Blutungsepisoden im Trainingsdatensatz zur{\"u}ckgef{\"u}hrt, der zu diesem Zeitpunkt nur Videos in voller L{\"a}nge umfasste. Die zuk{\"u}nftige Entwicklung des Algorithmus wird sich auf die Reduzierung von Klassenungleichgewichten durch selektive Annotationsprotokolle konzentrieren.}, language = {de} } @misc{ScheppachRauberZingleretal., author = {Scheppach, Markus W. and Rauber, David and Zingler, C. and Weber Nunes, Danilo and Probst, Andreas and R{\"o}mmele, Christoph and Nagl, Sandra and Ebigbo, Alanna and Palm, Christoph and Messmann, Helmut}, title = {Instrumentenerkennung w{\"a}hrend der endoskopischen Submukosadissektion mittels k{\"u}nstlicher Intelligenz}, series = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, volume = {63}, journal = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, number = {8}, publisher = {Thieme}, doi = {10.1055/s-0045-1811092}, abstract = {Einleitung: Die endoskopische Submukosadissektion (ESD) ist eine komplexe Technik zur Resektion gastrointestinaler Fr{\"u}hneoplasien. Dabei werden f{\"u}r die verschiedenen Schritte der Intervention spezifische endoskopische Instrumente verwendet. Die pr{\"a}zise und automatische Erkennung und Abgrenzung der verwendeten Instrumente (Injektionsnadeln, elektrochirurgische Messer mit unterschiedlichen Konfigurationen, h{\"a}mostatische Zangen) k{\"o}nnte wertvolle Informationen {\"u}ber den Fortschritt und die Verfahrensmerkmale der ESD liefern und eine automatische standardisierte Berichterstattung erm{\"o}glichen. Ziele: Ziel dieser Studie war die Entwicklung eines KI-Algorithmus zur Erkennung und Delineation von endoskopischen Instrumenten bei der ESD. Methodik: 17 ESD-Videos (9×rektal, 5×{\"o}sophageal, 3×gastrisch) wurden retrospektiv zusammengestellt. Auf 8530 Einzelbilder dieser Videos wurden durch 2 Studienmitarbeiter die folgenden Klassen eingezeichnet: Hakenmesser - Spitze, Hakenmesser - Katheter, Nadelmesser - Spitze und - Katheter, Injektionsnadel -Spitze und - Katheter sowie h{\"a}mostatische Zange - Spitze und - Katheter. Der annotierte Datensatz wurde zum Training eines DeepLabV3+-Deep-Learning-Algorithmus mit ConvNeXt-Backbone zur Erkennung und Abgrenzung der genannten Klassen verwendet. Die Evaluation erfolgte durch 5-fache interne Kreuzvalidierung. Ergebnis: Die Validierung auf Einzelpixelbasis ergab insgesamt einen F1-Score von 0,80, eine Sensitivit{\"a}t von 0,81 und eine Spezifit{\"a}t von 1,00. Es wurden F1-Scores von 1,00, 0,97, 0,80, 0,98, 0,85, 0,97, 0,80, 0,51 bzw. 0,85 f{\"u}r die Klassen Hakenmesser - Katheter und - Spitze, Nadelmesser - Katheter und - Spitze, Injektionsnadel - Katheter und - Spitze, h{\"a}mostatische Zange - Katheter und - Spitze gemessen. Schlussfolgerung: In dieser Studie wurden die wichtigsten endoskopischen Instrumente, die w{\"a}hrend der ESD verwendet werden, mit hoher Genauigkeit erkannt. Die geringere Leistung bei der h{\"a}mostatische Zange - Katheter kann auf die Unterrepr{\"a}sentation dieser Klassen in den Trainingsdaten zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. Zuk{\"u}nftige Studien werden sich auf die Erweiterung der Instrumentenklassen sowie auf die Ausbalancierung der Trainingsdaten konzentrieren.}, language = {de} } @misc{ScheppachMendelProbstetal., author = {Scheppach, Markus W. and Mendel, Robert and Probst, Andreas and Rauber, David and R{\"u}ckert, 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} } @misc{MeinikheimMendelProbstetal., author = {Meinikheim, Michael and Mendel, Robert and Probst, Andreas and Scheppach, Markus W. and Messmann, Helmut and Palm, Christoph and Ebigbo, Alanna}, title = {Optical Flow als Methode zur Qualit{\"a}tssicherung KI-unterst{\"u}tzter Untersuchungen von Barrett-{\"O}sophagus und Barrett-{\"O}sophagus assoziierten Neoplasien}, series = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, volume = {60}, journal = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, number = {08}, publisher = {Georg Thieme Verlag}, address = {Stuttgart}, doi = {10.1055/s-0042-1754997}, abstract = {Einleitung {\"U}berm{\"a}ßige Bewegung im Bild kann die Performance von auf k{\"u}nstlicher Intelligenz (KI) basierenden klinischen Entscheidungsunterst{\"u}tzungssystemen (CDSS) reduzieren. Optical Flow (OF) ist eine Methode zur Lokalisierung und Quantifizierung von Bewegungen zwischen aufeinanderfolgenden Bildern. Ziel Ziel ist es, die Mensch-Computer-Interaktion (HCI) zu verbessern und Endoskopiker die unser KI-System „Barrett-Ampel" zur Unterst{\"u}tzung bei der Beurteilung von Barrett-{\"O}sophagus (BE) verwenden, ein Echtzeit-Feedback zur aktuellen Datenqualit{\"a}t anzubieten. Methodik Dazu wurden unver{\"a}nderte Videos in „Weißlicht" (WL), „Narrow Band Imaging" (NBI) und „Texture and Color Enhancement Imaging" (TXI) von acht endoskopischen Untersuchungen von histologisch gesichertem BE und mit Barrett-{\"O}sophagus assoziierten Neoplasien (BERN) durch unseren KI-Algorithmus analysiert. Der zur Bewertung der Bildqualit{\"a}t verwendete OF beinhaltete die mittlere Magnitude und die Entropie des Histogramms der Winkel. Frames wurden automatisch extrahiert, wenn die vordefinierten Schwellenwerte von 3,0 f{\"u}r die mittlere Magnitude und 9,0 f{\"u}r die Entropie des Histogramms der Winkel {\"u}berschritten wurden. Experten sahen sich zun{\"a}chst die Videos ohne KI-Unterst{\"u}tzung an und bewerteten, ob St{\"o}rfaktoren die Sicherheit mit der eine Diagnose im vorliegenden Fall gestellt werden kann negativ beeinflussen. Anschließend {\"u}berpr{\"u}ften sie die extrahierten Frames. Ergebnis Gleichm{\"a}ßige Bewegung in eine Richtung, wie etwa beim Vorschieben des Endoskops, spiegelte sich, bei insignifikant ver{\"a}nderter Entropie, in einer Erh{\"o}hung der Magnitude wider. Chaotische Bewegung, zum Beispiel w{\"a}hrend dem Sp{\"u}len, war mit erh{\"o}hter Entropie assoziiert. Insgesamt war eine unruhige endoskopische Darstellung, Fl{\"u}ssigkeit sowie {\"u}berm{\"a}ßige {\"O}sophagusmotilit{\"a}t mit erh{\"o}htem OF assoziiert und korrelierte mit der Meinung der Experten {\"u}ber die Qualit{\"a}t der Videos. Der OF und die subjektive Wahrnehmung der Experten {\"u}ber die Verwertbarkeit der vorliegenden Bildsequenzen korrelierten direkt proportional. Wenn die vordefinierten Schwellenwerte des OF {\"u}berschritten wurden, war die damit verbundene Bildqualit{\"a}t in 94\% der F{\"a}lle f{\"u}r eine definitive Interpretation auch f{\"u}r Experten unzureichend. Schlussfolgerung OF hat das Potenzial Endoskopiker ein Echtzeit-Feedback {\"u}ber die Qualit{\"a}t des Dateninputs zu bieten und so nicht nur die HCI zu verbessern, sondern auch die optimale Performance von KI-Algorithmen zu erm{\"o}glichen.}, language = {de} } @misc{MeinikheimMendelScheppachetal., author = {Meinikheim, Michael and Mendel, Robert and Scheppach, Markus W. and Probst, Andreas and Prinz, Friederike and Schwamberger, Tanja and Schlottmann, Jakob and G{\"o}lder, Stefan Karl and Walter, Benjamin and Steinbr{\"u}ck, Ingo and Palm, Christoph and Messmann, Helmut and Ebigbo, Alanna}, title = {Einsatz von k{\"u}nstlicher Intelligenz (KI) als Entscheidungsunterst{\"u}tzungssystem f{\"u}r nicht-Experten bei der Beurteilung von Barrett-{\"O}sophagus assoziierten Neoplasien (BERN)}, series = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, volume = {60}, journal = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, number = {4}, publisher = {Thieme}, address = {Stuttgart}, doi = {10.1055/s-0042-1745653}, pages = {251}, abstract = {Einleitung Die sichere Detektion und Charakterisierung von Barrett-{\"O}sophagus assoziierten Neoplasien (BERN) stellt selbst f{\"u}r erfahrene Endoskopiker eine Herausforderung dar. Ziel Ziel dieser Studie ist es, den Add-on Effekt eines k{\"u}nstlichen Intelligenz (KI) Systems (Barrett-Ampel) als Entscheidungsunterst{\"u}zungssystem f{\"u}r Endoskopiker ohne Expertise bei der Untersuchung von BERN zu evaluieren. Material und Methodik Zw{\"o}lf Videos in „Weißlicht" (WL), „narrow-band imaging" (NBI) und „texture and color enhanced imaging" (TXI) von histologisch best{\"a}tigten Barrett-Metaplasien oder BERN wurden von Experten und Untersuchern ohne Barrett-Expertise evaluiert. Die Probanden wurden dazu aufgefordert in den Videos auftauchende BERN zu identifizieren und gegebenenfalls die optimale Biopsiestelle zu markieren. Unser KI-System wurde demselben Test unterzogen, wobei dieses BERN in Echtzeit segmentierte und farblich von umliegendem Epithel differenzierte. Anschließend wurden den Probanden die Videos mit zus{\"a}tzlicher KI-Unterst{\"u}tzung gezeigt. Basierend auf dieser neuen Information, wurden die Probanden zu einer Reevaluation ihrer initialen Beurteilung aufgefordert. Ergebnisse Die „Barrett-Ampel" identifizierte unabh{\"a}ngig von den verwendeten Darstellungsmodi (WL, NBI, TXI) alle BERN. Zwei entz{\"u}ndlich ver{\"a}nderte L{\"a}sionen wurden fehlinterpretiert (Genauigkeit=75\%). W{\"a}hrend Experten vergleichbare Ergebnisse erzielten (Genauigkeit=70,8\%), hatten Endoskopiker ohne Expertise bei der Beurteilung von Barrett-Metaplasien eine Genauigkeit von lediglich 58,3\%. Wurden die nicht-Experten allerdings von unserem KI-System unterst{\"u}tzt, erreichten diese eine Genauigkeit von 75\%. Zusammenfassung Unser KI-System hat das Potential als Entscheidungsunterst{\"u}tzungssystem bei der Differenzierung zwischen Barrett-Metaplasie und BERN zu fungieren und so Endoskopiker ohne entsprechende Expertise zu assistieren. Eine Limitation dieser Studie ist die niedrige Anzahl an eingeschlossenen Videos. Um die Ergebnisse dieser Studie zu best{\"a}tigen, m{\"u}ssen randomisierte kontrollierte klinische Studien durchgef{\"u}hrt werden.}, language = {de} } @misc{MeinikheimMendelScheppachetal., author = {Meinikheim, Michael and Mendel, Robert and Scheppach, Markus W. and Probst, Andreas and Prinz, Friederike and Schwamberger, Tanja and Schlottmann, Jakob and G{\"o}lder, Stefan Karl and Walter, Benjamin and Steinbr{\"u}ck, Ingo and Palm, Christoph and Messmann, Helmut and Ebigbo, Alanna}, title = {INFLUENCE OF AN ARTIFICIAL INTELLIGENCE (AI) BASED DECISION SUPPORT SYSTEM (DSS) ON THE DIAGNOSTIC PERFORMANCE OF NON-EXPERTS IN BARRETT´S ESOPHAGUS RELATED NEOPLASIA (BERN)}, series = {Endoscopy}, volume = {54}, journal = {Endoscopy}, number = {S 01}, publisher = {Thieme}, doi = {10.1055/s-00000012}, pages = {S39}, abstract = {Aims Barrett´s esophagus related neoplasia (BERN) is difficult to detect and characterize during endoscopy, even for expert endoscopists. We aimed to assess the add-on effect of an Artificial Intelligence (AI) algorithm (Barrett-Ampel) as a decision support system (DSS) for non-expert endoscopists in the evaluation of Barrett's esophagus (BE) and BERN. Methods Twelve videos with multimodal imaging white light (WL), narrow-band imaging (NBI), texture and color enhanced imaging (TXI) of histologically confirmed BE and BERN were assessed by expert and non-expert endoscopists. For each video, endoscopists were asked to identify the area of BERN and decide on the biopsy spot. Videos were assessed by the AI algorithm and regions of BERN were highlighted in real-time by a transparent overlay. Finally, endoscopists were shown the AI videos and asked to either confirm or change their initial decision based on the AI support. Results Barrett-Ampel correctly identified all areas of BERN, irrespective of the imaging modality (WL, NBI, TXI), but misinterpreted two inflammatory lesions (Accuracy=75\%). Expert endoscopists had a similar performance (Accuracy=70,8\%), while non-experts had an accuracy of 58.3\%. When AI was implemented as a DSS, non-expert endoscopists improved their diagnostic accuracy to 75\%. Conclusions AI may have the potential to support non-expert endoscopists in the assessment of videos of BE and BERN. Limitations of this study include the low number of videos used. Randomized clinical trials in a real-life setting should be performed to confirm these results.}, subject = {Speiser{\"o}hrenkrankheit}, language = {en} } @misc{SchroederSemmelmannSiegmundetal., author = {Schroeder, Josef A. and Semmelmann, Matthias and Siegmund, Heiko and Grafe, Claudia and Evert, Matthias and Palm, Christoph}, title = {Improved interactive computer-assisted approach for evaluation of ultrastructural cilia abnormalities}, series = {Ultrastructural Pathology}, volume = {41}, journal = {Ultrastructural Pathology}, number = {1}, doi = {10.1080/01913123.2016.1270978}, pages = {112 -- 113}, subject = {Zilie}, language = {en} } @misc{ScheppachMendelProbstetal., author = {Scheppach, Markus W. and Mendel, Robert and Probst, Andreas and Meinikheim, Michael and Palm, Christoph and Messmann, Helmut and Ebigbo, Alanna}, title = {Artificial Intelligence (AI) - assisted vessel and tissue recognition during third space endoscopy (Smart ESD)}, series = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, volume = {60}, journal = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, number = {08}, publisher = {Georg Thieme Verlag}, address = {Stuttgart}, doi = {10.1055/s-0042-1755110}, abstract = {Clinical setting Third space procedures such as endoscopic submucosal dissection (ESD) and peroral endoscopic myotomy (POEM) are complex minimally invasive techniques with an elevated risk for operator-dependent adverse events such as bleeding and perforation. This risk arises from accidental dissection into the muscle layer or through submucosal blood vessels as the submucosal cutting plane within the expanding resection site is not always apparent. Deep learning algorithms have shown considerable potential for the detection and characterization of gastrointestinal lesions. So-called AI - clinical decision support solutions (AI-CDSS) are commercially available for polyp detection during colonoscopy. Until now, these computer programs have concentrated on diagnostics whereas an AI-CDSS for interventional endoscopy has not yet been introduced. We aimed to develop an AI-CDSS („Smart ESD") for real-time intra-procedural detection and delineation of blood vessels, tissue structures and endoscopic instruments during third-space endoscopic procedures. Characteristics of Smart ESD An AI-CDSS was invented that delineates blood vessels, tissue structures and endoscopic instruments during third-space endoscopy in real-time. The output can be displayed by an overlay over the endoscopic image with different modes of visualization, such as a color-coded semitransparent area overlay, or border tracing (demonstration video). Hereby the optimal layer for dissection can be visualized, which is close above or directly at the muscle layer, depending on the applied technique (ESD or POEM). Furthermore, relevant blood vessels (thickness> 1mm) are delineated. Spatial proximity between the electrosurgical knife and a blood vessel triggers a warning signal. By this guidance system, inadvertent dissection through blood vessels could be averted. Technical specifications A DeepLabv3+ neural network architecture with KSAC and a 101-layer ResNeSt backbone was used for the development of Smart ESD. It was trained and validated with 2565 annotated still images from 27 full length third-space endoscopic videos. The annotation classes were blood vessel, submucosal layer, muscle layer, electrosurgical knife and endoscopic instrument shaft. A test on a separate data set yielded an intersection over union (IoU) of 68\%, a Dice Score of 80\% and a pixel accuracy of 87\%, demonstrating a high overlap between expert and AI segmentation. Further experiments on standardized video clips showed a mean vessel detection rate (VDR) of 85\% with values of 92\%, 70\% and 95\% for POEM, rectal ESD and esophageal ESD respectively. False positive measurements occurred 0.75 times per minute. 7 out of 9 vessels which caused intraprocedural bleeding were caught by the algorithm, as well as both vessels which required hemostasis via hemostatic forceps. Future perspectives Smart ESD performed well for vessel and tissue detection and delineation on still images, as well as on video clips. During a live demonstration in the endoscopy suite, clinical applicability of the innovation was examined. The lag time for processing of the live endoscopic image was too short to be visually detectable for the interventionist. Even though the algorithm could not be applied during actual dissection by the interventionist, Smart ESD appeared readily deployable during visual assessment by ESD experts. Therefore, we plan to conduct a clinical trial in order to obtain CE-certification of the algorithm. This new technology may improve procedural safety and speed, as well as training of modern minimally invasive endoscopic resection techniques.}, subject = {Bildgebendes Verfahren}, language = {en} } @misc{MeinikheimMendelProbstetal., author = {Meinikheim, Michael and Mendel, Robert and Probst, Andreas and Scheppach, Markus W. and Messmann, Helmut and Palm, Christoph and Ebigbo, Alanna}, title = {Barrett-Ampel}, series = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, volume = {60}, journal = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, number = {08}, publisher = {Georg Thieme Verlag}, address = {Stuttgart}, doi = {10.1055/s-0042-1755109}, abstract = {Hintergrund Adenokarzinome des {\"O}sophagus sind bis heute mit einer infausten Prognose vergesellschaftet (1). Obwohl Endoskopiker mit Barrett-{\"O}sophagus als Pr{\"a}kanzerose konfrontiert werden, ist vor allem f{\"u}r nicht-Experten die Differenzierung zwischen Barrett-{\"O}sophagus ohne Dysplasie und assoziierten Neoplasien mitunter schwierig. Existierende Biopsieprotokolle (z.B. Seattle Protokoll) sind oftmals unzuverl{\"a}ssig (2). Eine fr{\"u}hzeitige Diagnose des Adenokarzinoms ist allerdings von fundamentaler Bedeutung f{\"u}r die Prognose des Patienten. Forschungsansatz Auf der Grundlage dieser Problematik, entwickelten wir in Kooperation mit dem Forschungslabor „Regensburg Medical Image Computing (ReMIC)" der OTH Regensburg ein auf k{\"u}nstlicher Intelligenz (KI) basiertes Entscheidungsunterst{\"u}tzungssystem (CDSS). Das auf einer DeepLabv3+ neuronalen Netzwerkarchitektur basierende CDSS differenziert mittels Mustererkennung Barrett- {\"O}sophagus ohne Dysplasie von Barrett-{\"O}sophagus mit Dysplasie bzw. Neoplasie („Klassifizierung"). Hierbei werden gemittelte Ausgabewahrscheinlichkeiten mit einem vom Benutzer definierten Schwellenwert verglichen. F{\"u}r Vorhersagen, die den Schwellenwert {\"u}berschreiten, berechnen wir die Kontur der Region und die Fl{\"a}che. Sobald die vorhergesagte L{\"a}sion eine bestimmte Gr{\"o}ße in der Eingabe {\"u}berschreitet, heben wir sie und ihren Umriss hervor. So erm{\"o}glicht eine farbkodierte Visualisierung eine Abgrenzung zwischen Dysplasie bzw. Neoplasie und normalem Barrett-Epithel („Segmentierung"). In einer Studie an Bildern in „Weißlicht" (WL) und „Narrow Band Imaging" (NBI) demonstrierten wir eine Sensitivit{\"a}t von mehr als 90\% und eine Spezifit{\"a}t von mehr als 80\% (3). In einem n{\"a}chsten Schritt, differenzierte unser KI-Algorithmus Barrett- Metaplasien von assoziierten Neoplasien anhand von zuf{\"a}llig abgegriffenen Bildern in Echtzeit mit einer Accuracy von 89.9\% (4). Darauf folgend, entwickelten wir unser System dahingehend weiter, dass unser Algorithmus nun auch dazu in der Lage ist, Untersuchungsvideos in WL, NBI und „Texture and Color Enhancement Imaging" (TXI) in Echtzeit zu analysieren (5). Aktuell f{\"u}hren wir eine Studie in einem randomisiert-kontrollierten Ansatz an unver{\"a}nderten Untersuchungsvideos in WL, NBI und TXI durch. Ausblick Um Patienten mit aus Barrett-Metaplasien resultierenden Neoplasien fr{\"u}hestm{\"o}glich an „High-Volume"-Zentren {\"u}berweisen zu k{\"o}nnen, soll unser KI-Algorithmus zuk{\"u}nftig vor allem Endoskopiker ohne extensive Erfahrung bei der Beurteilung von Barrett- {\"O}sophagus in der Krebsfr{\"u}herkennung unterst{\"u}tzen.}, subject = {Speiser{\"o}hrenkrebs}, language = {de} } @misc{ScheppachMendelProbstetal., author = {Scheppach, Markus W. and Mendel, Robert and Probst, Andreas and Meinikheim, Michael and Palm, Christoph and Messmann, Helmut and Ebigbo, Alanna}, title = {Intraprozedurale Strukturerkennung bei Third-Space Endoskopie mithilfe eines Deep-Learning Algorithmus}, series = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, volume = {60}, journal = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, number = {04}, publisher = {Thieme}, address = {Stuttgart}, doi = {10.1055/s-0042-1745652}, pages = {e250-e251}, abstract = {Einleitung Third-Space Interventionen wie die endoskopische Submukosadissektion (ESD) und die perorale endoskopische Myotomie (POEM) sind technisch anspruchsvoll und mit einem erh{\"o}hten Risiko f{\"u}r intraprozedurale Komplikationen wie Blutung oder Perforation assoziiert. Moderne Computerprogramme zur Unterst{\"u}tzung bei diagnostischen Entscheidungen werden unter Einsatz von k{\"u}nstlicher Intelligenz (KI) in der Endoskopie bereits erfolgreich eingesetzt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, relevante anatomische Strukturen mithilfe eines Deep-Learning Algorithmus zu detektieren und segmentieren, um die Sicherheit und Anwendbarkeit von ESD und POEM zu erh{\"o}hen. Methoden Zw{\"o}lf Videoaufnahmen in voller L{\"a}nge von Third-Space Endoskopien wurden aus der Datenbank des Universit{\"a}tsklinikums Augsburg extrahiert. 1686 Einzelbilder wurden f{\"u}r die Kategorien Submukosa, Blutgef{\"a}ß, Dissektionsmesser und endoskopisches Instrument annotiert und segmentiert. Mit diesem Datensatz wurde ein DeepLabv3+neuronales Netzwerk auf der Basis eines ResNet mit 101 Schichten trainiert und intern anhand der Parameter Intersection over Union (IoU), Dice Score und Pixel Accuracy validiert. Die F{\"a}higkeit des Algorithmus zur Gef{\"a}ßdetektion wurde anhand von 24 Videoclips mit einer Spieldauer von 7 bis 46 Sekunden mit 33 vordefinierten Gef{\"a}ßen evaluiert. Anhand dieses Tests wurde auch die Gef{\"a}ßdetektionsrate eines Experten in der Third-Space Endoskopie ermittelt. Ergebnisse Der Algorithmus zeigte eine Gef{\"a}ßdetektionsrate von 93,94\% mit einer mittleren Rate an falsch positiven Signalen von 1,87 pro Minute. Die Gef{\"a}ßdetektionsrate des Experten lag bei 90,1\% ohne falsch positive Ergebnisse. In der internen Validierung an Einzelbildern wurde eine IoU von 63,47\%, ein mittlerer Dice Score von 76,18\% und eine Pixel Accuracy von 86,61\% ermittelt. Zusammenfassung Dies ist der erste KI-Algorithmus, der f{\"u}r den Einsatz in der therapeutischen Endoskopie entwickelt wurde. Pr{\"a}limin{\"a}re Ergebnisse deuten auf eine mit Experten vergleichbare Detektion von Gef{\"a}ßen w{\"a}hrend der Untersuchung hin. Weitere Untersuchungen sind n{\"o}tig, um die Leistung des Algorithmus im Vergleich zum Experten genauer zu eruieren sowie einen m{\"o}glichen klinischen Nutzen zu ermitteln.}, language = {de} } @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{ScheppachMendelMuzalyovaetal., author = {Scheppach, Markus W. and Mendel, Robert and Muzalyova, Anna and Rauber, David and Probst, Andreas and Nagl, Sandra and R{\"o}mmele, Christoph and Yip, Hon Chi and Lau, Louis Ho Shing and G{\"o}lder, Stefan Karl and Schmidt, Arthur and Kouladouros, Konstantinos and Abdelhafez, Mohamed and Walter, B. and Meinikheim, Michael and Chiu, Philip Wai Yan and Palm, Christoph and Messmann, Helmut and Ebigbo, Alanna}, title = {K{\"u}nstliche Intelligenz erh{\"o}ht die Gef{\"a}ßerkennung von Endoskopikern bei third space Endoskopie}, series = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, volume = {62}, journal = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, number = {09}, publisher = {Georg Thieme Verlag KG}, doi = {10.1055/s-0044-1790087}, pages = {e830}, abstract = {Einleitung: K{\"u}nstliche Intelligenz (KI)-Algorithmen unterst{\"u}tzen Endoskopiker bei der Erkennung und Charakterisierung von Kolonpolypen in der klinischen Praxis und f{\"u}hren zu einer Erh{\"o}hung der Adenomdetektionsrate. Auch bei therapeutischen Maßnahmen wie der endoskopischen Submukosadissektion (ESD) k{\"o}nne relevante anatomische Strukturen durch KI mit hoher Genauigkeit erkannt und im endoskopischen Bild in Echtzeit markiert werden. Der Effekt einer solchen Applikation auf die Gef{\"a}ßdetektion von Endoskopikern ist bislang nicht erforscht. Ziele: In dieser Studie wurde der Effekt eines KI-Algorithmus zur Echtzeit-Gef{\"a}ßmarkierung bei ESD auf die Gef{\"a}ßdetektionsrate von Endoskopikern untersucht. Methodik: 59 third space Endoskopievideos wurde aus der Datenbank des Universit{\"a}tsklinikums Augsburg extrahiert. Auf 5470 Einzelbildern dieser Untersuchungen wurde submukosale Blutgef{\"a}ße annotiert. Zusammen mit weiteren 179681 unmarkierten Bildern wurde ein DeepLabV3+ neuronales Netzwerk mit einer semi-supervised learning Methode darin trainiert, submukosale Blutgef{\"a}ße auf dem endoskopischen Bild zu erkennen und in Echtzeit einzuzeichnen. Anhand eines Videotests mit 101 Videoclips und 200 vordefinierten Blutgef{\"a}ßen wurden 19 Endoskopiker mit und ohne KI Unterst{\"u}tzung getestet. Ergebnis: Der Algorithmus erkannte in dem Videotest 93.5\% der Gef{\"a}ße in einer Detektionszeit von im Median 0,3 Sekunden. Die Gef{\"a}ßdetektionsrate von Endoskopikern erh{\"o}hte sich durch KI Unterst{\"u}tzung von 56,4\% auf 72,4\% (p<0.001). Die Gef{\"a}ßdetektionszeit reduzierte sich durch KI-Unterst{\"u}tzung von 6,7 auf 5.2 Sekunden (p<0.001). Der Algorithmus zeigte eine Rate an falsch positiven Detektionen in 4.5\% der Einzelbilder. Falsch positiv erkannte Strukturen wurde k{\"u}rzer detektiert, als richtig positive (0.7 und 6.0 Sekunden, p<0.001). Schlussfolgerung: KI Unterst{\"u}tzung f{\"u}hrte zu einer erh{\"o}hten Gef{\"a}ßdetektionsrate und schnelleren Gef{\"a}ßdetektionszeit von Endoskopikern. Ein m{\"o}glicher klinischer Effekt auf die intraprozedurale Komplikationsrate oder Operationszeit k{\"o}nnte in prospektiven Studien ermittelt werden.}, language = {de} } @misc{RoserMeinikheimMendeletal., author = {Roser, David and Meinikheim, Michael and Mendel, Robert and Palm, Christoph and Muzalyova, Anna and Rauber, David and R{\"u}ckert, Tobias and Parsa, Nasim and Byrne, Michael F. and Messmann, Helmut and Ebigbo, Alanna}, title = {Mensch-Maschine-Interaktion: Einfluss k{\"u}nstlicher Intelligenz auf das diagnostische Vertrauen von Endoskopikern bei der Beurteilung des Barrett-{\"O}sophagus}, series = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, volume = {62}, journal = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, number = {09}, publisher = {Georg Thieme Verlag KG}, doi = {10.1055/s-0044-1789656}, pages = {e575 -- e576}, abstract = {Ziele: Das Ziel der Studie war es, den Einfluss von KI auf die diagnostische Sicherheit (Konfidenzniveau) von Endoskopikern anhand von B{\"O}-Videos zu untersuchen und m{\"o}gliche Korrelationen mit der Untersuchungsqualit{\"a}t zu erforschen. Methodik: 22 Endoskopiker aus zw{\"o}lf Zentren mit unterschiedlicher Barrett-Erfahrung untersuchten 96 standardisierte Endoskopievideos. Die Untersucher wurden in Experten und Nicht-Experten eingeteilt und nach dem Zufallsprinzip f{\"u}r die Bewertung der Videos mit oder ohne KI eingeteilt. Die Teilnehmer wurden in zwei Gruppen aufgeteilt: Arm A bewertete zun{\"a}chst Videos ohne KI und dann mit KI, w{\"a}hrend Arm B die umgekehrte Reihenfolge einhielt. Die Untersucher hatten die Aufgabe, B{\"O}-assoziierte Neoplasien zu erkennen und ihr Konfidenzniveau sowohl mit als auch ohne KI auf einer Skala von 0 bis 9 anzugeben. Ergebnis: In Arm A erh{\"o}hte der Einsatz von KI das Konfidenzniveau bei beiden signifikant (p<0.001). Bemerkenswert ist, dass jedoch nur Nicht-Experten durch die KI eine signifikante Verbesserung der Sensitivit{\"a}t und Spezifit{\"a}t (p<0.001 bzw. p<0.05) erfuhren. W{\"a}hrend Experten ohne KI im Vergleich zu Nicht-Experten mit KI ein h{\"o}heres Konfidenzniveau aufwiesen, gab es keinen signifikanten Unterschied in der Genauigkeit. In Arm B zeigten beide Gruppen eine signifikante Abnahme des Konfidenzniveaus (p<0.001) bei gleichbleibender Genauigkeit. Dar{\"u}ber hinaus wurden in 9\% der Entscheidungen trotz korrekter KI eine falsche Wahl getroffen. Schlussfolgerung: Der Einsatz k{\"u}nstlicher Intelligenz steigerte das Konfidenzniveau sowohl bei Experten als auch bei Nicht-Experten signifikant - ein Effekt, der im Studienmodell reversibel war. Dar{\"u}ber hinaus wiesen Experten mit oder ohne KI durchweg h{\"o}here Konfidenzniveaus auf als Nicht-Experten mit KI, trotz vergleichbarer Ergebnisse. Zudem konnte beobachtet werden, dass die Untersucher in 9\% der F{\"a}lle die KI zuungunsten des Patienten ignorierten.}, language = {de} } @misc{ScheppachNunesArizietal., author = {Scheppach, Markus W. and Nunes, Danilo Weber and Arizi, X. and Rauber, David and Probst, Andreas and Nagl, Sandra and R{\"o}mmele, Christoph and Palm, Christoph and Messmann, Helmut and Ebigbo, Alanna}, title = {Intraoperative Phasenerkennung bei endoskopischer Submukosadissektion mit Hilfe von k{\"u}nstlicher Intelligenz}, series = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, volume = {62}, journal = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, number = {09}, publisher = {Georg Thieme Verlag KG}, doi = {10.1055/s-0044-1790084}, pages = {e828}, abstract = {Einleitung: K{\"u}nstliche Intelligenz (KI) wird in der Endoskopie des Gastrointestinaltraktes zur Erkennung und Charakterisierung von Kolonpolypen eingesetzt. Die Rolle von KI bei therapeutischen Maßnahmen wurde noch nicht eingehend untersucht. Eine intraprozedurale Phasenerkennung bei endoskopischer Submukoasdissektion (ESD) k{\"o}nnte die Erhebung von Qualit{\"a}tsindikatoren erm{\"o}glichen. Weiterhin k{\"o}nnte diese Technologie zu einem tieferen Verst{\"a}ndnis {\"u}ber die Eigenschaften der Prozedur f{\"u}hren und weiterf{\"u}hrende Applikationen zur automatischen Dokumentation oder standardisiertem Training vorbereiten. Ziele: Ziel dieser Studie war die Entwicklung eines KI Algorithmus zur intraprozeduralen Phasenerkennung bei endoskopischer Submukosadissektion. Methodik: 2071546 Einzelbilder aus 27 ESD Videos in voller L{\"a}nge wurden f{\"u}r die {\"u}bergeordneten Klassen Diagnostik, Markierung, Nadelinjektion, Dissektion und Blutung, sowie die untergeordneten Klassen Endoskop-Manipulation, Injektion und Applikation von elektrischem Strom annotiert. Mit einem Trainingsdatensatz (898440 Einzelbilder, 17 ESDs) wurde ein Video Swin Transformer mit uniformer Stichprobenentnahme trainiert und intern validiert (769523 Einzelbilder, 6 ESDs). Neben der internen Validierung wurde der Algorithmus anhand von einem separaten Testdatensatz (403583 Einzelbilder, 4 ESDs) evaluiert. Ergebnis: Der F1 Score des Algorithmus f{\"u}r alle Klassen lag in der internen Validierung bei 83\%, in dem separaten Test bei 90\%. Anhand des separaten Tests wurden true positive (TP)-Raten f{\"u}r Diagnostik, Markierung, Nadelinjektion, Dissektion und Blutung von 100\%, 100\%, 96\%, 97\% und 93\% ermittelt. F{\"u}r Endoskopmanipulation, Injektion und Applikation von Elektrizit{\"a}t lagen die TP-Raten bei 92\%, 98\% und 91\%. Schlussfolgerung: Der entwickelte Algorithmus klassifizierte ESD Videos in voller L{\"a}nge und anhand jedes einzelnen Bildes mit hoher Genauigkeit. Zuk{\"u}nftige Forschungsvorhaben k{\"o}nnten intraoperative Qualit{\"a}tsindikatioren auf Basis dieser Informationen entwickeln und eine automatisierte Dokumentation erm{\"o}glichen.}, language = {de} } @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 = {e539 -- 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} }