TY - JOUR A1 - Souza Jr., Luis Antonio de A1 - Pacheco, André G.C. A1 - Passos, Leandro A. A1 - Santana, Marcos Cleison S. A1 - Mendel, Robert A1 - Ebigbo, Alanna A1 - Probst, Andreas A1 - Messmann, Helmut A1 - Palm, Christoph A1 - Papa, João Paulo T1 - DeepCraftFuse: visual and deeply-learnable features work better together for esophageal cancer detection in patients with Barrett’s esophagus JF - Neural Computing and Applications N2 - Limitations in computer-assisted diagnosis include lack of labeled data and inability to model the relation between what experts see and what computers learn. Even though artificial intelligence and machine learning have demonstrated remarkable performances in medical image computing, their accountability and transparency level must be improved to transfer this success into clinical practice. The reliability of machine learning decisions must be explained and interpreted, especially for supporting the medical diagnosis. While deep learning techniques are broad so that unseen information might help learn patterns of interest, human insights to describe objects of interest help in decision-making. This paper proposes a novel approach, DeepCraftFuse, to address the challenge of combining information provided by deep networks with visual-based features to significantly enhance the correct identification of cancerous tissues in patients affected with Barrett’s esophagus (BE). We demonstrate that DeepCraftFuse outperforms state-of-the-art techniques on private and public datasets, reaching results of around 95% when distinguishing patients affected by BE that is either positive or negative to esophageal cancer. KW - Deep Learning KW - Speiseröhrenkrebs KW - Adenocarcinom KW - Endobrachyösophagus KW - Diagnose KW - Maschinelles Lernen KW - Machine learning KW - Adenocarcinoma KW - Object detector KW - Barrett’s esophagus KW - Deep Learning Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1007/s00521-024-09615-z VL - 36 SP - 10445 EP - 10459 PB - Springer CY - London ER - TY - GEN A1 - Meinikheim, Michael A1 - Mendel, Robert A1 - Probst, Andreas A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Nagl, Sandra A1 - Schnoy, Elisabeth A1 - Römmele, Christoph A1 - Prinz, Friederike A1 - Schlottmann, Jakob A1 - Messmann, Helmut A1 - Palm, Christoph A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Einfluss von Künstlicher Intelligenz auf die Performance von niedergelassenen Gastroenterolog:innen bei der Beurteilung von Barrett-Ösophagus T2 - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Einleitung  Die Differenzierung zwischen nicht dysplastischem Barrett-Ösophagus (NDBE) und mit Barrett-Ösophagus assoziierten Neoplasien (BERN) während der endoskopischen Inspektion erfordert viel Expertise. Die frühe Diagnosestellung ist wichtig für die weitere Prognose des Barrett-Karzinoms. In Deutschland werden Patient:innen mit einem Barrett-Ösophagus (BE) in der Regel im niedergelassenen Sektor überwacht. Ziele  Ziel ist es, den Einfluss von einem auf Künstlicher Intelligenz (KI) basierenden klinischen Entscheidungsunterstützungssystems (CDSS) auf die Performance von niedergelassenen Gastroenterolog:innen (NG) bei der Evaluation von Barrett-Ösophagus (BE) zu untersuchen. Methodik  Es erfolgte die prospektive Sammlung von 96 unveränderten hochauflösenden Videos mit Fällen von Patient:innen mit histologisch bestätigtem NDBE und BERN. Alle eingeschlossenen Fälle 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 Videofälle in entweder Gruppe A oder Gruppe B. Gruppe A implizierte eine Evaluation des Falls durch Proband:innen zunächst ohne KI und anschließend mit KI als CDSS. In Gruppe B erfolgte die Evaluation in umgekehrter Reihenfolge. Anschließend erfolgte eine zufällige Wiedergabe der so entstandenen Subgruppen im Rahmen des Tests. Ergebnis  In diesem Test konnte ein von uns entwickeltes KI-System (Barrett-Ampel) eine Sensitivität von 92,2%, eine Spezifität von 68,9% und eine Accuracy von 81,3% erreichen. Mit der Hilfe von KI verbesserte sich die Sensitivität 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 Fälle zunächst 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. KW - Barrett-Ösophagus KW - Künstliche Intelligenz Y1 - 2023 UR - https://www.thieme-connect.de/products/ejournals/abstract/10.1055/s-0043-1771711 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0043-1771711 VL - 61 IS - 8 PB - Thieme CY - Stuttgart ER - TY - GEN A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Mendel, Robert A1 - Probst, Andreas A1 - Nagl, Sandra A1 - Meinikheim, Michael A1 - Yip, Hon Chi A1 - Lau, Louis Ho Shing A1 - Chiu, Philip Wai Yan A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Effekt eines Künstliche Intelligenz (KI) – Algorithmus auf die Gefäßdetektion bei third space Endoskopien T2 - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Einleitung  Third space Endoskopieprozeduren wie die endoskopische Submukosadissektion (ESD) und die perorale endoskopische Myotomie (POEM) sind technisch anspruchsvoll und gehen mit untersucherabhängigen Komplikationen wie Blutungen und Perforationen einher. Grund hierfür ist die unabsichtliche Durchschneidung von submukosalen Blutgefäßen ohne präemptive Koagulation. Ziele Die Forschungsfrage, ob ein KI-Algorithmus die intraprozedurale Gefäßerkennung bei ESD und POEM unterstützen und damit Komplikationen wie Blutungen verhindern könnte, 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 Blutgefäße annotiert. Zusammen mit weiteren 179.681 nicht-annotierten Bildern wurde ein DeepLabv3+neuronales Netzwerk mit dem ECMT-Verfahren für semi-supervised learning trainiert, um Blutgefäße in Echtzeit erkennen zu können. Für die Evaluation wurde ein Videotest mit 101 Videoclips aus 15 vom Trainingsdatensatz separaten Prozeduren mit 200 vordefinierten Gefäßen erstellt. Die Gefäßdetektionsrate, -zeit und -dauer, definiert als der Prozentsatz an Einzelbildern eines Videos bezogen auf den Goldstandard, auf denen ein definiertes Gefäß erkannt wurde, wurden erhoben. Acht erfahrene Endoskopiker wurden mithilfe dieses Videotests im Hinblick auf Gefäßdetektion getestet, wobei eine Hälfte der Videos nativ, die andere Hälfte nach Markierung durch den KI-Algorithmus angesehen wurde. Ergebnisse  Der mittlere Dice Score des Algorithmus für Blutgefäße war 68%. Die mittlere Gefäßdetektionsrate im Videotest lag bei 94% (96% für ESD; 74% für POEM). Die mediane Gefäßdetektionszeit des Algorithmus lag bei 0,32 Sekunden (0,3 Sekunden für ESD; 0,62 Sekunden für POEM). Die mittlere Gefäßdetektionsdauer lag bei 59,1% (60,6% für ESD; 44,8% für POEM) des Goldstandards. Alle Endoskopiker hatten mit KI-Unterstützung eine höhere Gefäßdetektionsrate als ohne KI. Die mittlere Gefäßdetektionsrate ohne KI lag bei 56,4%, mit KI bei 71,2% (p<0.001). Schlussfolgerung  KI-Unterstützung war mit einer statistisch signifikant höheren Gefäßdetektionsrate vergesellschaftet. Die mediane Gefäßdetektionszeit von deutlich unter einer Sekunde sowie eine Gefäßdetektionsdauer von größer 50% des Goldstandards wurden für den klinischen Einsatz als ausreichend erachtet. In prospektiven Anwendungsstudien sollte der KI-Algorithmus auf klinische Relevanz getestet werden. KW - Künstliche Intelligenz Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0043-1771980 VL - 61 IS - 08 PB - Thieme CY - Stuttgart ER - TY - GEN A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Mendel, Robert A1 - Muzalyova, Anna A1 - Rauber, David A1 - Probst, Andreas A1 - Nagl, Sandra A1 - Römmele, Christoph A1 - Yip, Hon Chi A1 - Lau, Louis Ho Shing A1 - Gölder, Stefan Karl A1 - Schmidt, Arthur A1 - Kouladouros, Konstantinos A1 - Abdelhafez, Mohamed A1 - Walter, B. A1 - Meinikheim, Michael A1 - Chiu, Philip Wai Yan A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Künstliche Intelligenz erhöht die Gefäßerkennung von Endoskopikern bei third space Endoskopie T2 - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Einleitung: Künstliche Intelligenz (KI)-Algorithmen unterstützen Endoskopiker bei der Erkennung und Charakterisierung von Kolonpolypen in der klinischen Praxis und führen zu einer Erhöhung der Adenomdetektionsrate. Auch bei therapeutischen Maßnahmen wie der endoskopischen Submukosadissektion (ESD) könne relevante anatomische Strukturen durch KI mit hoher Genauigkeit erkannt und im endoskopischen Bild in Echtzeit markiert werden. Der Effekt einer solchen Applikation auf die Gefäßdetektion von Endoskopikern ist bislang nicht erforscht. Ziele:  In dieser Studie wurde der Effekt eines KI-Algorithmus zur Echtzeit-Gefäßmarkierung bei ESD auf die Gefäßdetektionsrate von Endoskopikern untersucht. Methodik:  59 third space Endoskopievideos wurde aus der Datenbank des Universitätsklinikums Augsburg extrahiert. Auf 5470 Einzelbildern dieser Untersuchungen wurde submukosale Blutgefäße annotiert. Zusammen mit weiteren 179681 unmarkierten Bildern wurde ein DeepLabV3+ neuronales Netzwerk mit einer semi-supervised learning Methode darin trainiert, submukosale Blutgefäße auf dem endoskopischen Bild zu erkennen und in Echtzeit einzuzeichnen. Anhand eines Videotests mit 101 Videoclips und 200 vordefinierten Blutgefäßen wurden 19 Endoskopiker mit und ohne KI Unterstützung getestet. Ergebnis:  Der Algorithmus erkannte in dem Videotest 93.5% der Gefäße in einer Detektionszeit von im Median 0,3 Sekunden. Die Gefäßdetektionsrate von Endoskopikern erhöhte sich durch KI Unterstützung von 56,4% auf 72,4% (p<0.001). Die Gefäßdetektionszeit reduzierte sich durch KI-Unterstützung 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 kürzer detektiert, als richtig positive (0.7 und 6.0 Sekunden, p<0.001). Schlussfolgerung:  KI Unterstützung führte zu einer erhöhten Gefäßdetektionsrate und schnelleren Gefäßdetektionszeit von Endoskopikern. Ein möglicher klinischer Effekt auf die intraprozedurale Komplikationsrate oder Operationszeit könnte in prospektiven Studien ermittelt werden. Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0044-1790087 VL - 62 IS - 09 SP - e830 PB - Georg Thieme Verlag KG ER - TY - GEN A1 - Roser, David A1 - Meinikheim, Michael A1 - Mendel, Robert A1 - Palm, Christoph A1 - Muzalyova, Anna A1 - Rauber, David A1 - Rückert, Tobias A1 - Parsa, Nasim A1 - Byrne, Michael F. A1 - Messmann, Helmut A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Mensch-Maschine-Interaktion: Einfluss künstlicher Intelligenz auf das diagnostische Vertrauen von Endoskopikern bei der Beurteilung des Barrett-Ösophagus T2 - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Ziele:  Das Ziel der Studie war es, den Einfluss von KI auf die diagnostische Sicherheit (Konfidenzniveau) von Endoskopikern anhand von BÖ-Videos zu untersuchen und mögliche Korrelationen mit der Untersuchungsqualität zu erforschen. Methodik:  22 Endoskopiker aus zwölf Zentren mit unterschiedlicher Barrett-Erfahrung untersuchten 96 standardisierte Endoskopievideos. Die Untersucher wurden in Experten und Nicht-Experten eingeteilt und nach dem Zufallsprinzip für die Bewertung der Videos mit oder ohne KI eingeteilt. Die Teilnehmer wurden in zwei Gruppen aufgeteilt: Arm A bewertete zunächst Videos ohne KI und dann mit KI, während Arm B die umgekehrte Reihenfolge einhielt. Die Untersucher hatten die Aufgabe, BÖ-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 erhöhte 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 Sensitivität und Spezifität (p<0.001 bzw. p<0.05) erfuhren. Während Experten ohne KI im Vergleich zu Nicht-Experten mit KI ein höheres 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. Darüber hinaus wurden in 9% der Entscheidungen trotz korrekter KI eine falsche Wahl getroffen. Schlussfolgerung:  Der Einsatz künstlicher Intelligenz steigerte das Konfidenzniveau sowohl bei Experten als auch bei Nicht-Experten signifikant – ein Effekt, der im Studienmodell reversibel war. Darüber hinaus wiesen Experten mit oder ohne KI durchweg höhere Konfidenzniveaus auf als Nicht-Experten mit KI, trotz vergleichbarer Ergebnisse. Zudem konnte beobachtet werden, dass die Untersucher in 9% der Fälle die KI zuungunsten des Patienten ignorierten. Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0044-1789656 VL - 62 IS - 09 SP - e575 EP - e576 PB - Georg Thieme Verlag KG ER - TY - GEN A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Nunes, Danilo Weber A1 - Arizi, X. A1 - Rauber, David A1 - Probst, Andreas A1 - Nagl, Sandra A1 - Römmele, Christoph A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Intraoperative Phasenerkennung bei endoskopischer Submukosadissektion mit Hilfe von künstlicher Intelligenz T2 - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Einleitung:  Künstliche 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) könnte die Erhebung von Qualitätsindikatoren ermöglichen. Weiterhin könnte diese Technologie zu einem tieferen Verständnis über die Eigenschaften der Prozedur führen und weiterführende 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 Länge wurden für die übergeordneten 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 für alle Klassen lag in der internen Validierung bei 83%, in dem separaten Test bei 90%. Anhand des separaten Tests wurden true positive (TP)-Raten für Diagnostik, Markierung, Nadelinjektion, Dissektion und Blutung von 100%, 100%, 96%, 97% und 93% ermittelt. Für Endoskopmanipulation, Injektion und Applikation von Elektrizität lagen die TP-Raten bei 92%, 98% und 91%. Schlussfolgerung:  Der entwickelte Algorithmus klassifizierte ESD Videos in voller Länge und anhand jedes einzelnen Bildes mit hoher Genauigkeit. Zukünftige Forschungsvorhaben könnten intraoperative Qualitätsindikatioren auf Basis dieser Informationen entwickeln und eine automatisierte Dokumentation ermöglichen. Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0044-1790084 VL - 62 IS - 09 SP - e828 PB - Georg Thieme Verlag KG ER - TY - GEN A1 - Zellmer, Stephan A1 - Rauber, David A1 - Probst, Andreas A1 - Weber, Tobias A1 - Nagl, Sandra A1 - Römmele, Christoph A1 - Schnoy, Elisabeth A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Verwendung künstlicher Intelligenz bei der Detektion der Papilla duodeni major T2 - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Einleitung Die Endoskopische Retrograde Cholangiopankreatikographie (ERCP) ist der Goldstandard in der Diagnostik und Therapie von Erkrankungen des pankreatobiliären Trakts. Jedoch ist sie technisch sehr anspruchsvoll und weist eine vergleichsweise hohe Komplikationsrate auf. Ziele  In der vorliegenden Machbarkeitsstudie soll geprüft werden, ob mithilfe eines Deep-learning-Algorithmus die Papille und das Ostium zuverlässig detektiert werden können und somit für Endoskopiker mit geringer Erfahrung ein geeignetes Hilfsmittel, insbesondere für die Ausbildungssituation, darstellen könnten. Methodik Wir betrachteten insgesamt 606 Bilddatensätze 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 für die Klasse Papille eine F1-Wert von 0,7908, eine Sensitivität von 0,7943 und eine Spezifität von 0,9785 erreicht werden, für die Klasse Ostium eine F1-Wert von 0,5538, eine Sensitivität von 0,5094 und eine Spezifität von 0,9970 (vgl. [Tab. 1]). Unabhängig von der Klasse zeigte sich gemittelt (Klasse Papille und Klasse Ostium) ein F1-Wert von 0,6673, eine Sensitivität von 0,6519 und eine Spezifität von 0,9877 (vgl. [Tab. 2]). Schlussfolgerung  In vorliegende Machbarkeitsstudie konnte das neuronale Netz die Papilla duodeni major mit einer hohen Sensitivität und sehr hohen Spezifität identifizieren. Bei der Detektion des Ostiums war die Sensitivität deutlich geringer. Zukünftig soll das das neuronale Netz mit mehr Daten trainiert werden. Außerdem ist geplant, den Algorithmus auch auf Videos anzuwenden. Somit könnte langfristig ein geeignetes Hilfsmittel für die ERCP etabliert werden. KW - Künstliche Intelligenz Y1 - 2023 UR - https://www.thieme-connect.de/products/ejournals/abstract/10.1055/s-0043-1772000 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0043-1772000 VL - 61 IS - 08 SP - e539 EP - e540 PB - Thieme CY - Stuttgart ER - TY - JOUR A1 - Wallner, M. A1 - Gutbrod, Max A1 - Rauber, David A1 - Ebigbo, Alanna A1 - Probst, Andreas A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut A1 - Roser, David T1 - KI-gestützte Detektion und Segmentierung von Magenkarzinomen in westlichen endoskopischen Bilddaten anhand eines fine-tuned Deep-Learning Ansatzes JF - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Diese vorläufige monozentrische Studie zeigt, dass ein aus einem Barrett-Ösophagus-KI-System feinjustiertes Deep-Learning-Modell Magenkarzinome in westlichen multimodalen endoskopischen Bilddaten zuverlässig detektieren und präzise segmentieren kann. Die hohe Segmentierungsgenauigkeit und Detektionssensitivität über verschiedene Bildmodalitäten hinweg unterstreichen die Machbarkeit eines pathologiegestützten KI-Ansatzes auch in einer westlichen Niedriginzidenzpopulation. Aufgrund der ausschließlichen Verwendung von Bildern mit sichtbaren Tumoren lassen sich keine Aussagen zur Spezifität treffen; eine Übertragbarkeit auf Screening- oder Mischkollektive ist daher limitiert. Weitere Studien mit a) größerem Datensatz inklusive Videodaten, b) externer Validierung an einer multizentrischen westlichen Kohorte, sowie c) Anwendung und Prüfung an nicht-neoplastischen Vergleichsbildern oder anderen Pathologien sind erforderlich. Nach unserem Kenntnisstand zählt dieses System zu den ersten in einer westlichen Population entwickelten endoskopischen KI-Ansätzen zur Magenkarzinomdetektion, und zu wenigen, die vollständige ESD-präparatbasierte Referenzdaten für Training und Validierung nutzen. Y1 - 2026 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0046-1817751 VL - 64 IS - 03 SP - e64 EP - e65 PB - Thieme ER -