TY - GEN A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Weber Nunes, Danilo 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 - Single frame workflow recognition during endoscopic submucosal dissection (ESD) using artificial intelligence (AI) T2 - Endoscopy N2 - Aims  Precise surgical phase recognition and evaluation may improve our understanding of complex endoscopic procedures. Furthermore, quality control measurements and endoscopy training could benefit from objective descriptions of surgical phase distributions. Therefore, we aimed to develop an artificial intelligence algorithm for frame-by-frame operational phase recognition during endoscopic submucosal dissection (ESD). Methods  Full length ESD-videos from 31 patients comprising 6.297.782 single images were collected retrospectively. Videos were annotated on a frame-by-frame basis for the operational macro-phases diagnostics, marking, injection, dissection and bleeding. Further subphases were the application of electrical current, visible injection of fluid into the submucosal space and scope manipulation, leading to 11 phases in total. 4.975.699 frames (21 patients) were used for training of a video swin transformer using uniform frame sampling for temporal information. Hyperparameter tuning was performed with 897.325 further frames (6 patients), while 424.758 frames (4 patients) were used for validation. Results  The overall F1 scores on the test dataset for the macro-phases and all 11 phases were 0.96 and 0.90, respectively. The recall values for diagnostics, marking, injection, dissection and bleeding were 1.00, 1.00, 0.95, 0.96 and 0.93, respectively. Conclusions  The algorithm classified operational phases during ESD with high accuracy. A precise evaluation of phase distribution may allow for the development of objective quality metrics for quality control and training. Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0045-1806324 VL - 57 IS - S 02 SP - S511 PB - Thieme CY - Stuttgart ER - TY - GEN A1 - Zellmer, Stephan A1 - Rauber, David A1 - Probst, Andreas A1 - Weber, Tobias A1 - Braun, Georg A1 - Nagl, Sandra A1 - Römmele, Christoph A1 - Schnoy, Elisabeth A1 - Birzle, Lisa A1 - Aehling, Niklas A1 - Schulz, Dominik Andreas Helmut Otto A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Künstliche Intelligenz als Hilfsmittel zur Detektion der Papilla duodeni major und des papillären Ostiums während der ERCP T2 - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Einleitung  Die Endoskopische Retrograde Cholangiopankreatikographie (ERCP) ist der Goldstandard in der endoskopischen Therapie von Erkrankungen des pankreatobiliären Trakts. Allerdings ist sie technisch anspruchsvoll, schwer zu erlernen und mit einer relativ hohen Komplikationsrate assoziiert. Daher soll in der vorliegenden Machbarkeitsstudie geprüft werden, ob mithilfe eines Deeplearning- Algorithmus die Papille und das Ostium zuverlässig detektiert werden können und dieser für Endoskopiker, insbesondere in der Ausbildungssituation, ein geeignetes Hilfsmittel darstellen könnte. Material und Methodik Insgesamt wurden 1534 ERCP-Bilder von 134 Patienten analysiert, wobei sowohl die Papilla duodeni major als auch das Ostium segmentiert wurden. Anschließend erfolgte das Training eines neuronalen Netzes unter Verwendung eines Deep-Learning-Algorithmus. Für den Test des Algorithmus erfolgte eine fünffache Kreuzvalidierung. Ergebnisse  Auf den 1534 gelabelten Bildern wurden für die Klasse Papille ein F1-Wert von 0,7996, eine Sensitivität von 0,8488 und eine Spezifität von 0,9822 erzielt. Für die Klasse Ostium ergaben sich ein F1-Wert von 0,5198, eine Sensitivität von 0,5945 und eine Spezifität von 0,9974. Klassenübergreifend (Klasse Papille und Klasse Ostium) betrug der F1-Wert 0,6593, die Sensitivität 0,7216 und für die Spezifität 0,9898. Zusammenfassung  In der vorliegenden Machbarkeitsstudie zeigte das neuronale Netz eine hohe Sensitivität und eine sehr hohe Spezifität bei der Identifikation der Papilla duodeni major. Die Detektion des Ostiums erfolgte hingegen mit einer deutlich geringeren Sensitivität. Zukünftig ist eine Erweiterung des Trainingsdatensatzes um Videos und klinische Daten vorgesehen, um die Leistungsfähigkeit des Netzwerks zu verbessern. Hierdurch könnte langfristig ein geeignetes Assistenzsystem für die ERCP, insbesondere in der Ausbildungssituation etabliert werden. Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0045-1806882 VL - 63 IS - 5 SP - e295 PB - Thieme CY - Stuttgart ER - TY - JOUR A1 - Ebigbo, Alanna A1 - Mendel, Robert A1 - Rückert, Tobias A1 - Schuster, Laurin A1 - Probst, Andreas A1 - Manzeneder, Johannes A1 - Prinz, Friederike A1 - Mende, Matthias A1 - Steinbrück, Ingo A1 - Faiss, Siegbert A1 - Rauber, David A1 - Souza Jr., Luis Antonio de A1 - Papa, João Paulo A1 - Deprez, Pierre A1 - Oyama, Tsuneo A1 - Takahashi, Akiko A1 - Seewald, Stefan A1 - Sharma, Prateek A1 - Byrne, Michael F. A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut T1 - Endoscopic prediction of submucosal invasion in Barrett’s cancer with the use of Artificial Intelligence: A pilot Study JF - Endoscopy N2 - Background and aims: The accurate differentiation between T1a and T1b Barrett’s cancer has both therapeutic and prognostic implications but is challenging even for experienced physicians. We trained an Artificial Intelligence (AI) system on the basis of deep artificial neural networks (deep learning) to differentiate between T1a and T1b Barrett’s cancer white-light images. Methods: Endoscopic images from three tertiary care centres in Germany were collected retrospectively. A deep learning system was trained and tested using the principles of cross-validation. A total of 230 white-light endoscopic images (108 T1a and 122 T1b) was evaluated with the AI-system. For comparison, the images were also classified by experts specialized in endoscopic diagnosis and treatment of Barrett’s cancer. Results: The sensitivity, specificity, F1 and accuracy of the AI-system in the differentiation between T1a and T1b cancer lesions was 0.77, 0.64, 0.73 and 0.71, respectively. There was no statistically significant difference between the performance of the AI-system and that of human experts with sensitivity, specificity, F1 and accuracy of 0.63, 0.78, 0.67 and 0.70 respectively. Conclusion: This pilot study demonstrates the first multicenter application of an AI-based system in the prediction of submucosal invasion in endoscopic images of Barrett’s cancer. AI scored equal to international experts in the field, but more work is necessary to improve the system and apply it to video sequences and in a real-life setting. Nevertheless, the correct prediction of submucosal invasion in Barret´s cancer remains challenging for both experts and AI. KW - Maschinelles Lernen KW - Neuronales Netz KW - Speiseröhrenkrebs KW - Diagnose KW - Artificial Intelligence KW - Machine learning KW - Adenocarcinoma KW - Barrett’s cancer KW - submucosal invasion Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1055/a-1311-8570 VL - 53 IS - 09 SP - 878 EP - 883 PB - Thieme CY - Stuttgart ER - TY - JOUR A1 - Römmele, Christoph A1 - Mendel, Robert A1 - Barrett, Caroline A1 - Kiesl, Hans A1 - Rauber, David A1 - Rückert, Tobias A1 - Kraus, Lisa A1 - Heinkele, Jakob A1 - Dhillon, Christine A1 - Grosser, Bianca A1 - Prinz, Friederike A1 - Wanzl, Julia A1 - Fleischmann, Carola A1 - Nagl, Sandra A1 - Schnoy, Elisabeth A1 - Schlottmann, Jakob A1 - Dellon, Evan S. A1 - Messmann, Helmut A1 - Palm, Christoph A1 - Ebigbo, Alanna T1 - An artificial intelligence algorithm is highly accurate for detecting endoscopic features of eosinophilic esophagitis JF - Scientific Reports N2 - The endoscopic features associated with eosinophilic esophagitis (EoE) may be missed during routine endoscopy. We aimed to develop and evaluate an Artificial Intelligence (AI) algorithm for detecting and quantifying the endoscopic features of EoE in white light images, supplemented by the EoE Endoscopic Reference Score (EREFS). An AI algorithm (AI-EoE) was constructed and trained to differentiate between EoE and normal esophagus using endoscopic white light images extracted from the database of the University Hospital Augsburg. In addition to binary classification, a second algorithm was trained with specific auxiliary branches for each EREFS feature (AI-EoE-EREFS). The AI algorithms were evaluated on an external data set from the University of North Carolina, Chapel Hill (UNC), and compared with the performance of human endoscopists with varying levels of experience. The overall sensitivity, specificity, and accuracy of AI-EoE were 0.93 for all measures, while the AUC was 0.986. With additional auxiliary branches for the EREFS categories, the AI algorithm (AI-EoEEREFS) performance improved to 0.96, 0.94, 0.95, and 0.992 for sensitivity, specificity, accuracy, and AUC, respectively. AI-EoE and AI-EoE-EREFS performed significantly better than endoscopy beginners and senior fellows on the same set of images. An AI algorithm can be trained to detect and quantify endoscopic features of EoE with excellent performance scores. The addition of the EREFS criteria improved the performance of the AI algorithm, which performed significantly better than endoscopists with a lower or medium experience level. KW - Artificial Intelligence KW - Smart Endoscopy KW - eosinophilic esophagitis Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-46928 VL - 12 PB - Nature Portfolio CY - London ER - TY - GEN A1 - Römmele, Christoph A1 - Mendel, Robert A1 - Rauber, David A1 - Rückert, Tobias A1 - Byrne, Michael F. A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Endoscopic Diagnosis of Eosinophilic Esophagitis Using a deep Learning Algorithm T2 - Endoscopy N2 - 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. KW - Eosinophilic Esophagitis KW - Endoscopy KW - Deep Learning Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0041-1724274 VL - 53 IS - S 01 PB - Georg Thieme Verlag CY - Stuttgart ER - TY - JOUR A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Rauber, David A1 - Stallhofer, Johannes A1 - Muzalyova, Anna A1 - Otten, Vera A1 - Manzeneder, Carolin A1 - Schwamberger, Tanja A1 - Wanzl, Julia A1 - Schlottmann, Jakob A1 - Tadic, Vidan A1 - Probst, Andreas A1 - Schnoy, Elisabeth A1 - Römmele, Christoph A1 - Fleischmann, Carola A1 - Meinikheim, Michael A1 - Miller, Silvia A1 - Märkl, Bruno A1 - Stallmach, Andreas A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Detection of duodenal villous atrophy on endoscopic images using a deep learning algorithm JF - Gastrointestinal Endoscopy N2 - 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. KW - celiac disease KW - villous atrophy KW - endoscopy detection KW - artificial intelligence Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1016/j.gie.2023.01.006 PB - Elsevier ER - TY - JOUR 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, Benjamin M. A1 - Meinikheim, Michael A1 - Chiu, Philip Wai Yan A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Artificial intelligence improves submucosal vessel detection during third space endoscopy JF - Endoscopy N2 - Background and study aims: While artificial intelligence (AI) shows high potential in decision support for diagnostic gastrointestinal endoscopy, its role in therapeutic endoscopy remains unclear. Third space endoscopic procedures pose the risk of intraprocedural bleeding. Therefore, we aimed to develop an AI algorithm for intraprocedural blood vessel detection. Patients and Methods: Using a test dataset with 101 standardized video clips containing 200 predefined submucosal blood vessels, 19 endoscopists were evaluated for the vessel detection rate (VDR) and time (VDT) with and without support of an AI algorithm. Test subjects were grouped according to experience in ESD. Results: With AI support, endoscopists VDR increased from 56.4% [CI 54.1–58.6] to 72.4% [CI 70.3–74.4]. Endoscopists‘ VDT dropped from 6.7sec [CI 6.2-7.1] to 5.2sec [CI 4.8-5.7]. False positive (FP) readings appeared in 4.5% of frames and were marked significantly shorter than true positives (6.0sec [CI 5.28-6.70] vs. 0.7sec [CI 0.55-0.87]). Conclusions: AI improved the vessel detection rate and time of endoscopists during third space endoscopy. While these data need to be corroborated by clinical trials, AI may prove to be an invaluable tool for the improvement of endoscopic interventions. KW - Artificial Intelligence KW - Third Space Endoscopy Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.1055/a-2534-1164 PB - Thieme CY - Stuttgart ER - TY - GEN A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Rauber, David A1 - Mendel, Robert A1 - Palm, Christoph A1 - Byrne, Michael F. A1 - Messmann, Helmut A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Detection Of Celiac Disease Using A Deep Learning Algorithm T2 - Endoscopy N2 - 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. KW - Celiac Disease KW - Deep Learning Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0041-1724970 N1 - Digital poster exhibition VL - 53 IS - S 01 PB - Georg Thieme Verlag CY - Stuttgart ER - TY - CHAP A1 - Rauber, David A1 - Mendel, Robert A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Ebigbo, Alanna A1 - Messmann, Helmut A1 - Palm, Christoph T1 - Analysis of Celiac Disease with Multimodal Deep Learning T2 - Bildverarbeitung für die Medizin 2022: Proceedings, German Workshop on Medical Image Computing, Heidelberg, June 26-28, 2022 N2 - Celiac disease is an autoimmune disorder caused by gluten that results in an inflammatory response of the small intestine.We investigated whether celiac disease can be detected using endoscopic images through a deep learning approach. The results show that additional clinical parameters can improve the classification accuracy. In this work, we distinguished between healthy tissue and Marsh III, according to the Marsh score system. We first trained a baseline network to classify endoscopic images of the small bowel into these two classes and then augmented the approach with a multimodality component that took the antibody status into account. KW - Deep Learning KW - Endoscopy Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-36932-3_25 SP - 115 EP - 120 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden ER - TY - GEN A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Weber Nunes, Danilo A1 - Rauber, David A1 - Arizi, X. A1 - Probst, Andreas A1 - Nagl, Sandra A1 - Römmele, Christoph A1 - Ebigbo, Alanna A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut T1 - Künstliche Intelligenz-basierte Erkennung von interventionellen Phasen bei der endoskopischen Submukosadissektion T2 - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Einleitung: Die endoskopische Submukosadissektion (ESD) ist ein komplexes endoskopisches Verfahren, das technische Expertise erfordert. Objektive Methoden zur Analyse von interventionellen Abläufen bei ESD könnten für Qualitätssicherung und Ausbildung, wie auch eine automatische Befunderstellung von Nutzen sein. Ziele: In dieser Studie wurde ein KI-Algorithmus für die Erkennung und Klassifizierung der interventionellen Phasen der ESD entwickelt, um die technische Basis für eine standardisierte Leistungsbewertung und automatische Befunderstellung zu schaffen. Methodik: Vollständige ESD-Videoaufnahmen von 49 Patienten wurden retrospektiv zusammengestellt. Der Datensatz umfasste 6.390.151 Einzelbilder, die alle für die folgenden interventionellen Phasen annotiert wurden: Diagnostik, Markierung, Injektion, Dissektion und Hämostase. 3.973.712 Bilder (28 Patienten) wurden für das Training eines Video-Swin-Transformers genutzt. Dabei wurde temporale Information durch standardisierte BIldextraktion in festgelegten zeitlichen Abständen zum analysierten Bild inkorporiert. 2.416.439 separate Bilder (21 Patienten) wurden für 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 für Diagnostik, Markierung, Injektion, Dissektion bzw. Blutungsmanagement gemessen. Die Sensitivitäten für dieselben Parameter betrugen 1,00, 0,80, 0,94, 0,89 und 0,67, die Spezifitäten lagen bei 1,00, 1,00, 0,98, 0,88 und 0,93. Positive prädiktive Werte wurden mit 0,98, 1,00, 0,85, 0,94 und 0,43 gemessen. Schlussfolgerung: In dieser vorläufigen Studie zeigte ein KI-Algorithmus eine hohe Leistungsfähigkeit für die Einzelbild-Erkennung von Verfahrensphasen während der ESD. Die vergleichsweise niedrige Leistung für die Blutungsphase wurde auf das seltene Auftreten von Blutungsepisoden im Trainingsdatensatz zurückgeführt, der zu diesem Zeitpunkt nur Videos in voller Länge umfasste. Die zukünftige Entwicklung des Algorithmus wird sich auf die Reduzierung von Klassenungleichgewichten durch selektive Annotationsprotokolle konzentrieren. Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0045-1811093 VL - 63 IS - 08 SP - e612 EP - e613 PB - Thieme CY - Stuttgart ER - TY - GEN A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Rauber, David A1 - Zingler, C. A1 - Weber Nunes, Danilo A1 - Probst, Andreas A1 - Römmele, Christoph A1 - Nagl, Sandra A1 - Ebigbo, Alanna A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut T1 - Instrumentenerkennung während der endoskopischen Submukosadissektion mittels künstlicher Intelligenz T2 - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Einleitung: Die endoskopische Submukosadissektion (ESD) ist eine komplexe Technik zur Resektion gastrointestinaler Frühneoplasien. Dabei werden für die verschiedenen Schritte der Intervention spezifische endoskopische Instrumente verwendet. Die präzise und automatische Erkennung und Abgrenzung der verwendeten Instrumente (Injektionsnadeln, elektrochirurgische Messer mit unterschiedlichen Konfigurationen, hämostatische Zangen) könnte wertvolle Informationen über den Fortschritt und die Verfahrensmerkmale der ESD liefern und eine automatische standardisierte Berichterstattung ermöglichen. 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×ösophageal, 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 hämostatische 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 Sensitivität von 0,81 und eine Spezifität 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 für die Klassen Hakenmesser – Katheter und – Spitze, Nadelmesser – Katheter und – Spitze, Injektionsnadel – Katheter und – Spitze, hämostatische Zange – Katheter und – Spitze gemessen. Schlussfolgerung: In dieser Studie wurden die wichtigsten endoskopischen Instrumente, die während der ESD verwendet werden, mit hoher Genauigkeit erkannt. Die geringere Leistung bei der hämostatische Zange – Katheter kann auf die Unterrepräsentation dieser Klassen in den Trainingsdaten zurückgeführt werden. Zukünftige Studien werden sich auf die Erweiterung der Instrumentenklassen sowie auf die Ausbalancierung der Trainingsdaten konzentrieren. Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0045-1811092 VL - 63 IS - 8 PB - Thieme ER - TY - GEN A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Mendel, Robert A1 - Probst, Andreas A1 - Rauber, David A1 - Rückert, Tobias A1 - Meinikheim, Michael A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Real-time detection and delineation of tissue during third-space endoscopy using artificial intelligence (AI) T2 - Endoscopy N2 - 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. KW - Speiseröhrenkrankheit KW - Künstliche Intelligenz KW - Artificial Intelligence Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0043-1765128 VL - 55 IS - S02 SP - S53 EP - S54 PB - Thieme ER - TY - JOUR A1 - Souza Jr., Luis Antonio de A1 - Passos, Leandro A. A1 - Santana, Marcos Cleison S. A1 - Mendel, Robert A1 - Rauber, David A1 - Ebigbo, Alanna A1 - Probst, Andreas A1 - Messmann, Helmut A1 - Papa, João Paulo A1 - Palm, Christoph T1 - Layer-selective deep representation to improve esophageal cancer classification JF - Medical & Biological Engineering & Computing N2 - 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.For this task, the deep learning techniques’ black-box nature must somehow be lightened up to clarify its promising results. Hence, we aim to investigate the impact of the ResNet-50 deep convolutional design for Barrett’s esophagus and adenocarcinoma classification. For such a task, and aiming at proposing a two-step learning technique, the output of each convolutional layer that composes the ResNet-50 architecture was trained and classified for further definition of layers that would provide more impact in the architecture. We showed that local information and high-dimensional features are essential to improve the classification for our task. Besides, we observed a significant improvement when the most discriminative layers expressed more impact in the training and classification of ResNet-50 for Barrett’s esophagus and adenocarcinoma classification, demonstrating that both human knowledge and computational processing may influence the correct learning of such a problem. KW - Multistep training KW - Barrett’s esophagus detection KW - Convolutional neural networks KW - Deep learning Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1007/s11517-024-03142-8 VL - 62 SP - 3355 EP - 3372 PB - Springer Nature CY - Heidelberg 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 - 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 -