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Aims
Endoscopic retrograde cholangiopancreaticography (ERCP) is the gold standard in the diagnosis as well as treatment of diseases of the pancreatobiliary tract. However, it is technically complex and has a relatively high complication rate. In particular, cannulation of the papillary ostium remains challenging. The aim of this study is to examine whether a deep-learning algorithm can be used to detect the major duodenal papilla and in particular the papillary ostium reliably and could therefore be a valuable tool for inexperienced endoscopists, particularly in training situation.
Methods
We analyzed a total of 654 retrospectively collected images of 85 patients. Both the major duodenal papilla and the ostium were then segmented. Afterwards, a neural network was trained using a deep-learning algorithm. A 5-fold cross-validation was performed. Subsequently, we ran the algorithm on 5 prospectively collected videos of ERCPs.
Results
5-fold cross-validation on the 654 labeled data resulted in an F1 value of 0.8007, a sensitivity of 0.8409 and a specificity of 0.9757 for the class papilla, and an F1 value of 0.5724, a sensitivity of 0.5456 and a specificity of 0.9966 for the class ostium. Regardless of the class, the average F1 value (class papilla and class ostium) was 0.6866, the sensitivity 0.6933 and the specificity 0.9861. In 100% of cases the AI-detected localization of the papillary ostium in the prospectively collected videos corresponded to the localization of the cannulation performed by the endoscopist.
Conclusions
In the present study, the neural network was able to identify the major duodenal papilla with a high sensitivity and high specificity. In detecting the papillary ostium, the sensitivity was notably lower. However, when used on videos, the AI was able to identify the location of the subsequent cannulation with 100% accuracy. In the future, the neural network will be trained with more data. Thus, a suitable tool for ERCP could be established, especially in the training situation.
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.