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本期推荐 & 解读 BY
单飞 | 南昌大学
↓ 消化病学专题丨42
背景
大肠息肉的息肉切除设备和选择监测间隔主要取决于息肉大小。我们开发了一种基于深度学习的系统（ENDOANGEL-CPS）来实时估计大肠息肉大小。
以前的文章提出了深度学习网络架构，通过预测图像的相对深度将图像分类为不同的组，然后根据图像的相对深度对息肉大小进行分类。相对深度不是长度的精确数量，而是距离的粗略估计。因此，这些方法不太准确，仍处于理论阶段。迫切需要一种能更准确估计息肉大小的理想技术。本研究旨在提供一个自动估计息肉直径的系统。该系统首先生成内镜图像的真实深度图。然后利用息肉的深度和结肠镜的镜头参数计算息肉的直径。
方法
ENDOANGEL-CPS通过使用镜片参数估计从内镜镜片到息肉的距离来计算息肉大小。基于5个制作的结肠视频的7297张图像上开发系统，并在7个结肠视频的730张图像上进行了测试。首先在9个附有息肉的模拟结肠视频中评估了该系统的性能，然后在3家医院的157个真实视频中进行了测试，并在69个视频中与9名内镜医生的结果进行了比较。还分析了因息肉大小估计不正确而导致不适当的监测建议。
这是一个实时测量结肠息肉大小的系统。该系统由深度估计模型和息肉分割模型两大主要模型组成。利用虚拟内镜视频训练深度估计模型，利用3804张息肉图像训练息肉分割模型。该系统通过9个模拟结肠的内镜视频和157个多中心内镜视频进行了验证。在69个视频中与9名内镜医生进行了比较。
主要结果是系统估计息肉大小的准确性（一致性相关系数CCC）。次要结果是：内镜医师估计息肉大小的准确性；系统和内镜医师准确性的比较；系统估计结肠不同段息肉大小的准确性；系统在不同肠道准备水平下估计息肉大小的准确性；以及准确性对息肉切除后监测间隔的影响。患者选择这项前瞻性研究在武汉大学人民医院（RHWU）、武汉市第八医院（EHW）和湖北省第三人民医院（TPHH）进行，这些医院都是内镜治疗结直肠息肉的三级转诊医院。
Endoscopy
Wang Jing et al.
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结果
连续虚拟结肠图像中深度估计的相对误差为11.3%（SD 6.0%）。在模拟结肠图像和157个息肉的多中心视频中，系统估计与实况的一致性相关系数（CCCs）分别为0.89和0.93。ENDOANGEL-CPS的平均CCC超过所有内镜医师（0.89 vs.41[SD 0.29]；P<0.001）。ENDOANGEL-CPS的相对准确率显著高于内镜医师（89.9%vs.54.7%；P<0.001）。关于不适当的监测建议，系统的错误率也低于内镜医师（1.5%vs.16.6%；P<0.001）。
（图1）显示了研究的数据汇编过程。研究期间（2022年4月18日至2022年8月19日）共有226名接受RHWU、EHW和TPHH息肉切除术的患者在研究中进行评估，其中16名患者因结肠直肠手术史（n=7）被排除在外；结肠狭窄、肿瘤、梗阻或穿孔（n=5）；炎症性肠病（n=2）；或家族性腺瘤性息肉病（n=2）。还有53名患者退出研究。其中，15人拒绝切除息肉，5人肠道准备不良；或者他们的息肉通过圈套或内镜黏膜下剥离术切除（n=24）、分步切除（n=4）或附加正常组织（n=5）。最终研究人群包括157名患者（平均年龄57.0[SD 10.7]岁；106名[67.5%]男性）。
图1. 研究纳入和排除的流程图。
ESD，内镜黏膜下切除；TPHH，湖北省第三人民医院；EHW， 武汉大学第八附属人民医院。
共纳入157例患者的157个息肉。平均息肉大小为6.4（IQR 4.0-8.0）mm，直径为1-3mm的息肉21个（13.4%），直径为4-5mm的息肉65个（41.4%），直径为6-9mm的息肉41个（26.1%），直径为10-19mm的息肉30个（19.1%）。息肉为Is/Isp/Ip的83例（52.9%），IIa/IIb的息肉74例（47.1%）。盲肠/升结肠、横结肠、降结肠和直肠息肉分别为36个（22.9%）、29个（18.5%）、72个（45.9%）和20个（12.7%），肝脾弯曲处无息肉。根据病理结果，107个息肉（68.2%）为腺瘤，50个（31.8%）为非腺瘤。
（图2）a说明了系统的概述。连续虚拟图像的深度估计结果显示在（图2）b ，在7个视频的730张连续图像中，系统的平均相对误差为11.3%（SD 6.0%），均方根误差为5.8（SD 4.0）mm，平均（log10）误差为0.05（SD 0.03）mm。
图2. ENDOANGEL-CPS的框架和虚拟图像中深度估计模型的代表性图像显示。
9个直径2~10mm的息肉在模拟结肠上。在9个视频中，有121个连续的息肉图像，这些息肉的平均值系统估计的尺寸接近金标准测量值（6.0[IQR 4.0-8.0]mm vs.4.9[IQR 2.4-7.2]mm）。所有息肉的平均绝对误差为1.1（IQR 0.6-1.5）mm 所有息肉的平均相对误差为20.8%（IQR 11.3%-30.4%）。较高的相对在系统的大多数测量中，观察到较小的息肉（≤5mm）的误差采用金标准（26.4%[IQR 20.9%-33.4%]vs 16.1%[IQR 10.0%-20.9%]；P<0.001）。系统估计与地面实况之间的CCC是 0.89（95%CI 0.60-0.98）。直观的表示如（图3）所示 a-c。
图3. ENDOANGEL-CPS和内镜医师的尺寸测量：a-c 121个模拟结肠视频图像；d-f 157个多中心视频；和g-i 69人机竞赛视频显示：a-c ENDOANGEL-CPS的性能；e，h ENDOANGEL-CPS的性能；d、f、g、i的比较 ENDOANGEL-CPS和内镜医师的性能。a、d、g散点图和线性系统和内镜医师的回归系数；b，e，h Bland–Altman系统；c，f，i系统的相对误差和内镜医师数据集。
平均而言，37个≤5mm的息肉中有13.8个（37.2%）被内镜师高估为>5mm组，20个6-9mm的息肉中有11.6个（57.8%）被误判，12个≥10mm的息肉中有5.9个（49.1%）被低估为<10mm组。三组中ENDOANGEL-CPS分别误判2个（5.4%）、4个（20.0%）和1个（8.3%）息肉。ENDOANGEL-CPS的准确率明显高于内镜医师（89.9%vs.54.7%；P<0.001）。
关于不适当的监测建议，ENDOANGEL-CPS的不准确估计可能会导致一名患者（1.5%）的监测间隔不正确，这意味着该患者3年后不会接受监测。内镜医师可能会缩短12名患者中的5.9名（49.1%）的监测间隔，延长57名患者中的5.6名（9.7%）的监测间隔，这意味着平均5.9名患者将在3年内接受不必要的结肠镜监测，而5.6名患者将在3年后得不到所需的监测。该系统的错误率明显低于内镜医师（1.5%对16.6%；P<0.001）。
结论
ENDOANGEL-CPS可能会提高结直肠息肉大小测量和基于大小的监测间隔的准确性。
讨论
这项研究中，开发了一种基于人工智能的新型系统，仅使用白光内镜图像来估计息肉大小。该系统在虚拟图像、模拟结肠视频和多中心内镜视频中表现出卓越的性能。该系统可以作为评估息肉大小、进一步评估结肠癌风险和确定内镜监测间隔的自动化和准确工具。
该系统仅使用内镜图像，操作简单，更适合常规临床使用。此外，该系统报告的息肉大小与多中心数据的体外测量值有很好的相关性（CCC值为0.93）。
研究有几个局限性。首先，该系统仅使用奥林巴斯和富士内镜进行了验证；然而，这两个品牌占据了结肠镜检查的最大市场份额。该系统在两个内镜品牌中的一致性能表明其广泛的适用性。我们现在正在准备一项多中心随机临床试验。其次，在小息肉（≤3mm）的视频亚组中注意到略高的相对误差。这是小病变的固有问题，但这些小息肉的误差对监测间隔几乎没有任何影响。第三，九名内镜医生在与系统进行比较时没有设备作为估计息肉大小的参考，但其他进行息肉切除的内镜医生使用圈套作为参考。第四，只有在内镜视图中完全显示病变的大小，系统才能估计病变的大小。
总之，该系统可能会提高结直肠息肉大小测量和基于息肉大小确定监测间隔的准确性。
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