Applicazione dell'intelligenza artificiale nell'analisi di immagini endoscopiche per la diagnosi di un patogeno del cancro gastrico

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13380 (2023) Citare questo articolo

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L'infezione da Helicobacter pylori (H. pylori) è la causa principale di gastrite cronica, ulcere gastriche, ulcere duodenali e cancro gastrico. Nella pratica clinica, la diagnosi di infezione da H. pylori mediante l'impressione di immagini endoscopiche da parte del gastroenterologista è imprecisa e non può essere utilizzata per la gestione delle malattie gastrointestinali. Lo scopo di questo studio era quello di sviluppare un sistema di classificazione dell'intelligenza artificiale per la diagnosi dell'infezione da H. pylori mediante pre-elaborazione di immagini endoscopiche e metodi di apprendimento automatico. Sono state ottenute immagini endoscopiche del corpo gastrico e dell'antro di 302 pazienti sottoposti a endoscopia con conferma dello stato di H. pylori mediante un test rapido dell'ureasi presso l'An Nan Hospital per la derivazione e la validazione di un sistema di classificazione dell'intelligenza artificiale. Lo stato di H. pylori è stato interpretato come positivo o negativo dalla rete Convolutional Neural Network (CNN) e dalla rete Concurrent Spatial and Channel Squeeze and Excitation (scSE), combinati con diversi modelli di classificazione per l'apprendimento profondo delle immagini gastriche. La valutazione completa dello stato di H. pylori mediante i modelli di classificazione scSE-CatBoost per le immagini del corpo e dell'antro degli stessi pazienti ha raggiunto un'accuratezza di 0,90, una sensibilità di 1,00, una specificità di 0,81, un valore predittivo positivo di 0,82, un valore previsto negativo di 1,00 e area sotto la curva di 0,88. I dati suggeriscono che un modello di classificazione dell’intelligenza artificiale che utilizza l’apprendimento profondo scSE-CatBoost per le immagini endoscopiche gastriche può distinguere lo stato di H. pylori con buone prestazioni ed è utile per l’indagine o la diagnosi dell’infezione da H. pylori nella pratica clinica.

L'Helicobacter pylori (H. pylori) infetta il rivestimento epiteliale dello stomaco ed è la principale causa di gastrite cronica, ulcera peptica e cancro gastrico1. L'eradicazione dell'H. pylori è diventata la terapia standard per la cura dell'ulcera peptica1. Nelle regioni con un'elevata incidenza di adenocarcinoma gastrico, si consiglia l'eradicazione dell'H. pylori per prevenire lo sviluppo del cancro gastrico2.

Per rilevare l'infezione da H. pylori sono stati sviluppati diversi metodi diagnostici che utilizzano tecniche invasive o non invasive con diversi livelli di sensibilità e specificità. I metodi invasivi, tra cui il test rapido dell'ureasi, l'istologia e la coltura, richiedono l'endoscopia con biopsie dei tessuti gastrici3. Il test rapido dell'ureasi si basa sulla produzione dell'enzima ureasi da parte dei batteri H. pylori. La sensibilità del test è significativamente inferiore nei pazienti con metaplasia intestinale e anche nei casi con sanguinamento da ulcera peptica4,5,6. Inoltre, anche il trattamento con inibitori della pompa protonica, antibiotici e composti di bismuto può portare a risultati falsi negativi poiché questi agenti possono impedire la produzione di ureasi da parte di H. pylori3. Inoltre, diversi organismi come Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus, Proteus mirabilis, Enterobacter cloacae e Citrobacter freundii nella cavità orale o nello stomaco presentano anche attività ureasica e possono dare risultati falsi positivi6. L'istologia è più costosa del test rapido dell'ureasi. Molti fattori influenzano l’accuratezza diagnostica dell’esame istologico, come il numero e la posizione dei materiali bioptici raccolti, le esperienze dei patologi, le tecniche di colorazione, gli IPP o l’uso di antibiotici e la presenza di altre specie batteriche4, ma con somiglianza strutturale con Helicobacter7 .

Diversi studi hanno dimostrato che il giudizio di infezione da H. pylori mediante endoscopia convenzionale a luce bianca potrebbe essere basato sulla presenza di arrossamento diffuso, ipertrofia rugale o muco denso e biancastro8. Tuttavia, la diagnosi effettuata da un gastroenterologo mediante immagini endoscopiche è imprecisa e non può essere utilizzata per la gestione delle malattie gastrointestinali nella pratica clinica8.