引言
《胃肠病学》（Gastroenterology）是美国胃肠病学会（American Gastroenterology Association，AGA）的官方杂志，是国际消化病学领域的顶级学术期刊，提供了胃肠病学基础和临床研究的最新和权威报道。首都医科大学附属北京友谊医院是国家消化系统疾病临床医学研究中心和消化健康全国重点实验室依托单位，是AGA在中国唯一官方指定授权发布《胃肠病学》杂志翻译的单位。
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＜第26期＞
利用人工智能实现结直肠良性溃疡性疾病的快速内镜诊断
通讯作者：
罗晓蓓博士，广东省胃肠疾病重点实验室，南方医科大学南方医院消化内科
刘思德教授，广东省胃肠疾病重点实验室，南方医科大学南方医院消化内科
Hanry Yu教授，广东省胃肠疾病重点实验室，南方医科大学南方医院消化内科；新加坡国立大学机械生物学研究所；新加坡科学技术研究局（A*STAR）生物工程与生物影像研究所；新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟（SMART）CAMP项目；新加坡国立大学杨潞龄医学院数字医学研究所（WisDM）生理学系。
背景与目的
结直肠良性溃疡性疾病（UCDs），如溃疡性结肠炎（UC）、克罗恩病（CD）、缺血性结肠炎（IC）和肠结核（ITB），尽管表现相似，但其病因和治疗策略各不相同。为了准确鉴别UCDs，本研究假设情境学习对增强人工智能模型在不同的空间情境中区分病变细微差异的能力至关重要。
方法
本研究回顾性收集了确诊的UCDs患者和健康对照的白光结肠镜数据集，并开发了一种多类情境分类（MCC）模型。该模型通过将结肠镜中单个病变区域周围的组织对象背景信息与其他内镜帧（视频级别）的空间信息整合到一个统一的框架内，实现对UCDs和健康对照的区分，并通过内部和外部数据集对模型的效能进行了验证。
结果
训练数据集包括762名患者，内部和外部测试队列分别包括257名患者和293名患者。我们的MCC模型在内部测试集上提供了快速且准确的诊断，图像级别的平均受试者工作特征曲线下面积（AUROC）为0.950，视频级别的为0.973，平衡准确率（图像级别76.1%，视频级别80.8%）显著优于初级内镜医师（准确率为71.8%，P < .0001），且与专家相当（准确率为79.7%，P = 0.732）。MCC模型在外部测试数据集中的AUROC为0.988，平衡准确率为85.8%。
结论
这些研究结果表明，该模型可以无缝融入常规的内镜检查流程中，并且这一情境学习框架还可以推广应用于诊断其他密切相关的疾病。
图1. 图文摘要
研究亮点和启示
该研究开发了一种多类情境分类（MCC）模型，该模型结合了病变区域周围的组织对象背景信息和其他内镜帧提供的空间信息，可以有效地区分不同的结直肠良性溃疡性疾病（UCDs）及健康对照。为了验证模型的效能，研究使用了来自多家医院的内部和外部数据集。结果显示，MCC模型在所有测试数据集中表现优异，展现了其在不同临床场景中的适用性。
通过视频级别的情境学习，训练后的模型能够识别出所有输入图像中典型图像的关键特征，并为这些图像分配更高的注意力分数。高注意力分数的图像成为视频级别预测的决定性线索，而低注意力分数的图像通常与图像级别预测中的失败案例相符。注意力可视化算法使得MCC模型能够模仿经验丰富的内镜医师的诊断行为，从而提升诊断准确性。
此外，MCC模型在缺乏大量图像级别标注的“弱监督”场景（如胶囊内镜等）下，展现了良好的适应性。即使移除了图像级别的标注，仅通过视频级别的标注进行训练，MCC模型仍然在四类分类任务中实现了较高的宏平均AUROC值，例如UC、CD、IC和ITB的AUROC值分别为0.962、0.916、0.939和0.877。这表明MCC模型即使在缺乏大量图像级别标注的情况下，仍然适合用于各类UCDs的诊断。
研究还将MCC模型的性能与临床盲评进行了比较，在内镜静止图像集中分别进行CD、UC、IC、ITB和正常结肠镜检查的鉴别诊断。结果显示，该模型在图像级别和视频级别上的表现均优于初级内镜医师（结肠镜检查经验<1000次或从业时间<1年），且与经验丰富的内镜医师（结肠镜检查经验>5000次且从业时间>5年）相当。这提示MCC模型不仅可以提高初级内镜医师的诊断水平，降低误诊率，还具备一定程度上替代经验丰富的内镜医师进行诊断、优化医疗资源配置的潜力。
译者简介
译者
杨怿
医学博士
消化内科医师
医学博士，首都医科大学附属北京友谊医院消化内科医师。参与多项临床医学研究项目。获首都医科大学附属北京友谊医院“种子计划”人才项目、年度优秀住院医师，近5年在国际期刊发表SCI论文 4篇。研究方向：炎症性肠病、幽门螺杆菌、脑肠轴互动异常。
审核
施海韵
医学博士、副主任医师
副教授、青年博导
医学博士，首都医科大学附属北京友谊医院消化内科副主任医师，副教授，青年博导。中华医学会消化病学分会胃肠微生态学组委员，北京医学会消化病学分会肠道疾病专业副召集人，北京医学会消化病学分会青年论坛副召集人。入选北京市优秀青年人才、北京市科技新星计划等多项人才计划。主持国家自然科学基金、首都临床特色应用研究等多项科研课题。在国际、国内学术期刊发表论文30余篇，多次在DDW、APDW等国际国内学术会议做汇报交流并获青年研究者奖。主要研究方向：炎症性肠病、结直肠肿瘤与肠道微生态。
总审核
张澍田
主任医师、教授
博士生导师
首都医科大学附属北京友谊医院院长，消化健康全国重点实验室主任，国家消化系统疾病临床医学研究中心主任，国家临床医学协同研究创新联盟秘书长，中国医院协会第三、四届副会长，中华医学会消化内镜学分会第七届主任委员，中华医学会消化病学分会第九届副主任委员，北京医学会消化内镜学分会第六届主任委员，北京医学会消化病学分会第十届主任委员，中国医师协会消化医师分会第四、五届会长，亚太消化内镜学会第六、七届委员，世界华人消化医师协会第一届会长，中华消化内镜杂志主编，中华消化杂志副主编，中华医学杂志（英文版）副主编。
首都医科大学附属北京友谊医院
消化中心简介
首都医科大学附属北京友谊医院消化中心以食管、胃肠及肝胆胰腺疾病的内镜介入(微微创)诊断与治疗为特色，国内领先、国际知名。是消化健康全国重点实验室、国家消化系统疾病临床医学研究中心、国家重点临床专科、北京市消化疾病中心。由消化一、二、三科、消化内镜中心（全球20家最卓越之一）和消化实验室组成。共有医生92人、科研人员12人、科研辅助人员15人、护士94人。现有病床150张，消化内镜中心总面积5400平方米，共有46个操作台，其中ERCP6台。实验室总面积6000平方米。
西城院区：位于首都核心区（前门南、天坛西）
通州院区：位于北京城市副中心
顺义院区：位于首都机场附近的后沙峪
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