Aplicação de inteligência artificial na análise de imagens endoscópicas para o diagnóstico de um patógeno de câncer gástrico

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13380 (2023) Citar este artigo

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A infecção por Helicobacter pylori (H. pylori) é a principal causa de gastrite crônica, úlceras gástricas, úlceras duodenais e câncer gástrico. Na prática clínica, o diagnóstico da infecção por H. pylori pela impressão de imagens endoscópicas por um gastroenterologista é impreciso e não pode ser usado para o tratamento de doenças gastrointestinais. O objetivo deste estudo foi desenvolver um sistema de classificação de inteligência artificial para o diagnóstico da infecção por H. pylori por meio de pré-processamento de imagens endoscópicas e métodos de aprendizado de máquina. Imagens endoscópicas do corpo gástrico e antro de 302 pacientes que receberam endoscopia com confirmação do status de H. pylori por um teste rápido de urease no Hospital An Nan foram obtidas para a derivação e validação de um sistema de classificação de inteligência artificial. O status de H. pylori foi interpretado como positivo ou negativo pela rede Convolutional Neural Network (CNN) e pela rede Concurrent Spatial and Channel Squeeze and Excitation (scSE), combinada com diferentes modelos de classificação para aprendizado profundo de imagens gástricas. A avaliação abrangente do status de H. pylori pelos modelos de classificação scSE-CatBoost para imagens do corpo e do antro dos mesmos pacientes alcançou uma precisão de 0,90, sensibilidade de 1,00, especificidade de 0,81, valor preditivo positivo de 0,82, valor previsto negativo de 1,00 e área sob a curva de 0,88. Os dados sugerem que um modelo de classificação de inteligência artificial usando aprendizado profundo scSE-CatBoost para imagens endoscópicas gástricas pode distinguir o status de H. pylori com bom desempenho e é útil para o levantamento ou diagnóstico de infecção por H. pylori na prática clínica.

Helicobacter pylori (H. pylori) infecta o revestimento epitelial do estômago e é a principal causa de gastrite crônica, úlcera péptica e câncer gástrico1. A erradicação do H. pylori tornou-se a terapia padrão para curar a úlcera péptica1. Em regiões com alta incidência de adenocarcinoma gástrico, defende-se a erradicação do H. pylori para prevenir o desenvolvimento do câncer gástrico2.

Vários métodos de diagnóstico utilizando técnicas invasivas ou não invasivas com vários níveis de sensibilidade e especificidade foram desenvolvidos para detectar a infecção por H. pylori. Métodos invasivos, incluindo teste rápido de urease, histologia e cultura, requerem endoscopia com biópsias de tecidos gástricos3. O teste rápido de urease é baseado na produção da enzima urease pela bactéria H. pylori. A sensibilidade do teste é significativamente menor em pacientes com metaplasia intestinal e também nos casos com sangramento de úlcera péptica4,5,6. Além disso, o tratamento com inibidores da bomba de prótons, antibióticos e compostos de bismuto também pode levar a resultados falso-negativos porque esses agentes podem impedir a produção de urease pelo H. pylori3. Além disso, vários organismos como Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus, Proteus mirabilis, Enterobacter cloacae e Citrobacter freundii na cavidade oral ou estômago também apresentam atividade de urease e podem dar resultados falso-positivos6. A histologia é mais cara que o teste rápido da urease. Muitos fatores afetam a acurácia diagnóstica do exame histológico, como o número e a localização dos materiais de biópsia coletados, a experiência dos patologistas, as técnicas de coloração, o uso de IBP ou antibióticos e a presença de outras espécies bacterianas4, mas com semelhança estrutural com Helicobacter7 .

Vários estudos demonstraram que o julgamento da infecção por H. pylori pela endoscopia convencional com luz branca poderia ser baseado na presença de vermelhidão difusa, hipertrofia rugal ou muco espesso e esbranquiçado8. Entretanto, o diagnóstico pela impressão de um gastroenterologista por meio de imagens endoscópicas é impreciso e não pode ser utilizado para o manejo de doenças gastrointestinais na prática clínica8.