A comprehensive analysis of classification methods in gastrointestinal endoscopy imaging
Creators
-
Debesh Jha1, 2
-
Sharib Ali3, 4
-
Steven A. Hicks2, 5
-
Vajira Thambawita2, 5
-
Hanna Borgli2, 6
- Pia H. Smedsrud6, 2
-
Thomas de Lange7, 8, 2
-
Konstantin Pogorelov9
- Xiaowei Wang
- Philipp Harzig10
-
Minh–Triet Tran11, 12
- Wenhua Meng13
- Trung-Hiếu Hoàng11, 12
- Danielle Dias14
- Tobey H. Ko15
- Taruna Agrawal16
- Olga Ostroukhova
- Zeshan Khan17
-
Muhammad Atif Tahir17
- Yang Liu18
- Yuan Chang
- Mathias Kirkerød
-
Dag Johansen
-
Mathias Lux
-
Dag Johansen
- Michael Riegler
-
Pål Halvorsen
- 1. UiT The Arctic University of Norway
- 2. Simula Metropolitan Center for Digital Engineering
- 3. Oxford BioMedica (United Kingdom)
- 4. University of Oxford
- 5. OsloMet – Oslo Metropolitan University
- 6. University of Oslo
- 7. Vestre Viken Hospital Trust
- 8. Sahlgrenska University Hospital
- 9. Simula Research Laboratory
- 10. University of Augsburg
- 11. Ho Chi Minh City University of Science
- 12. Vietnam National University Ho Chi Minh City
- 13. Zhengzhou University
- 14. Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
- 15. University of Hong Kong
- 16. University of Southern California
- 17. National University of Computer and Emerging Sciences
- 18. Hong Kong Baptist University
Description
Gastrointestinal (GI) endoscopy has been an active field of research motivated by the large number of highly lethal GI cancers. Early GI cancer precursors are often missed during the endoscopic surveillance. The high missed rate of such abnormalities during endoscopy is thus a critical bottleneck. Lack of attentiveness due to tiring procedures, and requirement of training are few contributing factors. An automatic GI disease classification system can help reduce such risks by flagging suspicious frames and lesions. GI endoscopy consists of several multi-organ surveillance, therefore, there is need to develop methods that can generalize to various endoscopic findings. In this realm, we present a comprehensive analysis of the Medico GI challenges: Medical Multimedia Task at MediaEval 2017, Medico Multimedia Task at MediaEval 2018, and BioMedia ACM MM Grand Challenge 2019. These challenges are initiative to set-up a benchmark for different computer vision methods applied to the multi-class endoscopic images and promote to build new approaches that could reliably be used in clinics. We report the performance of 21 participating teams over a period of three consecutive years and provide a detailed analysis of the methods used by the participants, highlighting the challenges and shortcomings of the current approaches and dissect their credibility for the use in clinical settings. Our analysis revealed that the participants achieved an improvement on maximum Mathew correlation coefficient (MCC) from 82.68% in 2017 to 93.98% in 2018 and 95.20% in 2019 challenges, and a significant increase in computational speed over consecutive years.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
كان التنظير الهضمي (GI) مجالًا نشطًا للبحث مدفوعًا بالعدد الكبير من سرطانات الجهاز الهضمي المميتة للغاية. غالبًا ما يتم تفويت سلائف سرطان الجهاز الهضمي المبكرة أثناء المراقبة بالمنظار. وبالتالي فإن المعدل المرتفع المفقود لمثل هذه التشوهات أثناء التنظير هو عنق الزجاجة الحرج. قلة الانتباه بسبب الإجراءات المتعبة، ومتطلبات التدريب هي عدد قليل من العوامل المساهمة. يمكن أن يساعد نظام تصنيف أمراض الجهاز الهضمي التلقائي في تقليل هذه المخاطر من خلال وضع علامة على الإطارات والآفات المشبوهة. يتكون تنظير الجهاز الهضمي من العديد من المراقبة متعددة الأعضاء، وبالتالي، هناك حاجة لتطوير طرق يمكن تعميمها على نتائج التنظير المختلفة. في هذا المجال، نقدم تحليلاً شاملاً لتحديات الجهاز الهضمي الطبي: مهمة الوسائط المتعددة الطبية في MediaEval 2017، ومهمة الوسائط المتعددة الطبية في MediaEval 2018، و BioMedia ACM MM Grand Challenge 2019. هذه التحديات هي مبادرة لوضع معيار لطرق رؤية الكمبيوتر المختلفة المطبقة على الصور التنظيرية متعددة الطبقات والترويج لبناء مناهج جديدة يمكن استخدامها بشكل موثوق في العيادات. نبلغ عن أداء 21 فريقًا مشاركًا على مدى ثلاث سنوات متتالية ونقدم تحليلًا تفصيليًا للطرق التي يستخدمها المشاركون، مع تسليط الضوء على التحديات وأوجه القصور في الأساليب الحالية وتشريح مصداقيتها للاستخدام في البيئات السريرية. كشف تحليلنا أن المشاركين حققوا تحسنًا في الحد الأقصى لمعامل ارتباط ماثيو (MCC) من 82.68 ٪ في عام 2017 إلى 93.98 ٪ في عام 2018 و 95.20 ٪ في عام 2019، وزيادة كبيرة في السرعة الحسابية على مدى سنوات متتالية.Translated Description (French)
L'endoscopie gastro-intestinale (GI) a été un domaine de recherche actif motivé par le grand nombre de cancers gastro-intestinaux hautement mortels. Les précurseurs précoces du cancer gastro-intestinal sont souvent manqués lors de la surveillance endoscopique. Le taux élevé d'oubli de telles anomalies lors de l'endoscopie est donc un goulot d'étranglement critique. Le manque d'attention dû à des procédures fatigantes et l'exigence de formation sont peu de facteurs contributifs. Un système automatique de classification des maladies gastro-intestinales peut aider à réduire ces risques en signalant les cadres et les lésions suspects. L'endoscopie gastro-intestinale consiste en une surveillance de plusieurs organes. Par conséquent, il est nécessaire de développer des méthodes pouvant être généralisées à divers résultats endoscopiques. Dans ce domaine, nous présentons une analyse complète des défis Medico GI : Medical Multimedia Task à MediaEval 2017, Medico Multimedia Task à MediaEval 2018 et BioMedia ACM MM Grand Challenge 2019. Ces défis sont l'initiative de mettre en place une référence pour différentes méthodes de vision par ordinateur appliquées aux images endoscopiques multi-classes et de promouvoir la construction de nouvelles approches qui pourraient être utilisées de manière fiable dans les cliniques. Nous rapportons les performances de 21 équipes participantes sur une période de trois années consécutives et fournissons une analyse détaillée des méthodes utilisées par les participants, en soulignant les défis et les lacunes des approches actuelles et en décortiquant leur crédibilité pour l'utilisation en milieu clinique. Notre analyse a révélé que les participants ont obtenu une amélioration du coefficient de corrélation maximum de Mathew (MCC) de 82,68 % en 2017 à 93,98 % en 2018 et 95,20 % en 2019, et une augmentation significative de la vitesse de calcul au cours des années consécutives.Translated Description (Spanish)
La endoscopia gastrointestinal (GI) ha sido un campo activo de investigación motivado por la gran cantidad de cánceres GI altamente letales. Los precursores tempranos del cáncer gastrointestinal a menudo se pasan por alto durante la vigilancia endoscópica. La alta tasa de pérdida de tales anomalías durante la endoscopia es, por lo tanto, un cuello de botella crítico. La falta de atención debido a los procedimientos agotadores y la necesidad de capacitación son algunos de los factores que contribuyen. Un sistema automático de clasificación de enfermedades gastrointestinales puede ayudar a reducir dichos riesgos al marcar marcos y lesiones sospechosas. La endoscopia gastrointestinal consiste en varios tipos de vigilancia multiorgánica, por lo tanto, es necesario desarrollar métodos que puedan generalizarse a varios hallazgos endoscópicos. En este ámbito, presentamos un análisis exhaustivo de los desafíos de Medico GI: Medical Multimedia Task en MediaEval 2017, Medico Multimedia Task en MediaEval 2018 y BioMedia ACM MM Grand Challenge 2019. Estos desafíos son una iniciativa para establecer un punto de referencia para diferentes métodos de visión artificial aplicados a las imágenes endoscópicas de múltiples clases y promover la creación de nuevos enfoques que puedan usarse de manera confiable en las clínicas. Informamos sobre el desempeño de 21 equipos participantes durante un período de tres años consecutivos y proporcionamos un análisis detallado de los métodos utilizados por los participantes, destacando los desafíos y deficiencias de los enfoques actuales y diseccionando su credibilidad para el uso en entornos clínicos. Nuestro análisis reveló que los participantes lograron una mejora en el coeficiente máximo de correlación de Mathew (MCC) de 82.68% en 2017 a 93.98% en 2018 y 95.20% en 2019 desafíos, y un aumento significativo en la velocidad computacional durante años consecutivos.Files
sm326m2474.pdf
Files
(3.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:5ddb56bf98643336f6622b4b12f5942f
|
3.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحليل شامل لطرق التصنيف في تصوير الجهاز الهضمي بالمنظار
- Translated title (French)
- Une analyse complète des méthodes de classification en imagerie endoscopique gastro-intestinale
- Translated title (Spanish)
- Un análisis exhaustivo de los métodos de clasificación en imágenes de endoscopia gastrointestinal
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3131934736
- DOI
- 10.1016/j.media.2021.102007
References
- https://openalex.org/W1910522274
- https://openalex.org/W1986908450
- https://openalex.org/W2018247165
- https://openalex.org/W2109553965
- https://openalex.org/W2133990480
- https://openalex.org/W2586952804
- https://openalex.org/W2620350742
- https://openalex.org/W2803469628
- https://openalex.org/W2870259937
- https://openalex.org/W2889646458
- https://openalex.org/W2894010682
- https://openalex.org/W2948532166
- https://openalex.org/W2979904523
- https://openalex.org/W2991454132
- https://openalex.org/W3000028066
- https://openalex.org/W3002710535
- https://openalex.org/W3004179238
- https://openalex.org/W3021559413
- https://openalex.org/W3025016096
- https://openalex.org/W3027658921
- https://openalex.org/W3028272487
- https://openalex.org/W3048579307
- https://openalex.org/W3082604781
- https://openalex.org/W3120333390
- https://openalex.org/W3133432362
- https://openalex.org/W3164631742
- https://openalex.org/W4234552385
- https://openalex.org/W4238374681
- https://openalex.org/W4240610676
- https://openalex.org/W4247329357