Технологии искусственного интеллекта в эндоскопии пищеварительной системы: состояние проблемы и перспективы (обзор литературы)
https://doi.org/10.18705/3034-7270-2025-1-2-8-20
Аннотация
Представлен комплексный анализ современного состояния и перспектив применения технологий искусственного интеллекта (ИИ) в эндоскопии пищеварительной системы. Исследование охватывает основные направления внедрения ИИ в эндоскопическую практику, включая системы компьютерного зрения CADe и CADx, методы машинного обучения и алгоритмы глубокого обучения. Рассматриваются особенности эндоскопических процедур, влияющие на эффективность применения ИИ-технологий: подготовка пациента, качество визуализации в зависимости от навыков эндоскописта, мультимодальность современных эндоскопических методов. Результаты демонстрируют активное развитие ИИ-технологий в эндоскопии, особенно в области выявления патологических изменений желудочно-кишечного тракта. Ключевые направления применения ИИ включают онкопоиск, диагностику Helicobacter pylori, оценку воспалительных заболеваний и контроль качества исследований. Анализ показывает, что несмотря на значительные успехи в разработке ИИ-систем для эндоскопии, их внедрение ограничено рядом факторов, включая зависимость от оператора и сложности стандартизации. В ближайшем будущем для обучения ИИ-моделей будут внедрятся новые подходы, включая рекурентные нейронные сети и мультимодальные ИИ-системы, объединяющие визуальные данные с другой информацией о пациенте.
Об авторах
Е. В. ШляхтоРоссия
Шляхто Евгений Владимирович – д-р мед. наук, профессор, академик РАН, заслуженный деятель науки Российской Федерации, генеральный директор
Санкт-Петербург
Е. Г. Солоницын
Россия
Солоницын Евгений Геннадьевич – канд. мед. наук, доцент кафедры факультетской хирургии с клиникой, врач-эндоскопист
Санкт-Петербург
Д. Г. Баранов
Россия
Баранов Дмитрий Геннадьевич – ассистент кафедры факультетской хирургии с клиникой, врач-эндоскопист
Санкт-Петербург
Б. В. Сигуа
Россия
Сигуа Бадри Валериевич – д-р мед. наук, профессор, заведующий кафедрой общей хирургии Института медицинского образования
Санкт-Петербург
И. Н. Данилов
Россия
Данилов Иван Николаевич – канд. мед. наук, заведующий кафедрой факультетской хирургии с клиникой
Санкт-Петербург
Список литературы
1. Qin X., Ran T., Chen Y., et al. Artificial Intelligence in Endoscopic Ultrasonography-Guided Fine-Needle Aspiration/Biopsy (EUS-FNA/B) for Solid Pancreatic Lesions: Opportunities and Challenges. Diagnostics (Basel). 2023;13(19):30–54. DOI: 10.3390/diagnostics13193054.
2. Abonamah A.A., Tariq M.U., Shilbayeh S. On the Commoditization of Artificial Intelligence. Front. Psychol. 2021;12:696346.
3. Schöler J., Alavanja M., de Lange T., et al. Impact of AI-aided colonoscopy in clinical practice: a prospective randomised controlled trial. BMJ Open Gastroenterol. 2024;11(1):e001247. DOI: 10.1136/bmjgast-2023-001247.
4. Okagawa Y., Abe S., Yamada M., et a. Artificial Intelligence in Endoscopy. Digestive Diseases and Sciences. 2021. DOI: 10.1007/s10620-021-07086-z.
5. Cai S.L., Li B., Tan W.M., et al. Using a deep learning system in endoscopy for screening of early esophageal squamous cell carcinoma (with video). Gastrointest Endosc. 2019;90:745–753.e2. DOI: 10.1016/j.gie.2019.06.044.
6. Guo L., Xiao X., Wu C. et al. Real-time automated diagnosis of precancerous lesions and early esophageal squamous cell carcinoma using a deep learning model (with videos). Gastrointest Endosc. 2020;91:41–51.
7. Piazuelo M.B., Bravo L.E., Mera R.M., et al. The Colombian chemoprevention trial: 20-year follow-up of a cohort of patients with gastric precancerous lesions. Gastroenterology 2021;160:1106–1117.e3. DOI: 10.1053/j.gastro.2020.11.017.
8. de Groof A.J., Struyvenberg M.R., van der Putten J., et al. Deep-learning system detects neoplasia in patients with Barrett’s esophagus with higher accuracy than endoscopists in a multi-step training and validation study with benchmarking. Gastroenterology. 2020;158:915–929. DOI: 10.1053/j.gastro.2019.11.030.
9. Trindade A.J., McKinley M.J., Fan C., et al. Endoscopic Surveillance of Barrett's Esophagus Using Volumetric Laser Endomicroscopy with Artificial Intelligence Image Enhancement. Gastroenterology. 2019;157:303–305. DOI: 10.1053/j.gastro.2019.04.048.
10. Hu Chen, Shi-Yu Liu, Si-Hui Huang, et al. Applications of artificial intelligence in gastroscopy: a narrative review. J Int Med Res. 2024;52(1):3000605231223454. DOI: 10.1177/03000605231223454.
11. Hosokawa O., Hattori M., Douden K., et al. Difference in accuracy between gastroscopy and colonoscopy for detection of cancer. Hepatogastroenterology. 2007;54:442–444.
12. Du H., Dong Z., Wu L., et al. A deep-learning based system using multi-modal data for diagnosing gastric neoplasms in real-time (with video) Gastric Cancer. 2023;26:275–285. DOI: 10.1007/s10120-022-01358-x.
13. Wu L., Zhou W., Wan X., et al. A deep neural network improves endoscopic detection of early gastric cancer without blind spots. Endoscopy. 2019;51:522–531. DOI: 10.1055/a-0855-3532.
14. Lee J.H., Kim Y.J., Kim Y.W., et al. Spotting malignancies from gastric endoscopic images using deep learning. Surg Endosc. 2019;33:3790–3797. DOI: 10.1007/s00464-019-06677-2.
15. Nagao S., Tsuji Y., Sakaguchi Y., et al. Highly accurate artificial intelligence systems to predict the invasion depth of gastric cancer: efficacy of conventional white-light imaging, nonmagnifying narrow-band imaging, and indigocarmine dye contrast imaging. Gastrointest Endosc. 2020;92:866–873.e1. DOI: 10.1016/j.gie.2020.06.047.
16. Ito N., Kawahira H., Nakashima H., et al. Endoscopic Diagnostic Support System for cT1b Colorectal Cancer Using Deep Learning. Oncology. 2019;96(1):44–50. DOI: 10.1159/000491636.
17. Kominami Y., Yoshida S., Tanaka S., et al. Computer-aided diagnosis of colorectal polyp histology by using a real-time image recognition system and narrow-band imaging magnifying colonoscopy. Gastrointest Endosc. 2016;83(3):643–9. DOI: 10.1016/j.gie.2015.08.004.
18. Fernández-Esparrach G., Bernal J., López-Cerón M., et al. Exploring the clinical potential of an automatic colonic polyp detection method based on the creation of energy maps. Endoscopy. 2016;48(9):837–42. DOI: 10.1055/s-0042-108434.
19. Misawa M., Kudo S.E., Mori Y., et al. Development of a computer-aided detection system for colonoscopy and a publicly accessible large colonoscopy video database (with video). Gastrointest Endosc. 2021;93(4):960–967.e3. DOI: 10.1016/j.gie.2020.07.060.
20. Sánchez-Montes C., Sánchez F.J., Bernal J., et al. Computer-aided prediction of polyp histology on white light colonoscopy using surface pattern analysis. Endoscopy. 2019;51(3):261–265. DOI: 10.1055/a-0732-5250.
21. Кулаев К., Важенин А., Ростовцев Д. и др. Искусственный интеллект в диагностике новообразований толстого кишечника — разработка, внедрение технологии и первые результаты. Вопросы онкологии. 2023;69(2):292–299. DOI: 10.37469/0507-3758-2023-69-2-292-299.
22. Xu H., Tang R.S.Y., Lam T.Y.T., et al. Artificial Intelligence-Assisted Colonoscopy for Colorectal Cancer Screening: A Multicenter Randomized Controlled Trial. Clin Gastroenterol Hepatol. 2023;21(2):337–346.e3. DOI: 10.1016/j.cgh.2022.07.006.
23. Lin C.H., Hsu P.I., Tseng C.D., et al. Application of artificial intelligence in endoscopic image analysis for the diagnosis of a gastric cancer pathogen-Helicobacter pylori infection. Sci Rep. 2023;13(1):13380. DOI: 10.1038/s41598-023-40179-5.
24. Turtoi D.C., Brata V.D., Incze V., et al. Artificial Intelligence for the Automatic Diagnosis of Gastritis: A Systematic Review. J Clin Med. 2024;13(16):4818. DOI: 10.3390/jcm13164818.
25. Shi Y., Wei N., Wang K., et al. Diagnostic value of artificial intelligence-assisted endoscopy for chronic atrophic gastritis: a systematic review and meta-analysis. Front Med (Lausanne). 2023;10:1134980. DOI: 10.3389/fmed.2023.1134980.
26. Tenório J. M., Hummel A. D., Cohrs F. M., et al. Artificial intelligence techniques applied to the development of a decision-support system for diagnosing celiac disease. Int J Med Inform. 2011;80(11):793–802. DOI: 10.1016/j.ijmedinf.2011.08.001.
27. Wang X., Qian H., Ciaccio E.J., et al. Celiac disease diagnosis from videocapsule endoscopy images with residual learning and deep feature extraction. Comput Methods Programs Biomed. 2020;187:105236. DOI: 10.1016/j.cmpb.2019.105236.
28. Khorasani H.M., Usefi H., Peña-Castillo L. Detecting ulcerative colitis from colon samples using efficient feature selection and machine learning. Sci Rep. 2020;10(1):13744. DOI: 10.1038/s41598-020-70583-0.
29. Maeda Y., Kudo S.E., Mori Y., et al. Fully automated diagnostic system with artificial intelligence using endocytoscopy to identify the presence of histologic inflammation associated with ulcerative colitis (with video). Gastrointest Endosc. 2019;89(2):408–415. DOI: 10.1016/j.gie.2018.09.024.
30. Cui H., Zhao Y., Xiong S., et al. Diagnosing Solid Lesions in the Pancreas With Multimodal Artificial Intelligence: A Randomized Crossover Trial. JAMA Netw Open. 2024;7(7):e2422454. DOI: 10.1001/jamanetworkopen.2024.22454.
31. Tonozuka R., Itoi T., Nagata N., et al. Deep learning analysis for the detection of pancreatic cancer on endosonographic images: a pilot study. J Hepatobiliary Pancreat Sci. 2021;28(1):95–104. DOI: 10.1002/jhbp.825.
32. Kuwahara T., Hara K., Mizuno N., et al. Artificial intelligence using deep learning analysis of endoscopic ultrasonography images for the differential diagnosis of pancreatic masses. Endoscopy. 2023;55(2):140–149. DOI: 10.1055/a-1873-7920.
33. Marya N.B., Powers P.D., Chari S.T., et al. Utilisation of artificial intelligence for the development of an EUS-convolutional neural network model trained to enhance the diagnosis of autoimmune pancreatitis. Gut. 2021;70(7):1335–1344. DOI: 10.1136/gutjnl-2020-322821.
34. Kuwahara T., Hara K., Mizuno N., et al. Usefulness of Deep Learning Analysis for the Diagnosis of Malignancy in Intraductal Papillary Mucinous Neoplasms of the Pancreas. Clin Transl Gastroenterol. 2019;10(5):1–8. DOI: 10.14309/ctg.0000000000000045.
35. Wu H.L., Yao L.W., Shi H.Y., et al. Validation of a real-time biliopancreatic endoscopic ultrasonography analytical device in China: a prospective, single-centre, randomised, controlled trial. Lancet Digit Health. 2023;5(11):e812–e820. DOI: 10.1016/S2589-7500(23)00160-7.
36. Zhang J., Zhu L., Yao L., et al. Deep learning-based pancreas segmentation and station recognition system in EUS: development and validation of a useful training tool (with video). Gastrointest Endosc. 2020;92(4):874–885.e3. DOI: 10.1016/j.gie.2020.04.071.
37. Zhang B., Zhu F., Li P., Zhu J. Artificial intelligence-assisted endoscopic ultrasound in the diagnosis of gastrointestinal stromal tumors: a meta-analysis. Surg Endosc. 2023;37(3):1649–1657. DOI: 10.1007/s00464-022-09597-w.
38. Tanaka H., Kamata K., Ishihara R., et al. Value of artificial intelligence with novel tumor tracking technology in the diagnosis of gastric submucosal tumors by contrast-enhanced harmonic endoscopic ultrasonography. J Gastroenterol Hepatol. 2022;37(5):841–846. DOI: 10.1111/jgh.15780.
39. Zhang X., Tang D., Zhou J.D., et al. A real-time interpretable artificial intelligence model for the cholangioscopic diagnosis of malignant biliary stricture (with videos). Gastrointest Endosc. 2023;98(2):199–210.e10. DOI: 10.1016/j.gie.2023.02.026.
40. Saraiva M.M., Ribeiro T., Ferreira J.P.S., et al. Artificial intelligence for automatic diagnosis of biliary stricture malignancy status in single-operator cholangioscopy: A pilot study. Gastrointest. Endosc. 2022;95:339–348.
41. Agudo Castillo B., Mascarenhas M., Martins M., et al. Advancements in biliopancreatic endoscopy - A comprehensive review of artificial intelligence in EUS and ERCP. Rev Esp Enferm Dig. 2024;116(11):613–622. DOI: 10.17235/reed.2024.10456/2024.
42. Aoki T., Yamada A., Kato Y., et al. Automatic detection of blood content in capsule endoscopy images based on a deep convolutional neural network. J Gastroenterol Hepatol. 2020;35(7):1196–1200. DOI: 10.1111/jgh.14941.
43. Ding Z., Shi H., Zhang H., et al. Gastroenterologist-Level Identification of Small-Bowel Diseases and Normal Variants by Capsule Endoscopy Using a Deep-Learning Model. Gastroenterology. 2019;157(4):1044–1054.e5. DOI: 10.1053/j.gastro.2019.06.025.
44. Fu Y., Zhang W., Mandal M., Meng M.Q. Computer-aided bleeding detection in WCE video. IEEE J Biomed Health Inform. 2014;18(2):636–42. DOI: 10.1109/JBHI.2013.2257819.
45. Tsuboi A., Oka S., Aoyama K., et al. Artificial intelligence using a convolutional neural network for automatic detection of small-bowel angioectasia in capsule endoscopy images. Dig Endosc. 2020;32(3):382–390. DOI: 10.1111/den.13507.
46. Otani K., Nakada A., Kurose Y., et al. Automatic detection of different types of small-bowel lesions on capsule endoscopy images using a newly developed deep convolutional neural network. Endoscopy. 2020;52(9):786–791. DOI: 10.1055/a-1167-8157.
47. Rey J.F. Magnetically guided gastric capsule endoscopy: a review and new developments. Clin Endosc. 2025. DOI: 10.5946/ce.2025.062.
48. An P., Yang D., Wang J., et al. A deep learning method for delineating early gastric cancer resection margin under chromoendoscopy and white light endoscopy. Gastric Cancer. 2020;23:884–892. DOI: 10.1007/s10120-020-01071-7.
49. Thakkar S., Carleton N. M., Rao B., Syed A. Use of Artificial Intelligence-Based Analytics from Live Colonoscopies to Optimize the Quality of the Colonoscopy Examination in Real Time: Proof of Concept. Gastroenterology. 2020;158(5):1219–1221.e2. DOI: 10.1053/j.gastro.2019.12.035.
50. Leenhardt R., Souchaud M., Houist G., et al. A neural network-based algorithm for assessing the cleanliness of small bowel during capsule endoscopy. Endoscopy. 2021;53(9):932–936. DOI: 10.1055/a-1301-3841.
51. Wu L., Zhang J., Zhou W., et al. Randomised controlled trial of WISENSE, a real-time quality improving system for monitoring blind spots during esophagogastroduodenoscopy. Gut. 2019;68(12):2161–2169. DOI: 10.1136/gutjnl-2018-317366.
52. Yao L., Zhang L., Liu J., et al. Effect of an artificial intelligence-based quality improvement system on efficacy of a computer-aided detection system in colonoscopy: a fourgroup parallel study. Endoscopy. 2022;54(8):757–768. DOI: 10.1055/a-1706-6174.
53. Parasa S., Wallace M., Bagci U., et al. Proceedings from the First Global Artificial Intelligence in Gastroenterology and Endoscopy Summit. Gastrointest Endosc 2020;92:938–945.e1. DOI: 10.1016/j.gie.2020.04.044.
54. Messmann H., Bisschops R., Antonelli G., et al. Expected value of artificial intelligence in gastrointestinal endoscopy: European Society of Gastrointestinal Endoscopy (ESGE) Position Statement. Endoscopy. 2022;54(12):1211–1231. DOI: 10.1055/a-1950-5694.
55. Kröner P. T., Engels M. M., Glicksberg B. S., et al. Artificial intelligence in gastroenterology: A state-of-the-art review. World J Gastroenterol. 2021;27(40):6794–6824. DOI: 10.3748/wjg.v27.i40.6794.
56. Zhang J., Liu L., Xiang P., et al. AI co-pilot bronchoscope robot. Nat Commun. 2024;15(1):241. DOI: 10.1038/s41467-023-44385-7.
57. Takamatsu T., Endo Y., Fukushima R., et al. Robotic endoscope with double-balloon and double-bend tube for colonoscopy. Sci Rep. 2023;13(1):10494. DOI: 10.1038/s41598-023-37566-3.
58. Ahmed J. F., Coda S., Premchand P., et al. A UK single-center pilot experience using a novel robotic inchworm colonoscopy system. DEN Open. 2025;6(1):e70123. DOI: 10.1002/deo2.70123.
59. Лебедев А. А., Хрящев В. В., Кашин С. В. и др. Применение методов глубокого обучения для поддержки врачебного решения при эндоскопическом исследовании желудка. Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. 2021;2:95–106. DOI: 10.21685/2227-8486-2021-2-6.
60. Хрящев В. В. Система поддержки принятия врачебного решения с использованием модуля искусственного интеллекта для эндоскопических исследований желудка. Медицинская техника. 2023;6:44–47.
Рецензия
Для цитирования:
Шляхто Е.В., Солоницын Е.Г., Баранов Д.Г., Сигуа Б.В., Данилов И.Н. Технологии искусственного интеллекта в эндоскопии пищеварительной системы: состояние проблемы и перспективы (обзор литературы). Российский хирургический журнал. 2025;1(2):8-20. https://doi.org/10.18705/3034-7270-2025-1-2-8-20
For citation:
Shlyakhto E.V., Solonitsyn E.G., Baranov D.G., Sigua B.V., Danilov I.N. Artificial intelligence technologies in digestive system endoscopy: the state of the problem and prospects (literature review). Russian surgical journal. 2025;1(2):8-20. (In Russ.) https://doi.org/10.18705/3034-7270-2025-1-2-8-20