Tekoälyn (AI) / koneoppimisen (ML) toteutettavuus ja käyttökelpoisuus – ohjattu edistynyt intraoperatiivinen visualisointi ja kriittisten anatomisten rakenteiden ja toimenpidevaiheiden tunnistaminen laparoskooppisessa kolekystektomiassa

Sappitiehyen vamma (BDI) kolekystektomian aikana on vakava kirurginen komplikaatio, johon liittyy lisääntynyt varhaisen kuoleman riski, vakavia jatkuvia sairastumisia, mukaan lukien useita toistuvia interventioita, jotka vaativat pitkäaikaista ja toistuvaa sairaalahoitoa, ja yli miljardin dollarin ylimääräiset terveydenhuollon kustannukset Yhdysvalloissa joka vuosi. Käyttöönotettu laparoskooppinen lähestymistapa on asteittain lisännyt laparoskooppisen kolekystektomian kokonaismäärää, mikä on selkeästi todistettu minimaalisen invasiivisen lähestymistavan eduiksi. Kuitenkin eduista huolimatta minimaalisesti invasiivinen lähestymistapa on joissakin raporteissa johtanut BDI:n lisääntyneeseen ja jatkuvaan esiintymiseen jopa 4-kertaiseksi.

Useimmat suuret sappitievauriot johtuvat tunnistamattomasta tai tahattomasta havaitsemisesta, joko yhteisen sappi- tai maksatiehyen virheellisestä tunnistamisesta tai tulkinnasta kystiseksi tiehyksi tai poikkeavan sappitiehyen virheellisestä tunnistamisesta. On yhä selvempää, että intraoperatiivisen kolangiografian (IOC) rutiininomaisella käytöllä on merkittävä yhteys BDI:n vähentyneeseen ja aikaisempaan intraoperatiiviseen havaitsemiseen. Äskettäisessä "modernin konsensuskonferenssissa sappitievaurioiden ehkäisystä kolekystektomian aikana" vuonna 2018 suositeltiin voimakkaasti, että kriittisen turvallisuusnäkemyksen (CVoS) dokumentointi ja IOC:n vapaa käyttö odotettavissa olevissa vaikeissa kolekystektomiassa ovat erittäin suositeltavia toimia, jotka voivat mahdollisesti lieventää. BDI:n riski laparoskooppisen kolekystektomian (LC) aikana potilailla, joilla on erityisesti epävarma anatomia tai vaikea dissektio.

Perinteisen IOC:n laparoskooppinen suorittaminen fluoroskopian ohjauksessa voi kuitenkin haastaa kirurgien taidot, on aikaa vievää ja vaatii oppimiskäyrän kuvien tulkitsemiseen. Huolimatta hyvin tunnetuista ja hyväksytyistä vaikeiden kolekystektomian riskitekijöistä ja mahdollisista BDI:stä, kehittyneen kuvantamisen käyttö IOC:ssa on kuitenkin vaihtelevaa ja erittäin käyttäjäriippuvaista. IOC:n valikoivan käytön perusteet johtuvat siitä, että BDI:n esiintyvyys ja ilmaantuvuus ovat alhaiset, joten yksittäinen lääkäri harvoin kohtaa tällaisia ​​komplikaatioita päivittäisessä ammatissaan tai kirurgin elinaikanaan, mikä oikeuttaa rutiininomaisen käytön. Tätä pahentaa entisestään se tosiasia, että säteilypohjaiset fluoroskopiset IOC:t ovat hankalia tehokkaan työnkulun, hyödyllisyyden ja kustannusten kannalta (varjoainereagenssien valmistuksen ja injektion tarve, mahdolliset haitalliset allergiset reaktiot, säteilyaltistuksen riski, koulutustarve, suurten pääomalaitteiden tarve, tila ja kustannukset) ja vaihtelevuus pätevässä analyysissä.

Viimeaikaiset satunnaistetut kontrolloidut kokeet, joissa käytettiin lähi-infrapunafluoresoivaa kolangiografiaa (NIFC) ja indosyaniinivihreää (ICG), osoittivat maksan ulkopuolisten sappirakenteiden huomattavasti paremman visualisoinnin laparoskooppisen kolekystektomian aikana pelkkään valkoiseen valoon (WLI). Leikkausta edeltävä kirurgin havaitsemisprosentti paljaalla silmällä oli merkittävästi korkeampi (> 1,8 - 3,1-kertainen) käytettäessä NIFC:tä kaikissa seitsemässä sappirakenteessa kuin perinteinen WLI yksinään. Vaikka samanlaisia ​​ryhmien välisiä eroja havaittiin kaikissa rakenteissa, NIFC:n lisääminen ei parantanut kystisen tiehyen ja kystisen tiehyen/sappirakon liitoskohdan havaitsemista dissektion jälkeen. Lisäksi lisääntynyt painoindeksi liittyi useimpien rakenteiden vähentyneeseen havaitsemiseen molemmissa ryhmissä, erityisesti ennen dissektiota. Mielenkiintoista on, että vain 2 potilasta, molemmat WLI-ryhmässä, sai sappitievaurion.

ActivSightTM on FDA:n hyväksymä laite, joka yhdistää ICG-fluoresenssin ekstrahepaattiseen sappien visualisointiin ja laserpilkkukontrastikuvaukseen (LSCI) perfuusion havaitsemiseen laparoskooppisessa muototekijässä. ActivSightTM mahdollistaa laajennetun visualisoinnin mihin tahansa nykyiseen WLI-laparoskooppiseen visualisointijärjestelmään, joka näyttää sekä ekstrahepaattisen sapen ICG:n että mikroperfuusion kystisen tiehyen ja valtimon yli. Ei-merkittävän riskin laitteena ActivSightTM-laitetta on käytetty yli 150 potilaalla laparoskooppisiin kolekystektomioita ja bariatrisia, ruokatorven ja kolorektaalisia toimenpiteitä varten, ja sen turvallisuus ja käyttökelpoisuus on todistettu. Lisäksi ActivSightTM mahdollistaa raa'an infrapunavisualisointidatan edistyneeseen analysointiin ja AI/ML-mallien kehittämiseen.

Kirurgit/tieteilijät ovat nyt segmentoineet ja analysoineet LC:n eri proseduurivaiheita ja kehittäneet johtopäätösmalleja ja algoritmeja tekoälyn (AI)/koneoppimisen (ML) avulla, jotka perustuvat standardiin WLI-menettelyvideoihin. Vaikka AI/ML-mallit, jotka tunnistavat LC-toimenpiteiden eri vaiheet voivat olla jopa 80–95 % tarkkoja rajoitetussa koulutetussa datajoukossa, kun rakenteet on erotettu selkeästi, merkityksellisempi ja avainarvo olisi kriittisten rakenteiden, kuten sappitiehyiden ja valtimoiden, tunnistamisessa ennen kirurgisen dissektion aikana, ei sen jälkeen. Näiden kriittisten rakenteiden varhainen havaitseminen ja tunnistaminen ennen kolmion dissektiota ja sen aikana tietokonenäön harjoitteluun perustuvan AI/ML:n perusteella voi auttaa kirurgeja suorittamaan tehokkaampaa ja turvallisempaa LC:tä.

ActivSightTM on FDA 510(k) -puhdistettu optinen kuvantamisjärjestelmä, joka perustuu monokromaattiseen koherenttivaloon, joka tunnetaan nimellä Laser-speckle-contrast imaging (LSCI) ja edustaa tarratonta kuvantamismenetelmää, jossa käytetään koherenttia monokromaattista valoa, jossa veren virtaus ja kudosperfuusio voidaan havaita. . Pieni kuvantamismoduuli, joka sopii kaikkien olemassa olevien laparoskooppi- ja kamerajärjestelmien väliin, ja erillinen valonlähde, joka on sijoitettu minkä tahansa nykyisen kaupallisen järjestelmän yhteyteen, toimittaa objektiivisia reaaliaikaisia ​​kudosperfuusio- ja verenvirtaustietoja leikkauksen aikana. Lisäksi ActivSightTM voi myös tehokkaasti näyttää napin painalluksella sappipuun ICG-pohjaisen visualisoinnin reaaliajassa nykyisten kaupallisten tuotteiden kanssa vastaavalla tai paremmalla tasolla. ActivSightin innovatiivinen muotokerroin mahdollistaa minkä tahansa laparoskooppisen järjestelmän ICG-pohjaiseen visualisointiin murto-osalla nykyisen kilpailijan kustannuksista ilman, että työnkulku häiriintyy mahdollisimman vähän.

ActivInsightTM on ActivSightTM-ohjelmiston prototyyppiominaisuus, joka tunnistaa prosessivaiheet ja kriittiset anatomiset rakenteet, nimittäin sappirakon, kystisen tiehyen ja kystisen valtimon LC:n aikana AI/ML-pohjaisia ​​algoritmeja käyttäen. ActivInsightTM:n tärkein ero muihin kirjallisuudessa raportoituihin malleihin on se, että ActivInsightTM on koulutettu tietojoukkoon, joka on merkitty ICG:llä ja LSCI:llä WLI:n lisäksi.

Tässä kokeessa tutkijat ehdottavat, että ensin validoidaan ja sitten testataan ActivInsightTM:n tarkkuus ja tarkkuus kriittisten vaiheiden ja rakenteiden havaitsemisessa ja verrataan algoritmien suorituskykyä malleihin, jotka perustuvat vain WLI:tä ja perinteistä kirurgin paljain silmin havaitsemiseen LC:n aikana. pre- ja puolivälissä dissektiovaiheet. Vian poistamiseksi tutkijat yhdistävät toissijaisen näytön, joka on sokotettu pääleikkauskirurgien näyttöihin, jotta AI/ML:n reaaliaikainen toiminta ei ole leikkauskirurgien näkyvissä, suorittaakseen reaaliaikaisen analyysin ja edistyneiden laitteiden rutiinikäytön vertailun laajennettu visualisointi verrattuna nykyiseen WLI-visualisointiin yksinään tietokonenäköpohjaisen AI/ML:n kanssa tai ilman.