Validatie van het AI-ENDO-systeem bij endoscopische submucosale dissectie

Gastro-intestinale (GI) kanker, waaronder maag-, colorectale en slokdarmkanker, is wereldwijd gezamenlijk de meest voorkomende kanker en de belangrijkste oorzaak van kanker gerelateerde sterfte wereldwijd. De ziekte legt een aanzienlijke last op in Hong Kong, met meer dan 6.000 nieuwe gevallen per jaar gediagnosticeerd volgens lokale kankerstatistieken. Ondanks aanzienlijke vooruitgang in het begrijpen van de pathologie, moleculaire mechanismen en therapeutische strategieën, blijft de overlevingskans van gevorderde GI-kanker suboptimaal, met een 5-jaars overlevingspercentage onder de 60% voor de meeste maligniteiten.

De introductie van overheidsinitiatieven en internationale kankerbeleidsmaatregelen heeft vroege GI-kankerscreeningsprogramma's uitgebreid, waardoor meer patiënten in een vroeger stadium kunnen worden gediagnosticeerd. Vroege detectie maakt minder invasieve en effectievere behandelingsopties mogelijk met verbeterde prognose en verhoogde curatieve chirurgische percentages.

Volledige tumorresectie blijft de enige curatieve benadering voor gelokaliseerde GI-kanker. Endoscopische submucosale dissectie (ESD), een minimaal invasieve endoscopische techniek, is een gevestigde methode geworden voor vroege stadia van kanker beperkt tot de mucosale laag. ESD maakt en-bloc resectie van laesies mogelijk, met lagere lokale recidiefpercentages vergeleken met conventionele endoscopische mucosale resectie. Het heeft ook gunstige perioperatieve uitkomsten aangetoond, inclusief kortere operatietijd, lagere complicatiepercentages en verminderde ziekenhuisopname. In landen waar screeningsprogramma's goed zijn geïmplementeerd, zoals Japan, overschrijdt het aantal ESD-procedures nu radicale gastrectomieën, waardoor ESD de voorkeursbehandelingsmodaliteit is voor vroege maagkanker. ESD wordt ook gebruikt voor de behandeling van pre-maligne laesies in het maag-darmkanaal, waardoor progressie naar invasieve kanker wordt voorkomen.

Een ESD-procedure omvat vier hoofdfasen: (1) markering van de doelwitlaesie, (2) submucosale injectie om een beschermend kussen te creëren, (3) circumferentiële incisie, en (4) submucosale dissectie en verwijdering van de laesie. Hoewel ESD volledige resectie van laesies mogelijk maakt ongeacht grootte en een recidiefpercentage onder de 1% heeft, blijft het technisch veeleisend en brengt het risico's met zich mee zoals bloedingen en perforatie. In regio's waar ESD-adoptie lager is, kan de leercurve enkele honderden gevallen overschrijden voordat vaardigheid wordt bereikt. Toenemende internationale richtlijnen en trainingsinspanningen hebben een wereldwijde uitbreiding in het gebruik van ESD aangemoedigd naarmate de klinische voordelen breder worden erkend.

Veilige en precieze dissectie van kankercellen binnen de complexe gastro-intestinale omgeving is cruciaal. Medische veiligheidsincidenten in de chirurgische praktijk dragen aanzienlijk bij aan overmatige ziekenhuisopnames, kosten en mortaliteit. ESD is technisch uitdagend, waarbij endoscopisten een duidelijk zicht op de submucosale laag moeten behouden terwijl een stabiel endoscopisch veld wordt gehandhaafd. Anatomische complexiteiten zoals colon flexuren, dunne darmwanden, mucosale plooien en peristaltiek verhogen de moeilijkheidsgraad van colorectale ESD verder en vergroten het risico op onvolledige dissectie en perforatie. Gezien deze uitdagingen is er een duidelijke behoefte aan geavanceerde technologieën die chirurgische precisie en veiligheid verbeteren door middel van intelligente intraoperatieve begeleiding.

Om chirurgische kwaliteit en patiëntveiligheid te verbeteren, is het essentieel om systemen te ontwikkelen die leren van expert ervaring en chirurgische uitkomsten, en real-time inzichten bieden die helpen bij het voorkomen van operatieve fouten. Identificatie van het juiste dissectievlak, submucosale bloedvaten en snijlandmarken draagt bij aan veilige en volledige tumorverwijdering.

Een AI-ENDO geïntegreerd platform is ontwikkeld door de onderzoekers om endoscopisten te assisteren bij het verbeteren van de veiligheid en efficiëntie van ESD-procedures. Het systeem bevat meerdere intelligente functies:

1. Real-time herkenning van ESD chirurgische fasen en prestatiebeoordeling Het AI-ENDO platform analyseert de chirurgische workflow om de lopende procedurefase op elk moment te identificeren. Het model werd getraind op hoogwaardige expert ESD-video's verzameld van Prince of Wales Hospital en extern gevalideerd met gegevens van verschillende internationale centra. Het systeem toonde hoge nauwkeurigheid, precisie en recall, met consistente prestaties over datasets. Het geïntegreerde platform werkt met real-time computationele efficiëntie.
2. Real-time identificatie van veilige en gevaarlijke zones tijdens ESD Het systeem voert geautomatiseerde segmentatie uit van intraoperatieve gezichtsvelden, waarbij anatomische structuren worden geïdentificeerd zoals mucosa, submucosa, spierlagen en bloedvaten. Dit maakt real-time onderscheid mogelijk tussen veilige dissectiezones en gebieden met hoger risico op complicaties. Validatiestudies met endoscopische chirurgische video's toonden hoge segmentatienauwkeurigheid en lage latentie, met experimenten die haalbaarheid tijdens live dierproeven bevestigden. AI-assistentie was geassocieerd met kortere proceduretijd en verminderde bloedingen vergeleken met standaardprocedures van vergelijkbare complexiteit.
3. Intelligente dissectie trajectbegeleiding met reinforcement learning Reinforcement learning en imitation learning methoden werden geïntegreerd om optimale dissectietrajecten te voorspellen op basis van expert chirurgische demonstraties. Het systeem analyseert chirurgische context in real-time om beslissingsondersteuning en trajectvoorspelling te bieden. Testen op uitgebreide videodatasets toonde verbeterde nauwkeurigheid en generalisatie vergeleken met bestaande trajectvoorspellingsframeworks.

Door de integratie van deze functies, beoogt het AI-ENDO multifunctionele platform intraoperatieve besluitvorming te ondersteunen, nadelige gebeurtenissen te verminderen en de leercurve voor ESD-procedures te verkorten.

Het doel van deze studie is om de klinische bruikbaarheid en effectiviteit van het AI-ENDO systeem te evalueren in endoscopische submucosale dissectie voor vroege gastro-intestinale neoplasie. Technisch succes, klinisch succes en post-ESD nadelige gebeurtenissen zullen systematisch worden beoordeeld.