Wykonalność i użyteczność sztucznej inteligencji (AI) / uczenia maszynowego (ML) — napędzana zaawansowana wizualizacja śródoperacyjna i identyfikacja krytycznych struktur anatomicznych i faz proceduralnych w cholecystektomii laparoskopowej

Uszkodzenie dróg żółciowych (BDI) podczas cholecystektomii jest poważnym powikłaniem chirurgicznym ze zwiększonym ryzykiem przedwczesnej śmierci, poważnymi trwającymi chorobami, w tym wielokrotnymi reinterwencjami wymagającymi przedłużonego i powtarzanego pobytu w szpitalu oraz ponad miliardem dolarów dodatkowych kosztów opieki zdrowotnej w USA każdego roku. Wprowadzenie podejścia laparoskopowego stopniowo zwiększyło ogólną objętość cholecystektomii laparoskopowej, co wyraźnie udowodniło korzyści wynikające z podejścia minimalnie inwazyjnego. Jednak pomimo korzyści, minimalnie inwazyjne podejście doprowadziło w niektórych doniesieniach do zwiększonej i trwałej częstości występowania BDI nawet 4-krotnie.

Większość poważnych urazów dróg żółciowych wynika z nierozpoznanej lub niezamierzonej percepcji, błędnej identyfikacji lub błędnej interpretacji przewodu żółciowego wspólnego lub przewodu wątrobowego jako przewodu pęcherzykowego lub błędnej identyfikacji nieprawidłowego przewodu żółciowego. Coraz wyraźniej widać, że rutynowe stosowanie cholangiografii śródoperacyjnej (IOC) ma istotny związek ze zmniejszoną i wcześniejszą śródoperacyjną wykrywalnością BDI. Niedawna „konferencja konsensusu na temat najnowocześniejszego stanu wiedzy na temat zapobiegania urazom dróg żółciowych podczas cholecystektomii” w 2018 roku zdecydowanie zalecała, aby udokumentowanie krytycznego spojrzenia na bezpieczeństwo (CVoS) i liberalne stosowanie IOC w przewidywanej trudnej cholecystektomii były wysoce zalecanymi krokami, które mogą potencjalnie złagodzić ryzyko BDI podczas cholecystektomii laparoskopowej (LC) u pacjentów, zwłaszcza z niepewną anatomią lub trudnym rozwarstwieniem.

Wykonywanie tradycyjnego IOC laparoskopowo pod kontrolą fluoroskopii może jednak stanowić wyzwanie dla umiejętności chirurgów, jest czasochłonne i wymaga nauki interpretacji obrazów. Pomimo dobrze znanych i zaakceptowanych czynników ryzyka trudnych cholecystektomii i potencjalnego BDI, zastosowanie zaawansowanego obrazowania w IOC pozostaje jednak zmienne i w dużym stopniu zależne od użytkownika. Uzasadnienie selektywnego stosowania IOC można przypisać faktowi, że rozpowszechnienie i częstość występowania BDI są niskie, tak że pojedynczy lekarz rzadko napotykałby takie powikłania w swojej codziennej praktyce lub życiu chirurga, aby uzasadnić rutynowe stosowanie. Jest to dodatkowo spotęgowane przez fakt, że oparte na promieniowaniu fluoroskopowe IOC są uciążliwe dla wydajnego przepływu pracy, użyteczności i kosztów (potrzeba przygotowania i wstrzyknięcia odczynnika kontrastowego, potencjalne niepożądane reakcje alergiczne, ryzyko narażenia na promieniowanie, wymagania szkoleniowe, potrzeba dużego sprzętu kapitałowego, przestrzeń i koszt) oraz zmienność w sprawnej analizie.

Niedawne randomizowane badania kontrolowane z wykorzystaniem cholangiografii fluorescencyjnej w bliskiej podczerwieni (NIFC) z użyciem zieleni indocyjaninowej (ICG) wykazały znacznie lepszą wizualizację pozawątrobowych struktur dróg żółciowych podczas cholecystektomii laparoskopowej w porównaniu z samym światłem białym (WLI). Wskaźniki wykrywalności gołym okiem chirurga przed sekcją były znacznie wyższe (> 1,8 - 3,1 razy) przy użyciu NIFC dla wszystkich 7 struktur dróg żółciowych niż przy samej tradycyjnej WLI. Jednakże, chociaż podobne różnice między grupami zaobserwowano dla wszystkich struktur, dodanie NIFC nie poprawiło dodatkowej detekcji przewodu torbielowatego i połączenia przewodu torbielowatego z pęcherzykiem żółciowym po wykonaniu sekcji. Ponadto zwiększony wskaźnik masy ciała wiązał się ze zmniejszoną wykrywalnością większości struktur w obu grupach, zwłaszcza przed sekcją. Co ciekawe, tylko 2 pacjentów z grupy WLI doznało uszkodzenia dróg żółciowych.

ActivSightTM to zatwierdzone przez FDA urządzenie, które łączy w sobie fluorescencję ICG do pozawątrobowej wizualizacji dróg żółciowych i obrazowanie z kontrastem plamek laserowych (LSCI) do wykrywania perfuzji w formie laparoskopowej. ActivSightTM umożliwia rozszerzoną wizualizację dowolnego obecnego systemu wizualizacji laparoskopowej WLI, wyświetlającego zarówno pozawątrobowe ICG dróg żółciowych, jak i mikroperfuzję w przewodzie pęcherzykowym i tętnicy. Jako urządzenie o nieznaczącym ryzyku, ActivSightTM był używany u ponad 150 pacjentów podczas cholecystektomii laparoskopowej oraz zabiegów bariatrycznych, przełyku i jelita grubego, z udowodnionym bezpieczeństwem i użytecznością. Co więcej, ActivSightTM umożliwia surowe dane wizualizacji w podczerwieni do zaawansowanej analizy i opracowywania modeli AI/ML.

Chirurdzy/naukowcy podzielili teraz i przeanalizowali różne fazy proceduralne LC oraz opracowali modele i algorytmy wnioskowania z wykorzystaniem sztucznej inteligencji (AI)/uczenia maszynowego (ML) w oparciu o standardowe filmy proceduralne WLI. Chociaż modele AI/ML rozpoznające różne fazy procedur LC mogą być tak dokładne, jak 80-95% na ograniczonym przeszkolonym zbiorze danych po wyraźnym wypreparowaniu struktur, bardziej istotna i kluczowa byłaby identyfikacja struktur krytycznych, takich jak drogi żółciowe i tętnice przed i w trakcie, a nie po wykonaniu sekcji chirurgicznej. Wczesne wykrywanie i identyfikacja tych krytycznych struktur przed i podczas preparowania trójkąta w oparciu o sztuczną inteligencję/uczenie maszynowe przeszkolone w zakresie widzenia komputerowego może pomóc chirurgom w wykonywaniu skuteczniejszej i bezpieczniejszej LC.

ActivSightTM to system obrazowania optycznego dopuszczony przez FDA 510(k), oparty na monochromatycznym, koherentnym świetle znanym jako obrazowanie laserowo-speckle-kontrastowe (LSCI), który reprezentuje metodę obrazowania bez etykiet, wykorzystującą spójne światło monochromatyczne, w której można wykryć przepływ krwi i perfuzję tkanek . Niewielki moduł obrazowania, który pasuje do dowolnego istniejącego systemu laparoskopowego i kamery, oraz oddzielne źródło światła umieszczone w dowolnym obecnym komercyjnym systemie, zapewnią śródoperacyjne obiektywne informacje o perfuzji tkanek i przepływie krwi w czasie rzeczywistym. Ponadto ActivSightTM może również skutecznie wyświetlać za naciśnięciem przycisku wizualizację dróg żółciowych opartą na ICG w czasie rzeczywistym na poziomie równym lub lepszym niż obecne produkty komercyjne. Innowacyjna obudowa ActivSight umożliwia dowolnemu systemowi laparoskopowemu wizualizację opartą na ICG za ułamek kosztów obecnego konkurenta przy minimalnym zakłóceniu przepływu pracy.

ActivInsightTM to prototypowa funkcja oprogramowania w ActivSightTM, która rozpoznaje fazy zabiegu i krytyczne struktury anatomiczne, a mianowicie pęcherzyk żółciowy, przewód pęcherzykowy i tętnicę pęcherzykową podczas LC przy użyciu algorytmów opartych na AI/ML. Kluczowa różnica ActivInsightTM w porównaniu z innymi modelami opisanymi w literaturze polega na tym, że ActivInsightTM jest szkolony na zbiorze danych z adnotacjami przy użyciu ICG i LSCI oprócz WLI.

W tej próbie badacze proponują najpierw zweryfikować, a następnie przetestować precyzję i dokładność ActivInsightTM w wykrywaniu krytycznych faz i struktur oraz porównać działanie algorytmów z algorytmami opartymi na modelach opracowanych wyłącznie przy użyciu WLI i tradycyjnego wykrywania gołym okiem chirurga podczas LC w fazy wstępnej i środkowej sekcji. Aby wyeliminować wszelkie uprzedzenia, badacze podłączą dodatkowy ekran zaślepiony do głównych ekranów chirurga operacyjnego, tak aby funkcja AI/ML w czasie rzeczywistym nie była widoczna dla chirurgów operacyjnych, aby przeprowadzić analizę w czasie rzeczywistym i porównać rutynowe użycie zaawansowanych rozszerzona wizualizacja w porównaniu z samą obecną wizualizacją WLI z AI/ML opartą na wizji komputerowej lub bez niej.