Walidacja systemu AI-ENDO w endoskopowej dyssekcji podśluzówkowej

Rak przewodu pokarmowego (GI), w tym rak żołądka, jelita grubego i przełyku, jest łącznie najczęstszym nowotworem na świecie i główną przyczyną zgonów związanych z rakiem na całym świecie. Choroba stanowi znaczące obciążenie w Hongkongu, gdzie rocznie diagnozuje się ponad 6000 nowych przypadków według lokalnych statystyk nowotworów. Pomimo znacznych postępów w zrozumieniu jego patologii, mechanizmów molekularnych i strategii terapeutycznych, przeżywalność zaawansowanego raka GI pozostaje suboptymalna, z 5-letnim wskaźnikiem przeżycia poniżej 60% dla większości nowotworów złośliwych.

Wprowadzenie inicjatyw kierowanych przez rząd i międzynarodowych polityk dotyczących raka rozszerzyło programy wczesnego przesiewu raka GI, umożliwiając diagnozowanie większej liczby pacjentów na wcześniejszym etapie. Wczesne wykrycie pozwala na mniej inwazyjne i bardziej skuteczne opcje leczenia z lepszym rokowaniem i zwiększonymi wskaźnikami radykalnych operacji.

Całkowita resekcja guza pozostaje jedynym radykalnym podejściem do miejscowego raka GI. Endoskopowa dyssekcja podśluzówkowa (ESD), małoinwazyjna technika endoskopowa, stała się ugruntowaną metodą dla wczesnych nowotworów ograniczonych do warstwy śluzówki. ESD umożliwia resekcję en-bloc zmian, osiągając niższe wskaźniki miejscowych nawrotów w porównaniu z konwencjonalną endoskopową resekcją śluzówki. Wykazała również korzystne wyniki okołooperacyjne, w tym krótszy czas operacji, niższe wskaźniki powikłań i skrócony pobyt w szpitalu. W krajach, gdzie programy przesiewowe są dobrze wdrożone, takich jak Japonia, liczba procedur ESD obecnie przewyższa radykalne gastrektomie, czyniąc ESD preferowaną modalnością leczenia wczesnego raka żołądka. ESD jest również stosowana w leczeniu zmian przednowotworowych w przewodzie pokarmowym, zapobiegając progresji do inwazyjnego raka.

Procedura ESD obejmuje cztery główne fazy: (1) oznaczenie docelowej zmiany, (2) iniekcję podśluzówkową w celu utworzenia ochronnej poduszki, (3) nacięcie okólne i (4) dyssekcję podśluzówkową i usunięcie zmiany. Chociaż ESD umożliwia całkowitą resekcję zmian niezależnie od wielkości i ma wskaźnik nawrotów poniżej 1%, pozostaje technicznie wymagająca i niesie ryzyko, takie jak krwawienie i perforacja. W regionach, gdzie wdrożenie ESD jest mniejsze, krzywa uczenia się może przekraczać kilkaset przypadków przed osiągnięciem biegłości. Rosnące międzynarodowe wytyczne i wysiłki szkoleniowe zachęciły do globalnej ekspansji w stosowaniu ESD, ponieważ jej korzyści kliniczne stają się szerzej uznawane.

Bezpieczna i precyzyjna dyssekcja tkanki nowotworowej w złożonym środowisku przewodu pokarmowego ma kluczowe znaczenie. Zdarzenia związane z bezpieczeństwem medycznym w praktyce chirurgicznej w znacznym stopniu przyczyniają się do nadmiernych pobytów w szpitalu, kosztów i śmiertelności. ESD jest technicznie trudna, wymagając od endoskopistów utrzymania wyraźnej wizualizacji warstwy podśluzówkowej przy zachowaniu stabilnego pola endoskopowego. Złożoności anatomiczne, takie jak zagięcia okrężnicy, cienkie ściany okrężnicy, fałdy śluzówki i perystaltyka, dodatkowo zwiększają trudność ESD jelita grubego i podnoszą ryzyko niepełnej dyssekcji i perforacji. Biorąc pod uwagę te wyzwania, istnieje wyraźna potrzeba zaawansowanych technologii, które poprawiają precyzję i bezpieczeństwo chirurgiczne poprzez inteligentne śródoperacyjne wspomaganie.

Aby poprawić jakość chirurgiczną i bezpieczeństwo pacjentów, niezbędne jest opracowanie systemów, które uczą się z doświadczenia ekspertów i wyników chirurgicznych, dostarczając w czasie rzeczywistym informacji pomagających zapobiegać błędom operacyjnym. Identyfikacja właściwej płaszczyzny dyssekcji, naczyń podśluzówkowych i punktów orientacyjnych cięcia przyczynia się do bezpiecznego i całkowitego usunięcia guza.

Badacze opracowali zintegrowaną platformę AI-ENDO, aby wspomagać endoskopistów w zwiększaniu bezpieczeństwa i efektywności procedur ESD. System obejmuje wiele inteligentnych funkcji:

1. Rozpoznawanie w czasie rzeczywistym faz chirurgicznych ESD i ocena wykonania Platforma AI-ENDO analizuje przebieg operacji, aby identyfikować aktualną fazę procedury w każdym momencie. Model był trenowany na wysokiej jakości filmach ESD ekspertów zebranych z Prince of Wales Hospital i zewnętrznie walidowany przy użyciu danych z kilku międzynarodowych ośrodków. System wykazał wysoką dokładność, precyzję i czułość, utrzymując spójną wydajność w różnych zestawach danych. Zintegrowana platforma działa z wydajnością obliczeniową w czasie rzeczywistym.
2. Identyfikacja w czasie rzeczywistym stref bezpiecznych i niebezpiecznych podczas ESD System wykonuje automatyczną segmentację śródoperacyjnych pól widzenia, identyfikując struktury anatomiczne, takie jak śluzówka, podśluzówka, warstwy mięśniowe i naczynia krwionośne. Umożliwia to w czasie rzeczywistym różnicowanie między strefami bezpiecznej dyssekcji a obszarami o wyższym ryzyku powikłań. Badania walidacyjne z użyciem filmów chirurgicznych endoskopowych wykazały wysoką dokładność segmentacji i niskie opóźnienie, a eksperymenty potwierdziły wykonalność podczas prób na żywych zwierzętach. Wspomaganie AI wiązało się z krótszym czasem procedury i zmniejszoną liczbą zdarzeń krwotocznych w porównaniu ze standardowymi procedurami o podobnej złożoności.
3. Inteligentne wspomaganie trajektorii dyssekcji z użyciem uczenia przez wzmacnianie Włączono metody uczenia przez wzmacnianie i uczenia przez naśladownictwo, aby przewidywać optymalne trajektorie dyssekcji na podstawie demonstracji chirurgicznych ekspertów. System analizuje kontekst chirurgiczny w czasie rzeczywistym, aby zapewnić wsparcie decyzyjne i przewidywanie trajektorii. Testowanie na rozległych zestawach danych wideo wykazało poprawioną dokładność i generalizację w porównaniu z istniejącymi frameworkami przewidywania trajektorii.

Dzięki integracji tych funkcji, wielofunkcyjna platforma AI-ENDO ma na celu wspieranie śródoperacyjnego podejmowania decyzji, redukcję zdarzeń niepożądanych i skrócenie krzywej uczenia się dla procedur ESD.

Celem tego badania jest ocena użyteczności klinicznej i skuteczności systemu AI-ENDO w endoskopowej dyssekcji podśluzówkowej w przypadku wczesnej neoplazji przewodu pokarmowego. Sukces techniczny, sukces kliniczny i zdarzenia niepożądane po ESD będą systematycznie oceniane.