Валидация системы AI-ENDO при эндоскопической подслизистой диссекции

Рак желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), включая рак желудка, колоректальный рак и рак пищевода, в совокупности является наиболее распространенным раком в мире и ведущей причиной смерти от рака во всем мире. Заболевание налагает значительное бремя на Гонконг: по данным местной статистики рака ежегодно диагностируется более 6000 новых случаев. Несмотря на значительные успехи в понимании его патологии, молекулярных механизмов и терапевтических стратегий, выживаемость при распространенном раке ЖКТ остается неоптимальной, при этом 5-летняя выживаемость для большинства злокачественных опухолей составляет менее 60%.

Внедрение государственных инициатив и международной политики в области онкологии расширило программы скрининга рака ЖКТ на ранних стадиях, что позволяет диагностировать больше пациентов на более ранней стадии. Раннее выявление позволяет применять менее инвазивные и более эффективные варианты лечения с улучшенным прогнозом и повышенными показателями радикальных операций.

Полное удаление опухоли остается единственным радикальным подходом при локализованном раке ЖКТ. Эндоскопическая диссекция в подслизистом слое (ЭДПС), минимально инвазивная эндоскопическая техника, стала устоявшимся методом для ранних стадий рака, ограниченных слизистым слоем. ЭДПС позволяет выполнять блочную резекцию поражений, достигая более низких показателей местного рецидива по сравнению с традиционной эндоскопической резекцией слизистой оболочки. Она также продемонстрировала благоприятные периоперационные исходы, включая более короткое время операции, более низкие показатели осложнений и сокращение срока госпитализации. В странах, где программы скрининга хорошо внедрены, таких как Япония, количество процедур ЭДПС теперь превышает количество радикальных гастрэктомий, что делает ЭДПС предпочтительным методом лечения раннего рака желудка. ЭДПС также используется для лечения предраковых поражений ЖКТ, предотвращая их прогрессирование в инвазивный рак.

Процедура ЭДПС включает четыре основные фазы: (1) маркировка целевого поражения, (2) инъекция в подслизистый слой для создания защитной подушки, (3) циркулярный разрез и (4) диссекция подслизистого слоя и удаление поражения. Хотя ЭДПС позволяет полностью удалять поражения независимо от размера и имеет уровень рецидивов ниже 1%, она остается технически сложной и несет риски, такие как кровотечение и перфорация. В регионах, где внедрение ЭДПС ниже, кривая обучения может превышать несколько сотен случаев до достижения мастерства. Расширяющееся международное руководство и усилия по обучению способствуют глобальному распространению использования ЭДПС по мере того, как ее клинические преимущества становятся более широко признанными.

Безопасное и точное удаление раковой ткани в сложной среде желудочно-кишечного тракта имеет критическое значение. События, связанные с медицинской безопасностью в хирургической практике, вносят значительный вклад в увеличение сроков госпитализации, затрат и смертности. ЭДПС технически сложна и требует от эндоскопистов поддержания четкой визуализации подслизистого слоя при сохранении стабильного эндоскопического поля. Анатомические сложности, такие как изгибы толстой кишки, тонкие стенки толстой кишки, складки слизистой оболочки и перистальтика, дополнительно увеличивают трудность колоректальной ЭДПС и повышают риск неполной диссекции и перфорации. Учитывая эти трудности, существует явная потребность в передовых технологиях, которые повышают хирургическую точность и безопасность за счет интеллектуального интраоперационного наведения.

Для улучшения качества хирургии и безопасности пациентов крайне важно разрабатывать системы, которые учатся на опыте экспертов и хирургических исходах, предоставляя оперативные данные, помогающие предотвращать операционные ошибки. Идентификация правильной плоскости диссекции, сосудов подслизистого слоя и ориентиров для разреза способствует безопасному и полному удалению опухоли.

Исследователями была разработана интегрированная платформа AI-ENDO для помощи эндоскопистам в повышении безопасности и эффективности процедур ЭДПС. Система включает несколько интеллектуальных функций:

1. Оперативное распознавание хирургических фаз ЭДПС и оценка выполнения. Платформа AI-ENDO анализирует хирургический рабочий процесс для определения текущей фазы процедуры в каждый момент. Модель обучалась на высококачественных видео ЭДПС экспертов, собранных в больнице Принца Уэльского, и была внешне валидирована с использованием данных нескольких международных центров. Система продемонстрировала высокую точность, прецизионность и полноту, сохраняя стабильную производительность на различных наборах данных. Интегрированная платформа работает с оперативной вычислительной эффективностью.
2. Оперативная идентификация безопасных и опасных зон во время ЭДПС. Система выполняет автоматическую сегментацию интраоперационных полей зрения, идентифицируя анатомические структуры, такие как слизистая оболочка, подслизистый слой, мышечные слои и кровеносные сосуды. Это позволяет в реальном времени различать безопасные зоны диссекции и области с более высоким риском осложнений. Валидационные исследования с использованием видео эндоскопических операций продемонстрировали высокую точность сегментации и низкую задержку, а эксперименты подтвердили осуществимость во время испытаний на живых животных. Помощь ИИ была связана с более коротким временем процедуры и уменьшением случаев кровотечения по сравнению со стандартными процедурами аналогичной сложности.
3. Интеллектуальное наведение траектории диссекции с использованием обучения с подкреплением. Методы обучения с подкреплением и имитационного обучения были включены для прогнозирования оптимальных траекторий диссекции на основе демонстраций экспертных операций. Система анализирует хирургический контекст в реальном времени для предоставления поддержки принятия решений и прогнозирования траектории. Тестирование на обширных наборах видеоданных продемонстрировало улучшенную точность и обобщаемость по сравнению с существующими системами прогнозирования траектории.

Благодаря интеграции этих функций многофункциональная платформа AI-ENDO направлена на поддержку интраоперационного принятия решений, снижение неблагоприятных событий и сокращение кривой обучения для процедур ЭДПС.

Целью данного исследования является оценка клинической полезности и эффективности системы AI-ENDO при эндоскопической диссекции в подслизистом слое для ранних неоплазий желудочно-кишечного тракта. Технический успех, клинический успех и нежелательные явления после ЭДПС будут систематически оценены.