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Jun 04, 2024

Un trasformatore di visione per decodificare l'attività del chirurgo dai video chirurgici

Nature Biomedical Engineering volume 7, pagine 780–796 (2023) Cita questo articolo 10k Accessi 8 Citazioni 140 Dettagli metriche alternative L'attività intraoperatoria di un chirurgo ha un impatto sostanziale su

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L’attività intraoperatoria di un chirurgo ha un impatto sostanziale sugli esiti postoperatori. Tuttavia, per la maggior parte delle procedure chirurgiche, i dettagli delle azioni chirurgiche intraoperatorie, che possono variare ampiamente, non sono ben compresi. Qui riportiamo un sistema di apprendimento automatico che sfrutta un trasformatore di visione e un apprendimento contrastivo supervisionato per la decodifica di elementi dell'attività chirurgica intraoperatoria da video comunemente raccolti durante gli interventi chirurgici robotici. Il sistema ha identificato con precisione i passaggi chirurgici, le azioni eseguite dal chirurgo, la qualità di queste azioni e il relativo contributo dei singoli fotogrammi video alla decodifica delle azioni. Attraverso test approfonditi sui dati provenienti da tre diversi ospedali situati in due continenti diversi, dimostriamo che il sistema generalizza tra video, chirurghi, ospedali e procedure chirurgiche e che può fornire informazioni sui gesti e sulle abilità chirurgiche da video senza annotazioni. La decodifica dell'attività intraoperatoria tramite accurati sistemi di apprendimento automatico potrebbe essere utilizzata per fornire ai chirurghi un feedback sulle loro capacità operative e potrebbe consentire l'identificazione del comportamento chirurgico ottimale e lo studio delle relazioni tra fattori intraoperatori ed esiti postoperatori.

L'obiettivo generale della chirurgia è migliorare i risultati postoperatori del paziente1,2. È stato recentemente dimostrato che tali risultati sono fortemente influenzati dall'attività chirurgica intraoperatoria3, ovvero dalle azioni eseguite da un chirurgo durante una procedura chirurgica e dalla qualità con cui tali azioni vengono eseguite. Per la stragrande maggioranza delle procedure chirurgiche, tuttavia, una comprensione dettagliata dell’attività chirurgica intraoperatoria rimane sfuggente. Questo scenario è fin troppo comune in altri settori della medicina, dove i fattori che determinano determinati risultati sui pazienti devono ancora essere scoperti o si manifestano in modo diverso. Lo status quo in chirurgia è che l’attività chirurgica intraoperatoria semplicemente non viene misurata. Tale mancanza di misurazione rende difficile catturare la variabilità nel modo in cui le procedure chirurgiche vengono eseguite nel tempo, nei chirurghi e negli ospedali, per testare ipotesi che associano l’attività intraoperatoria agli esiti dei pazienti e per fornire ai chirurghi un feedback sulla loro tecnica operatoria.

L'attività chirurgica intraoperatoria può essere decodificata dai video comunemente raccolti durante le procedure chirurgiche assistite da robot. Tale decodificazione fornisce informazioni su quali fasi procedurali (come la dissezione e la sutura dei tessuti) vengono eseguite nel tempo, come tali fasi vengono eseguite (ad esempio, attraverso una serie di azioni o gesti discreti) dal chirurgo operante e la qualità con cui vengono eseguite. vengono eseguiti (cioè la padronanza di un'abilità; Fig. 1). Attualmente, se un video dovesse essere decodificato, lo farebbe attraverso un'analisi retrospettiva manuale da parte di un chirurgo esperto. Tuttavia, questo approccio guidato dall'uomo è soggettivo, poiché dipende dall'interpretazione dell'attività da parte del chirurgo revisore; inaffidabile, poiché presuppone che il chirurgo sia a conoscenza di tutta l'attività intraoperatoria; e non scalabile, poiché richiede la presenza di un chirurgo esperto e una grande quantità di tempo e impegno. Queste ipotesi sono particolarmente irragionevoli laddove i chirurghi esperti non sono disponibili (come in contesti con poche risorse) e hanno già poco tempo a disposizione. Pertanto, esiste l’urgente necessità di decodificare l’attività chirurgica intraoperatoria in modo obiettivo, affidabile e scalabile.

a, I video chirurgici comunemente raccolti durante gli interventi robotici vengono decodificati tramite SAIS in molteplici elementi dell'attività chirurgica intraoperatoria: cosa viene eseguito da un chirurgo, come le sottofasi di sutura della manipolazione dell'ago, l'inserimento dell'ago e il ritiro dell'ago, e come tale attività viene eseguita da un chirurgo, ad esempio attraverso gesti discreti e a diversi livelli di abilità. b, SAIS è un sistema unificato poiché la stessa architettura può essere utilizzata per decodificare in modo indipendente diversi elementi dell'attività chirurgica, dal riconoscimento delle sottofasi alla classificazione dei gesti e alla valutazione delle abilità.