Ένα νέο σύστημα τεχνητής νοημοσύνης αναλύει βίντεο από ρομποτικά υποβοηθούμενες επεμβάσεις για τον καρκίνο του προστάτη και εντοπίζει τις κινήσεις που συνδέονται με καλύτερη αποκατάσταση. Η τεχνολογία μπορεί επίσης να εκτιμήσει την πιθανότητα επανάκτησης της σεξουαλικής λειτουργίας μετά το χειρουργείο.
Τις λεπτές κινήσεις που πραγματοποιεί ένας χειρουργός κατά τη διάρκεια μιας επέμβασης επιχειρεί να αποκωδικοποιήσει ένα νέο σύστημα τεχνητής νοημοσύνης που ανέπτυξαν ερευνητές του Cedars-Sinai.
Η τεχνολογία αναλύει βίντεο από ρομποτικά υποβοηθούμενες επεμβάσεις για τον καρκίνο του προστάτη και αναγνωρίζει συγκεκριμένα μοτίβα χειρισμών, τα οποία οι επιστήμονες χαρακτηρίζουν «χειρουργικές χειρονομίες».
Σύμφωνα με τη μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό npj Digital Medicine, οι κινήσεις αυτές μπορούν να προσφέρουν σημαντικές πληροφορίες για την πορεία της μετεγχειρητικής αποκατάστασης.
Το σύστημα, με την ονομασία Frame-to-Outcome ή F2O, δεν περιορίζεται στην πρόβλεψη της έκβασης. Στόχος των δημιουργών του είναι να εντοπίσει ποιες χειρουργικές τεχνικές συνδέονται με τα καλύτερα αποτελέσματα, ώστε οι γιατροί να μπορούν να βελτιώνουν συστηματικά την πρακτική τους.
Τι είναι οι «χειρουργικές χειρονομίες»
Κάθε επέμβαση αποτελείται από μια αλληλουχία μικρών, επιμέρους ενεργειών. Ο τρόπος με τον οποίο ο χειρουργός πιάνει, μετακινεί, διαχωρίζει ή τεντώνει έναν ιστό μπορεί να επηρεάσει την τελική έκβαση.
Οι ερευνητές χρησιμοποιούν τον όρο «χειρουργικές χειρονομίες» για να περιγράψουν αυτές τις κινήσεις. Σε αυτές περιλαμβάνονται η σειρά χρήσης των εργαλείων, η ταχύτητα των χειρισμών και η πίεση ή η τάση που ασκείται στους ιστούς.
Προηγούμενες έρευνες είχαν δείξει ότι ορισμένα μοτίβα κινήσεων συνδέονται στενά με την αποκατάσταση των ασθενών. Η ταχύτητα, για παράδειγμα, με την οποία μετακινούνται τα νεύρα ώστε να απομακρυνθούν από το χειρουργικό πεδίο μπορεί να έχει λειτουργικές συνέπειες.
Μέχρι σήμερα, η ανάλυση αυτών των στοιχείων απαιτούσε πολύωρη παρακολούθηση των βίντεο από ειδικά εκπαιδευμένους αξιολογητές. Το F2O αυτοματοποιεί μεγάλο μέρος της διαδικασίας.
Η κρίσιμη φάση διατήρησης των νεύρων
Το νέο σύστημα εστιάζει στο νευροπροστατευτικό τμήμα της ρομποτικά υποβοηθούμενης προστατεκτομής.
Σε αυτή τη φάση, ο χειρουργός επιχειρεί να αφαιρέσει τον προστάτη, διατηρώντας παράλληλα τα νεύρα που βρίσκονται γύρω από το όργανο και συμβάλλουν στη σεξουαλική λειτουργία.
Η διαδικασία απαιτεί ιδιαίτερα ακριβείς και προσεκτικούς χειρισμούς. Τα νεύρα μπορεί να τραυματιστούν από την άμεση επαφή, την πίεση, τη θερμότητα ή την υπερβολική τάση που ασκείται κατά τη μετακίνησή τους.
Η προστασία τους δεν εξασφαλίζει από μόνη της την πλήρη αποκατάσταση της στυτικής λειτουργίας. Αποτελεί, όμως, έναν από τους σημαντικούς παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα ζωής μετά την επέμβαση.
Το F2O εξετάζει το καταγεγραμμένο βίντεο, αναγνωρίζει τις επιμέρους κινήσεις των εργαλείων και αναζητά τα μοτίβα που συνδέονται με ευνοϊκότερη λειτουργική έκβαση.
Από τη χειροκίνητη αξιολόγηση στην αυτοματοποίηση
Οι ειδικοί μπορούν να αναλύσουν τις χειρουργικές κινήσεις παρακολουθώντας καρέ-καρέ τα βίντεο μιας επέμβασης. Η διαδικασία, ωστόσο, απαιτεί σημαντικό χρόνο, εξειδίκευση και ανθρώπινο δυναμικό.
Η τεχνητή νοημοσύνη επιτρέπει την ταχύτερη επεξεργασία μεγάλου όγκου οπτικών δεδομένων και την αναγνώριση επαναλαμβανόμενων μοτίβων.
Αφού εντοπίσει τις κινήσεις, το F2O τις συσχετίζει με την πορεία των ασθενών. Με αυτόν τον τρόπο εκτιμά αν οι τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν συνδέονται με μεγαλύτερη ή μικρότερη πιθανότητα καλής αποκατάστασης.
«Στόχος μας δεν είναι απλώς να προβλέψουμε ποιος θα αναρρώσει», εξηγεί ο Άντριου Χανγκ, καθηγητής Ουρολογίας στο Cedars-Sinai και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.
Όπως επισημαίνει, η ομάδα θέλει να αναγνωρίσει τις τεχνικές που οδηγούν στα καλύτερα αποτελέσματα, ώστε οι χειρουργοί να μπορούν να μαθαίνουν, να εξελίσσονται και να βελτιώνουν τη φροντίδα των μελλοντικών ασθενών.
Εκπαίδευση με 294 χειρουργικές επεμβάσεις
Για την ανάπτυξη του συστήματος, οι ερευνητές συγκέντρωσαν βίντεο από 294 επεμβάσεις.
Τις επεμβάσεις είχαν πραγματοποιήσει 23 χειρουργοί σε τέσσερα διεθνή κέντρα, γεγονός που επέτρεψε στην ομάδα να χρησιμοποιήσει δεδομένα από διαφορετικές τεχνικές και επίπεδα εμπειρίας.
Ειδικά εκπαιδευμένοι ανθρώπινοι αναλυτές είχαν επισημάνει στα βίντεο τις επιμέρους χειρουργικές κινήσεις. Αυτές οι σημειώσεις αποτέλεσαν τη βάση για την εκπαίδευση του αλγορίθμου.
Στη συνέχεια, οι επιστήμονες δοκίμασαν το F2O σε 29 επιπλέον επεμβάσεις, τις οποίες το σύστημα δεν είχε δει κατά την εκπαίδευσή του.
Οι προβλέψεις του πλησίασαν σημαντικά τις αξιολογήσεις των ανθρώπινων ειδικών, ενώ η αυτοματοποιημένη διαδικασία μείωσε δραστικά τον χρόνο που απαιτούσε η ανάλυση της χειρουργικής απόδοσης.
Αντικειμενική ανατροφοδότηση για τους χειρουργούς
Η αξιολόγηση της χειρουργικής δεξιότητας στηρίζεται παραδοσιακά στην εμπειρία, στην παρατήρηση από ανώτερους γιατρούς και στην εξέταση των αποτελεσμάτων των ασθενών.
Η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να προσθέσει ένα πιο μετρήσιμο επίπεδο αξιολόγησης. Αντί να χαρακτηρίζει συνολικά μια επέμβαση «καλή» ή «κακή», μπορεί να εντοπίζει συγκεκριμένες κινήσεις που συνδέονται με την έκβαση.
Ένας χειρουργός θα μπορούσε, για παράδειγμα, να πληροφορηθεί ότι ένας συγκεκριμένος τρόπος μετακίνησης των νεύρων εμφανίζεται συχνότερα σε ασθενείς με καλύτερη λειτουργική αποκατάσταση.
Αντίστοιχα, το σύστημα θα μπορούσε να αναγνωρίσει χειρισμούς που χρειάζονται μεγαλύτερη προσοχή ή διαφορετική προσέγγιση.
«Εντοπίζοντας και ερμηνεύοντας τις κινήσεις που οδηγούν σε θετικά αποτελέσματα, μπορούμε να προσφέρουμε στους χειρουργούς πληροφορίες που θα τους βοηθήσουν να βελτιώσουν την απόδοσή τους και τη φροντίδα των ασθενών», αναφέρει ο Χανγκ.
Η ποιότητα ζωής μετά την προστατεκτομή
Η επιτυχία μιας επέμβασης για τον καρκίνο του προστάτη δεν εξαρτάται μόνο από την αφαίρεση του όγκου.
Η εγκράτεια των ούρων, η σεξουαλική λειτουργία και η συνολική ποιότητα ζωής αποτελούν επίσης βασικά στοιχεία της μετεγχειρητικής έκβασης.
Η επανάκτηση της στυτικής λειτουργίας επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες, όπως η ηλικία, η κατάσταση του ασθενούς πριν από την επέμβαση, τα χαρακτηριστικά του όγκου και η δυνατότητα διατήρησης των νεύρων.
Η χειρουργική τεχνική αποτελεί έναν ακόμη κρίσιμο παράγοντα. Το F2O επιχειρεί να μετρήσει με μεγαλύτερη ακρίβεια τη συμβολή της, συνδέοντας συγκεκριμένες κινήσεις με την πορεία της αποκατάστασης.
Το σύστημα δεν μπορεί να εγγυηθεί ότι ένας ασθενής θα ανακτήσει τη σεξουαλική του λειτουργία. Μπορεί, όμως, να προσφέρει μια επιπλέον εκτίμηση και να βοηθήσει τους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα ποιοι χειρισμοί προστατεύουν αποτελεσματικότερα τους ευαίσθητους νευρικούς σχηματισμούς.
Ένα νέο εργαλείο για τη χειρουργική εκπαίδευση
Μία από τις σημαντικότερες μελλοντικές εφαρμογές της τεχνολογίας αφορά την εκπαίδευση των χειρουργών.
Οι ειδικευόμενοι θα μπορούσαν να συγκρίνουν τις κινήσεις τους με τεχνικές που έχουν συνδεθεί με καλύτερα αποτελέσματα και να λαμβάνουν συγκεκριμένη ανατροφοδότηση.
Αντί για γενικές παρατηρήσεις, όπως «χρειάζεται μεγαλύτερη προσοχή», το σύστημα θα μπορούσε να υποδεικνύει ποια ακριβώς φάση της επέμβασης ή ποιος χειρισμός απαιτεί βελτίωση.
Η τεχνολογία μπορεί να βοηθήσει και τους έμπειρους χειρουργούς. Η συνεχής αυτοαξιολόγηση θα τους επέτρεπε να εντοπίζουν μικρές διαφοροποιήσεις στην τεχνική τους, οι οποίες ενδέχεται να επηρεάζουν τη λειτουργική έκβαση.
Η τεχνητή νοημοσύνη δεν αντικαθιστά τον εκπαιδευτή ούτε τη χειρουργική κρίση. Μπορεί, όμως, να μετατρέπει την εμπειρία σε δεδομένα και να διευκολύνει τη μεταφορά γνώσης από τους πιο έμπειρους στους νεότερους γιατρούς.
Συνεργασία ουρολόγων και ειδικών στην υπολογιστική βιοϊατρική
Η μελέτη προέκυψε από τη συνεργασία του Τμήματος Ουρολογίας, του Τμήματος Υπολογιστικής Βιοϊατρικής και του Κέντρου Έρευνας και Εκπαίδευσης στην Τεχνητή Νοημοσύνη του Cedars-Sinai.
Οι ουρολόγοι προσέφεραν τη γνώση της χειρουργικής διαδικασίας και των κλινικών αποτελεσμάτων που έχουν σημασία για τους ασθενείς.
Οι ειδικοί στην υπολογιστική βιοϊατρική ανέλαβαν την ανάπτυξη του μοντέλου, την ανάλυση των βίντεο και τη μετατροπή των κινήσεων σε δεδομένα που μπορούσε να επεξεργαστεί ο αλγόριθμος.
«Η εργασία αυτή αναδεικνύει τι μπορούμε να πετύχουμε όταν οι χειρουργοί και οι ειδικοί στην υπολογιστική βιοϊατρική συνεργάζονται για έναν κοινό κλινικό στόχο», σημειώνει ο Τζέισον Μουρ, επικεφαλής του Τμήματος Υπολογιστικής Βιοϊατρικής και διευθυντής του Κέντρου.
Η διεπιστημονική συνεργασία, όπως προσθέτει, επέτρεψε την ανάπτυξη ενός συστήματος που διαθέτει τεχνική αξιοπιστία, αλλά παραμένει ταυτόχρονα ουσιαστικό για τους γιατρούς και τους ασθενείς.
Τα επόμενα βήματα της έρευνας
Το F2O παραμένει ερευνητικό σύστημα και δεν χρησιμοποιείται ως αυτόνομο εργαλείο λήψης κλινικών αποφάσεων.
Οι επιστήμονες θα χρειαστεί να το δοκιμάσουν σε περισσότερες επεμβάσεις, μεγαλύτερο αριθμό νοσοκομείων και διαφορετικές ομάδες ασθενών.
Θα πρέπει επίσης να διαπιστώσουν αν η ακρίβειά του διατηρείται όταν χρησιμοποιούνται διαφορετικά ρομποτικά χειρουργικά συστήματα ή διαφορετικές τεχνικές διατήρησης των νεύρων.
Η μελλοντική έρευνα θα μπορούσε να συνδυάσει την ανάλυση των κινήσεων με άλλες πληροφορίες, όπως τα χαρακτηριστικά του ασθενούς, το στάδιο του καρκίνου και τη λειτουργική κατάσταση πριν από την επέμβαση.
Ένας τέτοιος συνδυασμός θα μπορούσε να προσφέρει πληρέστερη και περισσότερο εξατομικευμένη πρόβλεψη της αποκατάστασης.
Προοπτικές και για άλλες χειρουργικές επεμβάσεις
Η ίδια προσέγγιση θα μπορούσε στο μέλλον να εφαρμοστεί και σε άλλες μορφές χειρουργικής.
Για να συμβεί αυτό, οι ερευνητές θα χρειάζονταν μεγάλο αριθμό καταγεγραμμένων επεμβάσεων, αναλυτική επισήμανση των κινήσεων και αξιόπιστα δεδομένα για την έκβαση των ασθενών.
Η τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε επεμβάσεις όπου μικρές διαφοροποιήσεις στους χειρισμούς επηρεάζουν σημαντικά τον κίνδυνο επιπλοκών ή τη λειτουργική αποκατάσταση.
Σε κάθε περίπτωση, ο ρόλος της AI θα παραμένει υποστηρικτικός. Η τελική ευθύνη και οι αποφάσεις μέσα στο χειρουργείο ανήκουν στον γιατρό.
Από την πρόβλεψη στη βελτίωση της φροντίδας
Η σημαντικότερη διάσταση του F2O δεν βρίσκεται μόνο στην ικανότητά του να προβλέπει την πιθανή έκβαση.
Το σύστημα επιχειρεί να αποκαλύψει γιατί ορισμένες επεμβάσεις συνδέονται με καλύτερη αποκατάσταση. Μετατρέπει τις κινήσεις του χειρουργού σε δεδομένα και αναζητά τα τεχνικά στοιχεία που κάνουν τη διαφορά.
Εφόσον οι επόμενες μελέτες επιβεβαιώσουν τα αρχικά αποτελέσματα, η τεχνολογία θα μπορούσε να ενισχύσει την εκπαίδευση, να προσφέρει αντικειμενική ανατροφοδότηση και να βοηθήσει τους χειρουργούς να βελτιώνουν σταδιακά την τεχνική τους.
Η τεχνητή νοημοσύνη δεν θα χειρουργεί στη θέση του γιατρού. Θα μπορεί, όμως, να αναγνωρίζει μοτίβα που το ανθρώπινο μάτι δυσκολεύεται να καταγράψει με συνέπεια και να μετατρέπει κάθε επέμβαση σε ευκαιρία μάθησης για την επόμενη.
Κάντε like στη σελίδα μας στο facebook για να μαθαίνετε όλα τα νέα
Διαβάστε επίσης
Νέα ακτινοθεραπεία μειώνει 75% τον χρόνο θεραπείας στον καρκίνο προστάτη
Καρκίνος του προστάτη: Πάνω από 7.000 νέες διαγνώσεις κάθε χρόνο
