腹腔鏡手術(shù)可能需要數(shù)小時(shí) 并且通常記錄由相機(jī)產(chǎn)生的視頻

腹腔鏡檢查是一種手術(shù)技術(shù)，其中將光纖攝像機(jī)插入患者的腹腔中以提供視頻饋送，該視頻饋送引導(dǎo)外科醫(yī)生通過(guò)微創(chuàng)手術(shù)。

腹腔鏡手術(shù)可能需要數(shù)小時(shí)，并且通常記錄由相機(jī)產(chǎn)生的視頻 - 腹腔鏡。這些錄音包含大量信息，可用于培訓(xùn)有助于手術(shù)的醫(yī)療提供者和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，但由于審查它們非常耗時(shí)，因此它們大多閑置。

麻省理工學(xué)院和馬薩諸塞州總醫(yī)院的研究人員希望通過(guò)一個(gè)新系統(tǒng)來(lái)改變這種狀況，該系統(tǒng)能夠有效地搜索數(shù)百小時(shí)的視頻，以查找與一些訓(xùn)練樣例相對(duì)應(yīng)的事件和視覺(jué)特征。

在他們本月在機(jī)器人和自動(dòng)化國(guó)際會(huì)議上展示的工作中，研究人員訓(xùn)練他們的系統(tǒng)識(shí)別手術(shù)的不同階段，例如活組織檢查，組織切除，縫合和傷口清潔。

但該系統(tǒng)可以應(yīng)用于醫(yī)生認(rèn)為值得的任何分析問(wèn)題。例如，它可以進(jìn)行培訓(xùn)，以預(yù)測(cè)何時(shí)應(yīng)該為外科醫(yī)生的使用準(zhǔn)備特定的醫(yī)療器械(如額外的釘倉(cāng))，或者如果外科醫(yī)生遇到罕見(jiàn)的異常解剖結(jié)構(gòu)，它可能會(huì)發(fā)出警報(bào)。

“外科醫(yī)生對(duì)我們的工作所具備的所有功能感到非常興奮，”電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)的Andrew和Erna Viterbi教授以及該論文的資深作者Daniela Rus說(shuō)。“他們很高興能夠?qū)⑹中g(shù)膠帶自動(dòng)分割和索引，因?yàn)楝F(xiàn)在這些膠帶可以用于訓(xùn)練。如果我們想了解手術(shù)的第二階段，我們確切地知道去哪個(gè)地方尋找那個(gè)部分。我們不知道在此之前必須要注意每一分鐘。對(duì)于外科醫(yī)生來(lái)說(shuō)，另一件非常令人興奮的事情是，在未來(lái)，我們應(yīng)該能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控手術(shù)的進(jìn)展。“

加入羅斯的論文是第一作者米哈伊爾·沃爾科夫，他是羅斯集團(tuán)的一名博士后工作，現(xiàn)在是東京SMBC日興證券的定量分析師。羅斯的另一位博士后人物羅斯曼; 馬薩諸塞州綜合醫(yī)院(MGH)的Daniel Hashimoto和Ozanan Meireles。

代表幀

這篇新論文建立在Rus小組之前關(guān)于“核心集”的工作的基礎(chǔ)上，或者是大型數(shù)據(jù)集的子集，這些數(shù)據(jù)集保留了其顯著的統(tǒng)計(jì)特征。在過(guò)去，Rus'小組已經(jīng)使用核心集來(lái)執(zhí)行任務(wù)，例如推斷維基百科文章的主題或記錄GPS連接汽車所經(jīng)過(guò)的路線。

在這種情況下，核心集由幾百個(gè)左右的短視頻片段組成 - 每個(gè)片段只有幾幀。選擇每個(gè)片段是因?yàn)樗峁┝藝@它的幾十甚至幾百個(gè)幀的良好近似。因此，核心設(shè)備將視頻文件的初始大小降低至其初始大小的十分之一，同時(shí)仍然保留了大部分重要信息。

在這項(xiàng)研究中，MGH外科醫(yī)生在消除部分胃的過(guò)程中確定了七個(gè)不同的階段，研究人員在八個(gè)腹腔鏡視頻中標(biāo)記了每個(gè)階段的開(kāi)始。這些視頻用于訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，該系統(tǒng)又應(yīng)用于之前從未見(jiàn)過(guò)的四個(gè)腹腔鏡視頻的核心組。對(duì)于核心組中的每個(gè)短視頻片段，系統(tǒng)能夠?qū)⑵浞峙涞秸_的手術(shù)階段，準(zhǔn)確率為93%。

“我們想看看這個(gè)系統(tǒng)如何適用于相對(duì)較小的訓(xùn)練集，”羅斯曼解釋說(shuō)。“如果您在特定的醫(yī)院，并且您對(duì)特定的手術(shù)類型感興趣，或者甚至更重要的是手術(shù)的特定變體 - 所有這些或那種情況發(fā)生的外科手術(shù) - 您可能沒(méi)有很多例子“。

選擇標(biāo)準(zhǔn)

研究人員用于提取核心集的一般程序是他們之前描述的程序，但核心集選擇總是取決于它所應(yīng)用的數(shù)據(jù)的特定屬性。包含在核心組中的數(shù)據(jù) - 這里是視頻幀 - 必須近似于被遺漏的數(shù)據(jù)，并且對(duì)于不同類型的數(shù)據(jù)，不同地測(cè)量近似程度。

然而，機(jī)器學(xué)習(xí)可以被認(rèn)為是近似問(wèn)題。在這種情況下，系統(tǒng)必須學(xué)會(huì)識(shí)別在單獨(dú)的腹腔鏡飼料中的視頻幀之間的相似性，其表示外科手術(shù)的相同階段。它所達(dá)到的相似度量也用于評(píng)估包含在核心集中的視頻幀與被省略的視頻幀的相似性。

“特別是介入醫(yī)學(xué) - 外科手術(shù) - 在很多方面都?xì)w結(jié)為人類的表現(xiàn)，”約翰霍普金斯大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)教授格雷戈里·哈格(Gregory Hager)說(shuō)，他研究計(jì)算機(jī)和機(jī)器人技術(shù)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用。“正如在體育等人類努力的許多其他領(lǐng)域一樣，人類表現(xiàn)的質(zhì)量決定了你所取得的成果的質(zhì)量，但是如果你愿意的話，我們并不知道很多關(guān)于創(chuàng)造好事的分析像Daniela正在做的工作一樣，我們的工作確實(shí)涉及到以下問(wèn)題：我們能否開(kāi)始量化手術(shù)過(guò)程是什么，然后在這個(gè)過(guò)程中，我們能否開(kāi)發(fā)出可以將人類表現(xiàn)與質(zhì)量相關(guān)聯(lián)的措施關(guān)心病人接受了嗎?“

“現(xiàn)在，效率” - 由核心集提供的那種 - “可能并不那么重要，因?yàn)槲覀冋谔幚砩贁?shù)這些事情，”海格補(bǔ)充道。“但你可以想象，如果你開(kāi)始記錄每次進(jìn)行的手術(shù) - 我們僅在美國(guó)談?wù)摿藬?shù)以千萬(wàn)計(jì)的手術(shù) - 現(xiàn)在考慮效率開(kāi)始變得有趣了。”