Development of surgical navigation system for esophageal atresia / tracheoesophageal fistula using AI Image analysis and forceps location information

利用AI图像分析和镊子位置信息开发食管闭锁/气管食管瘘手术导航系统

• 批准号: 22H03703
• 负责人: 内田 広夫
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H03703/
• 关键词: ナビゲーション; 食道閉鎖症; 手術; AI画像解析; 鉗子; アノテーション; 小児; 低侵襲; 画像解析

胸腔鏡下食道閉鎖症手術は1つの視野にメルクマールとなると特徴的な解剖構造が集中し、更に術野を固定したままの状態で手術が行われるため、AI画像解析による解剖構造の表示機能を備えた手術ナビゲーションシステムとの相性は良い。解剖構造表示機能においては、指標として、各解剖構造（迷走神経、奇静脈、気管食道瘻、上部食道盲端、下部食道盲端）の見え方（アビアランス）、位置、サイズなどを利用するが、小児外科専門医が手術のメルクマールとなる解剖構造（迷走神経、奇静脈、気管食道瘻、上部食道盲端、下部食道盲端）のアノテーション・評価画像の正解ラベル付与を行う。食道閉鎖症5症例を用いてそれぞれの解剖構造物に対して、全部で2,000画像のアノテーションを行った。解剖構造表示機能のIoU:0.5とそれほど良くないがかなり構造物を予想できることがわかった。鉗子検出および剥離操作評価方法はYOLO v3による鉗子領域の認識を中心に、鉗子先端のアノテーションを10000画像行い、YOLOの学習と評価は４-fold cross validation（7500画像で学習、2500画像で評価）で検証した。精度はIoU:0.６程度であるが、動きをある程度捉えることができるようになった。縫合操作に関しては、今までのアルゴリズムからある程度熟練度を評価できると考えられた。小児外科の手術操作で特有な愛護的操作である下部食道の剥離操作（no-touch technique of lower esophagus）の評価システムを構築するための基礎的なデータは完成した。鉗子認識をより正確に行うことで、より正確な動きの解析を行うように改良している。

Thoracoscopic esophageal atresia surgery: 1. Field of view: 1. Anatomical structure: 2. Focus; 3. Field of operation: 1. Fixed; 4. Operation: 1. AI image analysis: 1. Anatomical structure: 2. Functional preparation: 1. Anatomical structure indicates function, index, anatomical structure (Mistaken nerve, azygos vein, tracheoesophageal fistula, upper esophageal blind end, lower esophageal blind end), location, use, small surgery department, surgery, anatomical structure (mistaken nerve, azygos vein, tracheoesophageal fistula, upper esophageal blind end, lower esophageal blind end), and evaluation of the correct solution of the portrait. Five cases of esophageal atresia were identified and all 2,000 cases were identified. Anatomical structure indicates function IoU:0.5 The pliers inspection and peeling operation evaluation methods are at the center of the understanding of the pliers field in YOLO v3. The usability of the pliers tip is tested in 10000 portraits. YOLO's learning and evaluation is based on 4-fold cross validation (7500 portraits are learning, 2500 portraits are evaluation). Accuracy IoU:0.6 Degree Stitching operation is related to the degree of proficiency in sewing. The surgical operation of pediatric surgery is unique to the operation of lower esophagus dissection (no-touch technique) and evaluation of the system to build a foundation Pliers recognize the correct behavior, correct analysis, and improve the behavior.