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。

Esophageal atresia in operation under thoracoscope は 1 つ の vision に メ ル ク マ ー ル と な る と な anatomical structure of 徴 が concentrated し, more に を fixed operation field し た ま ま の で surgical が line わ れ る た め, AI portrait analytic に よ る anatomical structure の を said function for え た surgery ナ ビ ゲ ー シ ョ ン シ ス テ ム と の photograph sex は い "good". Anatomical structure function of said に お い て は, index と し て, various anatomical structure (vagus 経 god, azygos vein, 気 tube upper esophageal fistula, esophageal blind side, the lower esophagus blind side) の see え party (ア ビ ア ラ ン ス), location, サ イ ズ な ど を using す る が, small where surgical medical が 専 door の メ ル ク マ ー ル と な る anatomical structure (vagus 経, azygos vein, god 気 feed tube The fistula, the upper esophageal blind end, the lower esophageal blind end) アノテ アノテ ショ ショ <e:1> · evaluation of 価 image アノテ correct solution ラベ ラベ given to を line う. Esophageal atresia in 5 cases を with い て そ れ ぞ れ の anatomical structure に し seaborne て, all で 2000 portrait の ア ノ テ ー シ ョ ン を line っ た. Anatomical structure function of said の IoU: 0.5 と そ れ ほ ど good く な い が か な り structure を to think で き る こ と が わ か っ た. Pliers 検 out お よ び stripping operation review 価 method は YOLO v3 に よ る pliers の know に を center, pliers apex の ア ノ テ ー シ ョ ン を 10000 portrait い, YOLO の learning と review 価 は 4 - fold cross validation (7,500 portraits で learning, 2,500 portraits で review 価) で検 certification た. Accuracy であるが IoU:0.6 degree であるが, motion える をある degree capture える とがで るようになった るようになった. Suture operation に masato し て は, today ま で の ア ル ゴ リ ズ ム か ら あ る degree of proficiency を review 価 で き る と exam え ら れ た. Small where surgical の で な love the unique operation で あ る lower esophagus の stripping operation (no - touch technique of the lower esophagus) の review 価 シ ス テ ム を build す る た め の based な デ ー タ は complete し た. Pliers know を よ り correct line に う こ と で, よ り な move right き の parsing line を う よ う に improved し て い る.