Künstliche Intelligenz soll Nutzung chirurgischer Instrumente im OP vorhersagen

Heidelberg – Im Operationssaal der Zukunft werden computerbasierte Assistenzsysteme vermutlich eine deutlich größere Rolle spielen als heute. „Möglich sind solche Unter­stüt­zungsfunktionen allerdings nur, wenn Computer in der Lage sind, wichtige Ereignisse im OP zu antizipieren und zur richtigen Zeit die richtigen Informationen bereit zu stellen“, erklärt Stefanie Speidel, Leiterin der Abteilung Transla­tio­nale Chirurgische Onkologie am Nationalen Centrum für Tumorerkrankungen Dresden (NCT/UCC).

Zusammen mit dem Zentrum für taktiles Internet mit Mensch-Maschine-Interaktion (CeTI) der TU Dresden hat sie mithilfe künstlicher Intelligenz (KI) eine Methode entwickelt, mit der Computer die Nutzung chirurgischer Instrumente vor deren Einsatz vorhersehen könn­en.

Ein solches System könnte zum Beispiel früh vor Komplikationen warnen, wenn diese mit dem Einsatz eines bestimmten Instruments verknüpft sind oder die Effizienz bei der Vor­bereitung von Instrumenten erhöhen. Die Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse im Rah­men der „International Conference on Medical Image Computing & Computer Assisted Intervention“ vorgestellt (DOI: 10.1007/978-3-030-59716-0_72).

Die Forscher setzten ein künstliches neuronales Netz ein, das als Teilgebiet der KI die Fähigkeit des Menschen nachahmt, anhand von Beispielen zu lernen. Ausgehend von der kontinuierlichen Analyse der Video-Bilder einer Operation sollte es die Nutzung be­stimmter Instrumente wenige Minuten vor deren Einsatz anzeigen.

Sie trainierten das neuronale Netz mit 60 Videos von Gallenblasenentfernungen, die standardmäßig über ein Laparoskop im Bauchraum aufgenommen wurden. In diesen Videos war der Einsatz von fünf verschiedenen Instrumenten markiert.

An 20 weiteren Videos musste das neuronale Netz dann sein Wissen ohne entsprechende Markierungen unter Beweis stellen. Die Wissenschaftler konnten hierbei zeigen, dass das System wichtige Lernfortschritte erzielt hatte und die Instrumentennutzung vielfach korrekt vorhersagen konnte. Ein solches System ist laut den Forschern eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz autonomer Robotersysteme, die Teilaufgaben im OP wie das Absaugen von Blut übernehmen könnten.

„Wir verfolgen allerdings nicht die Vision, den Chirurgen durch einen Roboter oder andere Assistenzen zu ersetzen. Die intelligenten Systeme sollen lediglich eine helfende Hand sein und den Arzt und das gesamte OP-Team entlasten“, sagte Jürgen Weitz, geschäftsfüh­render Direktor am NCT/UCC und Direktor der Klinik für Viszeral-, Thorax- und Gefäßchi­rurgie des Universitätsklinikums Dresden.

Die Wissenschaftler wollen die Methode nun verfeinern und das neuronale Netz mit wei­teren Datensätzen füttern. Ein Fokus soll dabei auf Operations-Videos liegen, in denen vermehrt stärkere Blutungen zu sehen sind. Anhand der Bilddaten soll das Netz noch besser lernen, wann Blutungen mittels eines speziellen Instruments abgesaugt werden müssen.

hil