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Enregistrement W4214926294 · doi:10.1055/s-0042-1743643

Automatic Assessment of Surgical Performance Using Intraoperative Video and Deep Learning: A Comparison with Expert Surgeon Video Review

2022· article· en· W4214926294 sur OpenAlexaff
Dhiraj J. Pangal, Guillaume Kugener, Yichao Zhu, Aditya Sinha, Vyom Unadkat, David J. Coté, Arman Roshannai, Ben A. Strickland, Martin J. Rutkowski, Andrew J. Hung, Animashree Anandkumar, X. Y. Han, Vardan Papyan, Bozena Wrobel, Gabriel Zada, Daniel A. Donoho

Notice bibliographique

RevueJournal of Neurological Surgery Part B Skull Base · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueRadiology practices and education
Établissements canadiensUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésComputer scienceDeep learningArtificial intelligenceArtificial neural networkMedical physicsMedicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Introduction: Intraoperative video contains sufficient information for experts to assess surgeon skill and provide feedback, but expert evaluation is rarely available. Deep neural networks (DNN) capable of interpreting video can provide rich feedback, but often require prodigious amounts of training data. The ability of a deep neural network to predict the outcome of an attempt at surgical hemostasis and accurately quantify blood loss has never been compared with that of expert skull base surgeons. Methods: Simulated outcomes following carotid artery laceration (SOCAL) is a publicly available video dataset with 154 videos of surgeons managing a simulated carotid artery injury during endoscopic endonasal surgery. A model was developed which first extracted features from each frame of video individually using a DNN; these features were then passed in sequence to a long-short-term memory (LSTM) recurrent neural network. The model was trained on 134 videos (1 minute in length) and tested on 20 videos to predict: participant hemorrhage control ability (dichotomous success/failure) and cumulative blood loss (mL). Four skull base neurosurgeons with endoscopic expertise viewed the 20 test videos and predicted hemorrhage control ability, blood loss and overall technical skill (Likert's scale). Results: Surgeons successfully predicted the outcome of the hemorrhage control attempt in 14/20 trials (sensitivity: 79%, specificity: 56%, positive predictive value [PPV] 69%, and negative predictive value [NPV]: 71%). The interrater reliability for predicting outcome between surgeons was 0.95. After training, the model correctly predicted outcome of the same videos in 17 of 20 trials (sensitivity = 100%, specificity = 66%, PPV = 79%, and NPV = 100%). The interrater reliability was 0.43 between the model and expert cohort. Expert surgeons estimated blood loss with root mean standard error (RMSE) of 350 mL (R 2 = 0.64), while the model had a lower (superior) RMSE of 295 mL (R 2 = 0.74). We validated the model by inputting video segments of known high technical proficiency and low technical proficiency, as adjudicated by the experts, and the model universally predicted success and failure appropriately. In further validation testing, we explored two trials where experts and the model both incorrectly predicted outcome. Providing the model with video containing the critical error from these trials resulted in correct prediction of task failure. Conclusion: DNN can be trained to generate accurate predictions of hemorrhage control outcome and blood loss using small, surgical video datasets. After training, the DNN demonstrated similar outcome prediction and superior blood loss prediction compared with expert surgeons. Validation testing revealed that the DNN predictions were improved when provided with critical moments, just as human experts would be. A broad collection, classification, and annotation of surgical video could help develop DNN capable of predictions across a wide range of surgical tasks. Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Publication History Article published online: 15 February 2022 © 2022. Thieme. All rights reserved. Georg Thieme Verlag KG Rüdigerstraße 14, 70469 Stuttgart, Germany

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,011
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,002
Score d'incertitude au seuil0,010

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,011
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0020,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0000,001
Intégrité de la recherche0,0010,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,065
Tête enseignante GPT0,354
Écart entre enseignants0,289 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeObservationnel
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2022
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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