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Enregistrement W4280540611 · doi:10.1038/s41598-022-11549-2

Expert surgeons and deep learning models can predict the outcome of surgical hemorrhage from 1 min of video

2022· article· en· W4280540611 sur OpenAlexaff
Dhiraj J. Pangal, Guillaume Kugener, Yichao Zhu, Aditya Sinha, Vyom Unadkat, David J. Coté, 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

RevueScientific Reports · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueSurgical Simulation and Training
Établissements canadiensUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesNational Center for Advancing Translational Sciences
Mots-clésNeurosurgeryMedicineHemostasisBlood lossSurgeryPredictive valueInternal medicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Major vascular injury resulting in uncontrolled bleeding is a catastrophic and often fatal complication of minimally invasive surgery. At the outset of these events, surgeons do not know how much blood will be lost or whether they will successfully control the hemorrhage (achieve hemostasis). We evaluate the ability of a deep learning neural network (DNN) to predict hemostasis control ability using the first minute of surgical video and compare model performance with human experts viewing the same video. The publicly available SOCAL dataset contains 147 videos of attending and resident surgeons managing hemorrhage in a validated, high-fidelity cadaveric simulator. Videos are labeled with outcome and blood loss (mL). The first minute of 20 videos was shown to four, blinded, fellowship trained skull-base neurosurgery instructors, and to SOCALNet (a DNN trained on SOCAL videos). SOCALNet architecture included a convolutional network (ResNet) identifying spatial features and a recurrent network identifying temporal features (LSTM). Experts independently assessed surgeon skill, predicted outcome and blood loss (mL). Outcome and blood loss predictions were compared with SOCALNet. Expert inter-rater reliability was 0.95. Experts correctly predicted 14/20 trials (Sensitivity: 82%, Specificity: 55%, Positive Predictive Value (PPV): 69%, Negative Predictive Value (NPV): 71%). SOCALNet correctly predicted 17/20 trials (Sensitivity 100%, Specificity 66%, PPV 79%, NPV 100%) and correctly identified all successful attempts. Expert predictions of the highest and lowest skill surgeons and expert predictions reported with maximum confidence were more accurate. Experts systematically underestimated blood loss (mean error − 131 mL, RMSE 350 mL, R 2 0.70) and fewer than half of expert predictions identified blood loss > 500 mL (47.5%, 19/40). SOCALNet had superior performance (mean error − 57 mL, RMSE 295 mL, R 2 0.74) and detected most episodes of blood loss > 500 mL (80%, 8/10). In validation experiments, SOCALNet evaluation of a critical on-screen surgical maneuver and high/low-skill composite videos were concordant with expert evaluation. Using only the first minute of video, experts and SOCALNet can predict outcome and blood loss during surgical hemorrhage. Experts systematically underestimated blood loss, and SOCALNet had no false negatives. DNNs can provide accurate, meaningful assessments of surgical video. We call for the creation of datasets of surgical adverse events for quality improvement research.

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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesCharge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)
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 enseignants0,833
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

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

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 Opus0,045
Tête enseignante GPT0,286
Écart entre enseignants0,242 · 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 tête enseignante, pas un consensus.

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

Citations24
Publié2022
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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