El aprendizaje profundo en endoscopia espinal: modelos U-Net para detección de tejido neural
Autores: Lee, Hyung Rae; Rhee, Wounsuk; Chang, Sam Yeol; Chang, Bong-Soon; Kim, Hyoungmin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
El aprendizaje profundo en endoscopia espinal: modelos U-Net para detección de tejido neural
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Cirugía de columna endoscópica
Segmentación de tejido neural
Modelo de aprendizaje profundo
Complicaciones
Arquitectura similar a U-Net
Resultados quirúrgicos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 36
Citaciones: Sin citaciones
La cirugía de columna endoscópica biportal (BESS) es mínimamente invasiva y, por lo tanto, beneficia tanto a cirujanos como a pacientes. Sin embargo, las complicaciones que se deben tener en cuenta incluyen desgarros durales y lesiones en tejido neural. En este estudio, nuestro objetivo fue desarrollar un modelo de aprendizaje profundo para la segmentación de tejido neural con el fin de mejorar la seguridad y eficacia de la cirugía espinal endoscópica. Utilizamos fotogramas extraídos de videos de 28 cirugías de columna endoscópicas, que comprenden 2307 imágenes para entrenamiento y 635 imágenes para validación. Se emplea una arquitectura similar a U-Net para la segmentación de tejido neural. Las evaluaciones cuantitativas incluyen el coeficiente de Dice-Sorensen, el índice de Jaccard, la precisión, la recuperación, la precisión promedio y el tiempo de procesamiento de imágenes. Nuestros hallazgos revelaron que el modelo de mejor rendimiento logró un coeficiente de Dice-Sorensen de 0,824 y un índice de Jaccard de 0,701. Los valores de precisión y recuperación fueron 0,810 y 0,839, respectivamente, con una precisión promedio de 0,890. El modelo procesó imágenes a 43 ms por fotograma, lo que equivale a 23,3 fotogramas por segundo. Las evaluaciones cualitativas indicaron una identificación efectiva de las características del tejido neural. Nuestro modelo basado en U-Net realizó de manera robusta la segmentación de tejido neural, lo que indica su potencial para apoyar a los cirujanos de columna, especialmente a aquellos con menos experiencia, y mejorar los resultados quirúrgicos en procedimientos endoscópicos. Por lo tanto, futuros avances pueden mejorar la aplicabilidad clínica de esta técnica.
Descripción
La cirugía de columna endoscópica biportal (BESS) es mínimamente invasiva y, por lo tanto, beneficia tanto a cirujanos como a pacientes. Sin embargo, las complicaciones que se deben tener en cuenta incluyen desgarros durales y lesiones en tejido neural. En este estudio, nuestro objetivo fue desarrollar un modelo de aprendizaje profundo para la segmentación de tejido neural con el fin de mejorar la seguridad y eficacia de la cirugía espinal endoscópica. Utilizamos fotogramas extraídos de videos de 28 cirugías de columna endoscópicas, que comprenden 2307 imágenes para entrenamiento y 635 imágenes para validación. Se emplea una arquitectura similar a U-Net para la segmentación de tejido neural. Las evaluaciones cuantitativas incluyen el coeficiente de Dice-Sorensen, el índice de Jaccard, la precisión, la recuperación, la precisión promedio y el tiempo de procesamiento de imágenes. Nuestros hallazgos revelaron que el modelo de mejor rendimiento logró un coeficiente de Dice-Sorensen de 0,824 y un índice de Jaccard de 0,701. Los valores de precisión y recuperación fueron 0,810 y 0,839, respectivamente, con una precisión promedio de 0,890. El modelo procesó imágenes a 43 ms por fotograma, lo que equivale a 23,3 fotogramas por segundo. Las evaluaciones cualitativas indicaron una identificación efectiva de las características del tejido neural. Nuestro modelo basado en U-Net realizó de manera robusta la segmentación de tejido neural, lo que indica su potencial para apoyar a los cirujanos de columna, especialmente a aquellos con menos experiencia, y mejorar los resultados quirúrgicos en procedimientos endoscópicos. Por lo tanto, futuros avances pueden mejorar la aplicabilidad clínica de esta técnica.