Künstliche Intelligenz und hyperspektrale Bildgebung zur bildgestützten Assistenz in der minimal-invasiven Chirurgie

Zusammenfassung Hintergrund Intraoperative Bildgebung unterstützt Chirurgen bei minimal-invasiven Eingriffen. Die hyperspektrale Bildgebung („hyperspectral imaging“, HSI) ist ein nichtinvasives und kontaktloses optisches Verfahren mit großem diagnostischem Potenzial in der Medizin. Die Kombination mit Ansätzen der künstlichen Intelligenz (KI) für die Analyse der HSI-Daten wird in diesem Artikel intelligente HSI genannt. Fragestellung Wie kann intelligente HSI in der minimal-invasiven Viszeralchirurgie eingesetzt werden und wo liegen die Vorteile? Material und Methoden Innerhalb verschiedener klinischer Studien wurden HSI-Daten mehrerer In-vivo-Gewebearten und onkologischer Resektate mit einer HSI-Kamera aufgenommen. Verschiedene KI-Algorithmen wurden zur Identifikation und Diskriminierung von Organen, Risikostrukturen und Tumoren evaluiert. Ergebnisse Im Tierversuch konnten 20 verschiedene Organe mit hoher Genauigkeit (> 95 %) mittels KI differenziert werden. In-vivo konnten die Nebenschilddrüse mit einem F1-Score von 47 % und einer Sensitivität von 75 % sowie der Gallengang mit einem F1-Score von 79 % und einer Sensitivität von 90 % vom umliegenden Gewebe diskriminiert werden. Des Weiteren konnte Ex-vivo-Tumorgewebe mit einer Fläche unter der „Receiver-operating-characteristic“(ROC)-Kurve (AUC) größer als 0,91 erfolgreich erkannt werden. Diskussion Die vorliegenden Arbeiten zeigen die Eignung intelligenter HSI zur automatischen Gewebeerkennung. Trotz großer Fortschritte in den letzten zehn Jahren zeigt intelligentes HSI noch Einschränkungen. So sind genauere und für den Benutzer verständlichere KI-Algorithmen sowie umfangreiche standardisierte und kontinuierlich wachsende Datenbanken notwendig. Weitere klinische Studien sollten die vielseitigen Anwendungen stützen und den Einsatz im klinischen Alltag fest etablieren.