與數(shù)據(jù)科學(xué)研究所的跨學(xué)科研究產(chǎn)生了一種很有前途的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，可以有效地跟蹤復(fù)雜的手術(shù)活動(dòng)，從而有可能改善患者的治療效果、安全性和文件記錄。

TingYan“Nicholas”Deng是一名主修計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)的三年級(jí)學(xué)生，他使用類似于控制自動(dòng)駕駛汽車的算法開發(fā)了一種技術(shù)，該技術(shù)可以分析戴在外科醫(yī)生脖子上的攝像頭拍攝的手術(shù)視頻。

該項(xiàng)目是與開發(fā)伯努瓦Dawant，電氣工程教授和計(jì)算機(jī)科學(xué)與主任的外科手術(shù)和工程范德比爾特研究所和亞歷山大Langerman，耳鼻咽喉-頭頸外科的副教授，和2020年的虎鉗醫(yī)師在住所。

“視頻是手術(shù)室里發(fā)生的事情的最終客觀記錄，”蘭格曼說。“如果患者需要第二次手術(shù)，外科醫(yī)生可以準(zhǔn)確地看到第一次手術(shù)期間發(fā)生的情況。從更大的角度考慮，手術(shù)視頻可以確定提高外科醫(yī)生績效的方法以及影響患者結(jié)果的因素。我們只需要確保我們捕捉到了正確的東西。”

鄧的工作進(jìn)一步改進(jìn)了手術(shù)視頻：確保攝像機(jī)始終對(duì)準(zhǔn)正確的位置。

文章“使用掩模R-CNN自動(dòng)檢測開放頸部手術(shù)視頻中的手術(shù)傷口”發(fā)表在光光學(xué)儀器工程師協(xié)會(huì)會(huì)議論文集上。這項(xiàng)工作是第一個(gè)已知的使用第一人稱視頻片段進(jìn)行開放式手術(shù)傷口檢測的演示。

鄧在手術(shù)視頻上訓(xùn)練了一種名為“maskR-CNN”的算法，以分割和跟蹤手術(shù)傷口，同時(shí)不受許多手、儀器和材料的干擾，這些手、儀器和材料不斷改變光線條件并遮擋視野。這種持續(xù)的活動(dòng)使應(yīng)用maskR-CNN成為一項(xiàng)困難且技術(shù)含量高的挑戰(zhàn)。在處理了一千多張圖像后，maskR-CNN可以量化傷口、外科醫(yī)生的手和手術(shù)器械之間的相對(duì)距離和運(yùn)動(dòng)。

“對(duì)于使用相對(duì)較少的視頻，該算法的表現(xiàn)非常好，”蘭格曼說。“我相信我們正在開發(fā)一種高度可靠的技術(shù)來檢測開放手術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵元素。”

“這次合作有非常有趣的組成部分。在開發(fā)maskR-CNN的過程中，TingYan帶來了他的創(chuàng)造性和堅(jiān)定的態(tài)度，”Dawant說。“我們對(duì)這項(xiàng)工作的發(fā)展方向持樂觀態(tài)度。”

從2020年1月開始這項(xiàng)工作，鄧在機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)方面沒有太多經(jīng)驗(yàn)。他覺得他在數(shù)據(jù)科學(xué)研究所舉辦的研討會(huì)上對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)有了更具體的認(rèn)識(shí)，并且能夠應(yīng)用這些課程來學(xué)習(xí)其他算法結(jié)構(gòu)。從這次經(jīng)歷中，鄧對(duì)攻讀數(shù)據(jù)科學(xué)研究生學(xué)位產(chǎn)生了興趣。

“這個(gè)項(xiàng)目最酷的部分是它的跨學(xué)科性質(zhì)，”鄧說。“處理醫(yī)學(xué)圖像并不容易，因?yàn)榇蠖鄶?shù)圖像都不是公開可用的。我很高興參與這樣一個(gè)獨(dú)特的項(xiàng)目，為手術(shù)帶來創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)算法。”

鄧的研究得到了VISE的支持。他正在撰寫兩篇學(xué)術(shù)論文：一篇將maskR-CNN結(jié)果和方法與現(xiàn)有方法進(jìn)行比較，另一篇是關(guān)于跟蹤手術(shù)器械的第二種對(duì)象檢測算法。今年夏天，鄧將通過VISE獎(jiǎng)學(xué)金繼續(xù)他的工作。

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