Inteligencia artificial para mejorar la seguridad quirúrgica

Video de seguridad en la colecistectomía laparoscópica

El objetivo del presente estudio es el desarrollo y comprobación de un método concluyente para la evaluación y reporte de la visión crítica de seguridad en los videos quirúrgicos de las colecistectomías laparoscópicas

Autor/a: Mascagni P, Fiorillo C, Urade T, Emre T, Yu T, Wakabayashi T y col.

Fuente: Surg Endosc (2019) https://doi.org/10.1007/s00464-019-07149-3

Indice
1. Texto principal
2. Referencias bibliográficas
Introducción

La colecistectomía laparoscópica (CL) es un procedimiento seguro y a menudo ambulatorio, efectuado en casi 1 millón de ciudadanos estadounidenses anualmente [1]. No obstante, la ocurrencia de lesiones iatrogénicas de la vía biliar (LVB) tuvo un aumento triple con la introducción de la laparoscopía, y actualmente complica a 1 de 200-300 CL, conduciendo a importantes cargas médicas, psicológicas y socioeconómicas [1].

Se ha demostrado que esta temible complicación ocurre debido a una ilusión perceptiva visual, es decir, el cirujano es engañado al creer que está ligando y cortando el conducto cístico, cuando en realidad está manipulando el conducto biliar común [2,3].

Para evitar esta suposición inconsciente, típica de la naturaleza heurística de la percepción visual humana, Strasberg y col. [2], han propuesto la visión crítica de seguridad (VCS), una técnica para la identificación concluyente del conducto cístico.

Para lograr la VCS, el cirujano debe: (a) limpiar el triángulo hepatocístico de tejido adiposo y conectivo, y (b) disecar la parte baja de la vesícula de su lecho en el hígado, para obtener (c) una visión sin obstáculos de sólo dos estructuras tubulares, esto es, el conducto cístico y la arteria cística, ingresando en la vesícula.

La validez de la VCS para prevenir las lesiones iatrogénicas de la vía biliar ha sido probada hasta el punto de que las sociedades quirúrgicas que publican guías sobre el tema, consideran que la VCS es un paso fundamental para una CL segura [4-6].

Sin embargo, la tasa de LVB permanece substancialmente estable y bien por encima de la tasa de 0,1-0,2% reportada en la era de la cirugía abierta [1]. Además del sesgo de optimismo, es decir, la creencia común de muchos cirujanos de que tienen pocas probabilidades de experimentar un evento negativo de baja incidencia, la escasa conciencia y el reporte de la VCS han sido presentados como causas detrás del no descenso en la tasa de LVB.

De hecho, Nijssen y col., han encontrado que los reportes narrativos y los videos endoscópicos de los procedimientos concuerdan sobre la VCS en sólo el 18,7% de los casos, con los primeros reportando un 80% y los últimos un 10,8% de obtención de la VCS [7].

Similarmente, en un estudio sobre CL con una única incisión, los cirujanos reportaron una tasa de obtención de la VCS del 100%, mientras que una evaluación subsecuente de las imágenes endoscópicas asociadas y/o de los videos, encontró una VCS verdadera en el 64% de los casos, con un 12% cumpliendo sólo con uno o ninguno de los criterios de la VCS [8].

Para ofrecer un medio confiable para reportar esa medida de seguridad, Sanford y Strasberg propusieron un método para el registro fotográfico de la VCS, es decir, la “vista doble (“doublet view”) [9]. En consecuencia, el operador toma una imagen anterior (esto es, medial) y una posterior (esto es, lateral) del triángulo hepatocístico disecado, y evalúa las 2 imágenes como una unidad sobre una escala de 6 puntos.

Esa estrategia es relativamente fácil de implementar. No obstante, es menos informativa y coherente que los reportes de videos. En efecto, Emous y col., hallaron que la documentación fotográfica “doble” era más fácil de obtener que los videos (81% vs 59%).

Sin embargo, la VCS fue documentada de manera suficiente en el 70% de las imágenes fijas y en el 96,5% de los videos [10]. Además, la evaluación del video probó ser más objetiva, disminuyendo la variabilidad entre observadores para juzgar la VCS (kappa 1,00 vs 0,69) [10].

Recientemente, la información del video probó ser valiosa para documentar la calidad y seguridad operatorias en la cirugía colorrectal [11]. Los videos endoscópicos son la fuente más preciada de información intraoperatoria, proporcionando información procesable para mejorar la atención quirúrgica. No obstante, para optimizar su valor, se necesita desarrollar métodos para una evaluación objetiva de los videos [12].

Por ejemplo, si se quiere evaluar el flujo de trabajo endoscópico o las habilidades técnicas del operador, tienen que desarrollarse fases adecuadas de segmentación y métricas de calidad válidas, respectivamente [13,14]. Adicionalmente, se deben desarrollar medios para aliviar la carga asociada con el análisis manual y el almacenamiento de los videos completos, para hacer escalable la documentación del video.

Los modelos de aprendizaje profundo capaces de capturar sólo extractos de video valiosos y analizarlos objetivamente podrían proporcionar una solución. Eso podría ser también la base para futuros desarrollos de una guía  de inteligencia artificial intraoperatoria, en tiempo real, durante los procedimientos quirúrgicos.

Como un primer paso en esa dirección, el objetivo del presente estudio es el desarrollo y comprobación de un método consistente para la evaluación y reporte de la VCS en los videos.

Material y métodos

Este es un estudio de un único centro asistencial sobre la documentación en video de la VCS en la CL. El comité médico local de investigación y ética exceptuó al estudio de la Research Involving Human Subjects Act, dado que no se realizaron intervenciones, y a los pacientes tratados en la institución se les pide rutinariamente que firmen un consentimiento informado para la grabación y uso en investigación de los videos endoscópicos.

Los cirujanos involucrados en el estudio brindaron un consentimiento oral y todos los videos endoscópicos fueron anonimizados antes del análisis.

> Evaluación de la VCS en los videos

Los 60 segundos de video previos a la ligadura y sección de las estructuras císticas fueron seleccionados como la parte más informativa del video para documentar la VCS. Primero, se comprobó una adaptación de la vista doble [9,15] en relación con el acuerdo entre los evaluadores.

En esa fase, los revisores evaluaron las visiones anterior y posterior del triángulo hepatocístico, asignado un puntaje de 0 (no alcanzada), 1 (difícil para una evaluación concluyente a causa de visiones obstruidas o problemas técnicos), o 2 (alcanzada), para cada uno de los tres criterios que comprenden la VCS (a, b y c, ya mencionados).

Las visiones anterior y posterior fueron juzgadas como una unidad (esto es, sólo se consideró el puntaje más alto de ambas visiones), las puntuaciones fuero resumidas y se consideró que se había alcanzado la VCS cuando eran ≥ 5/6 [15]. Los revisores evaluaron independientemente la VCS en la misma sección del video, siguiendo un método binario.

Independientemente del punto de vista (esto es, visiones anterior y/o posterior), los revisores evaluaron cada uno de los 3 criterios dándoles un puntaje de 1 (alcanzada) o 0 (no alcanzada). Si el total de la evaluación sumaba 3, entonces se consideró lograda la VCS.

> Recolección de datos y evaluación de la VCS

Se recuperaron los videos endoscópicos de CL consecutivas grabados prospectivamente, realizadas en el Departamento de Cirugía Digestiva del Nouvel Hospital Civil (Estrasburgo, Francia), entre marzo y julio de 2016. Los videos anonimizados de las CL fueron editados para incluir los 60 segundos previos a la ligadura y sección de las estructuras císticas.

Después de una educación comprehensiva sobre el tema, dos cirujanos externos sin conocimiento el uno del otro, valoraron si la VCS era evaluable en los recortes editados de los videos, y la juzgaron de acuerdo con el método adaptado de la vista doble y el esquema binario. En caso de desacuerdo, un cirujano hepatobiliopancreático medió en la disparidad.

> Resultados y análisis estadísticos

Los videos endoscópicos de las CL no evaluables en relación con la VCS (CL primero por el fundus, CL parcial, cirugías abiertas, y registros rotos) fueron descartados del análisis. Se registraron las tasas de cumplimiento de los criterios y de la VCS.

El acuerdo entre los observadores fue calculado con la prueba kappa de Cohen, La fiabilidad entre evaluadores (kappa) fue considerada como casi perfecta (> 0,90), fuerte (0,80 / 0,90), moderada (0,60 / 0,79), débil (0,40 / 0,59), mínima (0,21 / 0,39), o sin acuerdo (0 / 0,20) [16]. Las variables categóricas son presentadas como números y porcentajes.

Resultados

Se recuperaron cien videos endoscópicos de CL. Veintidós de esos videos fueron excluidos del análisis por las siguientes razones: 12 disecciones comenzando por el fondo, 5 colecistectomías parciales, y 5 grabaciones incompletas.

Los elementos de la VCS fueron evaluables en 78 de 78 (100%) de los recortes editados de videos abarcando los 60 seg previos a la ligadura y/o sección de las estructuras císticas.

Después de las dos evaluaciones independientes y la mediación de un tercer cirujano en caso de desacuerdo, la VCS fue alcanzada en 32 de 78 casos de CL (41,03%). El triángulo hepatocístico fue limpiado de tejido adiposo y conectivo, permitiendo una visión del área sin obstrucción en 50 de 78 procedimientos (64,10%). La parte baja de la vesícula fue liberada de su lecho hepático en 41 de 78 casos (52,56%), y se vieron sólo 2 estructuras tubulares ingresando en la vesícula en 62 de 78 videos (79,49%).

Los resultados del acuerdo entre evaluadores usando el método adaptado de la vista doble fueron los siguientes: 83,33% (k=0,54, débil) para la VCS; 65,38% (k=0,45, débil) para la limpieza del triángulo hepatocístico; 61,53% (k=0,36, mínima) para la disección de la vesícula del lecho hepático; y 66,66% (k=0,48, débil) para las 2 estructuras conectadas con la vesícula.

Por otro lado, cuando se utilizó el método binario, los acuerdos entre los evaluadores fueron todos moderados: 88,46% (k=0,75), 82,05% (k=0,62), 88,46% (k=0,77), y 93,59% (k=0,79), respectivamente.

Discusión

La seguridad quirúrgica es un tema significativo de la salud en general. Las salas de operaciones modernas, de manera similar a las cabinas de los pilotos, son entornos de tecnología intensiva, alto riesgo, y trabajo de equipo, que plantean nuevos desafíos para la seguridad del paciente.

La CL y la elevación relacionada de LVB debida a una percepción visual errónea, son un ejemplo de ello. Las estrategias intraoperatorias para disminuir los riesgos quirúrgicos están siendo desarrolladas, e incluyen las listas de verificación, entrenamiento de equipo, dispositivos de seguridad, reportes mejorados, evaluaciones continuas, y auditorías externas [17].

Para implementar esas estrategias, los datos intraoperatorios tienen que ser capturados y sistemáticamente analizados. Esto es particularmente cierto si se quiere ayudar al cirujano operador a través de asistencia computarizada y ciencia de datos quirúrgicos [18]. De hecho, la precisión de los modelos de aprendizaje profundo es intrínsecamente dependiente de la calidad y consistencia de los datos (esto es, entrada y anotaciones) que se usan para entrenar los modelos.

Las imágenes capturadas a través de endoscopios rígidos (esto es, laparoscopios) o flexibles, son la fuente principal de datos en las intervenciones mínimamente invasivas, de ahí el término de cirugía guiada por imágenes, y podrían ser utilizadas también para la evaluación de los reportes y de la calidad.

Las fotografías endoscópicas pueden ser difíciles de evaluar de manera concluyente, obstaculizando la documentación eficiente de una técnica segura de identificación de objetivos tal como la VCS [10]. Buddingh y col., pudieron evaluar la VCS mediante imágenes fijas sólo en el 27% de 63 CL analizadas, reportando un acuerdo débil a mínimo entre los evaluadores [19].

No obstante, en la actualidad, la única estrategia validada disponible para reportar una VCS en la CL, esto es, la vista doble, fue diseñada para reportes fotográficos [9].

Sanford y Strasberg testearon su esquema de evaluación de 6 puntos en fotografías tomadas durante 28 procedimientos y encontraron que los 2 revisores concordaron o estuvieron de acuerdo en 1 punto, en 81 de 84 (96,43%) imágenes (28 anteriores, 28 posteriores y 28 dobles).

Sin embargo, faltó información específica sobre las concordancias entre evaluadores [9]. Para señalar, las visiones individuales (esto es, anterior o posterior) tuvieron puntajes significativamente más bajos que las vistas dobles, pasando esta última información aumentada al revisor [9].

Los videos son una presentación rápida y secuencial de imágenes fijas, lo que aumenta exponencialmente la información transmitida al observador y permite una evaluación dinámica de las imágenes. Los estudios publicados valorando la VCS en los videos utilizaron métodos no validados de evaluación.

En un estudio sobre intervención docente para aumentar el uso de la VCS, 2 revisores evaluaron 50 videos editados para incluir los 30 segundos previos a la ligadura del conducto cístico, utilizando una adaptación de la escala de 6 puntos de la vista doble, reportando un kappa de 0,65 (concordancia moderada) [20].

Igualmente, en un estudio comparando VCS de fuentes múltiples versus evaluación experta de la VCS, 5 expertos evaluaron 40 segmentos de video de 60 seg de CL, reportando una estadística alfa de Krippendorff y un coeficiente de correlación intraclase de 0,72 (bueno, pruebas de bajo riesgo) [15].

Esos estudios evaluaron cada uno de los 3 criterios de la VCS en una escala de 0 a 2, tal como Sanford y col., propusieron para el reporte fotográfico [9]. De acuerdo con ese método, se asigna un puntaje de 1 a un criterio que no puede ser evaluado de manera concluyente.

En las imágenes fijas, las interpretaciones dudosas ocurren cuando se superponen las estructuras anatómicas, se pierden las perspectivas, los instrumentos o el humo obstruyen la visión, la cámara está fuera de foco o está muy distante, o cuando hay malas condiciones de luz (Fig. 1).

Los videos permiten una evaluación más concluyente de la VCS, aún si uno o más cuadros presentan las limitaciones mencionadas. Como resultado de ello, en los videos, cada criterio debe ser evaluado como alcanzado o no, de manera binaria. Por lo tanto, si se obtienen los 3 criterios, entonces se trata de una VCS.

FIGURA 1: Imágenes fijas en las que es difícil evaluar de manera concluyente los criterios de la VCS. De acuerdo con el método de la vista doble, estas imágenes podrían tener una puntuación de 1 sobre 2, porque no es factible una evaluación definitiva en los siguientes aspectos: en (a) en la disección completa del triángulo hepatocístico, especialmente en la porción entre la arteria cística y la placa cística (“segunda ventana”); en (b) en la separación de la vesícula de la placa cística; y en (c) en las 2 estructuras conectadas a la vesícula y la disección entre ellas. En los videos, esos límites son superados gracias a la evaluación secuencial de múltiples cuadros.

Un estudio holandés evaluando si se había alcanzado la VCS en videos endoscópicos de pacientes con LVB, fue el primero en utilizar un cuestionario en donde los criterios eran considerados como alcanzados o no [7].

En ese estudio, 3 observadores revisaron 65 videos reportando una concordancia casi perfecta entre los evaluadores para la VCS (k=0,96), y para cada criterio de la siguiente manera: k=0,99 para la limpieza del triángulo hepatocístico, k=0,97 para la separación de la vesícula de su lecho hepático, y k=0,97 para las 2 estructuras tubulares conectadas a la vesícula [7].

En un estudio subsiguiente del mismo grupo, 2 revisores evaluando 299 videos de CL, reportaron un kappa de 0,89 (fuerte concordancia) para el logro de la VCS, y valores de kappa similares para el logro de cada uno de los 3 criterios (0,89, 0,89 y 0,92, respectivamente) [21].

Un solo estudio utilizando este esquema de evaluación binaria reportó una confiabilidad entre evaluadores mínima o débil. No obstante, una limitación mayor de ese estudio fue que los 10 revisores fueron residentes de cirugía de 1er año, que miraron un video educacional sobre la VCS de 2 minutos de duración.

En el presente estudio, 78 videos endoscópicos de CL fueron editados para incluir los 60 seg previos a la sección de las estructuras císticas y fueron evaluados en relación con la VCS, usando ya sea un método adaptado de vista doble o uno binario. Se encontró que la VCS era evaluable en todos los extractos de video endoscópico de un minuto de duración.

Después de la mediación, se consideró que la VCS fue alcanzada en el 41,03% de los casos, siendo el criterio que evalúa la disección de la parte más baja de la vesícula de la placa cística el menos logrado (52,56%).

La concordancia entre evaluadores utilizando el esquema de evaluación binaria fue más alta cuando se usó el método adaptado de la vista doble, en términos de la VCS (k 0,54 vs 0,75), y singularmente para cada uno de los criterios: k= 0,45 vs 0,62 para la disección del triángulo hepatocístico; k= 0,36 vs 0,77 para la separación de la parte inferior de la vesícula de la placa cística; y k= 0,48 vs 0,79 para las 2 estructuras que se ven entrando en la vesícula.

La principal limitación de este estudio es la falta de validación externa, lo que impide una generalización de los resultados. No obstante, estos resultados están en línea con otros estudios utilizando un método similar.

Conclusión

Hasta donde llega el conocimiento de los autores del presente trabajo, este estudio es el primero en formalizar un método para la documentación en video de la VCS. Los videos de las CL editados para presentar los 60 seg previos a la ligadura de las estructuras císticas, pueden ser usados para reportar la VCS, disminuyendo la carga asociada con la revisión y el almacenamiento del metraje completo de los procedimientos endoscópicos.

Adicionalmente, la evaluación binaria de los criterios para la VCS en los videos de CL, permite valoraciones más concluyentes que los métodos utilizados previamente. En conjunto, estos resultados sugieren que la documentación objetiva en video de la VCS es factible, recomendando el uso de esta estrategia de reporte para promover una cultura de seguridad en la colecistectomía.

Se está realizando un esfuerzo para automatizar la evaluación de esta verificación de seguridad y ofrecer una herramienta de orientación intraoperatoria.

Comentario y resumen objetivo: Dr. Rodolfo D. Altrudi