Artificial intelligence – assisted three-dimensional preoperative planning in liver tumor surgery: a comparative real-world study
https://doi.org/10.47093/2218-7332.2025.16.4.4-19
摘要
Aim. Evaluation of the diagnostic and clinical effectiveness of the HepatoScan AI system, integrating neural network– based computed tomography (CT) analysis and interactive three-dimensional (3D) preoperative modeling in realworld clinical practice.
Materials and methods. A single-center comparative study was conducted, including a prospective cohort with artificial intelligence-assisted (AI) preoperative planning (n = 104) and a purposefully matched retrospective cohort undergoing standard preoperative planning (n = 100). In the AI-assisted group, automated liver and lesion segmentation, 3D volumetry, and stratification of anatomical complexity using the TROPH-L (Tumor – Regional capsule – Outflow veins – Portal vein – Hepatic bile – Localization) classification were applied. Diagnostic performance was assessed at the patient level using sensitivity, specificity, and AUROC (area under the receiver operating characteristic curve), with histopathological confirmation for malignant tumors and expert interpretation of multiphasic CT for benign lesions. Clinical effectiveness was analyzed in patients classified as TROPH-L II–III.
Results. The compared groups were well balanced in terms of demographic and clinical characteristics, lesion parameters, and distribution of TROPH-L categories. In the overall cohort, the use of HepatoScan AI was associated with a higher sensitivity of preoperative diagnosis compared with the standard approach (93.3% vs. 84.2%; p = 0.008), while maintaining high specificity. The AUROC was higher in the AI group (0.954 vs. 0.892), although the difference was not statistically significant; a similar trend was observed across nosological subgroups. Among patients classified as TROPH-L II–III (n = 54 in the AI group and n = 55 in the standard planning group), AI-assisted planning was associated with a shorter operative time (160 vs. 180 minutes; p = 0.01) and reduced intraoperative blood loss (280 vs. 400 mL; p = 0.004). In addition, a higher rate of R0 resections (100% vs. 91.3%) and lower rates of postoperative complications and in-hospital mortality were observed in the AI group, although these differences were not statistically significant.
Conclusion. Integration of the HepatoScan AI system with interactive 3D preoperative planning is associated with improved diagnostic performance and favorable intraoperative metrics in patients with liver tumors, particularly in anatomically complex cases (TROPH-L II–III). These findings highlight the strong potential of the proposed digital technologies to optimize preoperative planning and warrant further prospective multicenter validation.
关于作者
A. Shabunin俄罗斯联邦
M. Tavobilov
俄罗斯联邦
A. Karpov
俄罗斯联邦
M. Aladin
俄罗斯联邦
A. Lantsynova
俄罗斯联邦
K. Abramov
俄罗斯联邦
E. Kudryash
俄罗斯联邦
参考
1. Rumgay H., Arnold M., Ferlay J., et al. Global burden of primary liver cancer in 2020 and predictions to 2040. J Hepatol. 2022 Dec; 77(6): 1598–1606. https://doi.org/10.1016/j.jhep.2022.08.021. Epub 2022 Oct 5. PMID: 36208844
2. Ding Z.B., Shi Y.H., Chen J.F., et al. Recent advances in surgical management strategies for hepatocellular carcinoma. hLife. 2024; 2(9): 439–453. https://doi.org/10.1016/j.hlife.2024.06.007
3. Yang S., Ni H., Zhang A., et al. Impact of postoperative morbidity on the prognosis of patients with hepatocellular carcinoma after laparoscopic liver resection: a multicenter observational study. Sci Rep. 2025 Jan; 15(1): 1724. https://doi.org/10.1038/s41598-024-85020-9. PMID: 39799160
4. Rahman H., Bukht T.F.N., Imran A., et al. A Deep Learning Approach for Liver and Tumor Segmentation in CT Images Using ResUNet. Bioengineering (Basel). 2022 Aug; 9(8): 368. https://doi.org/10.3390/bioengineering9080368. PMID: 36004893
5. Chatzikomnitsa P., Gkaitatzi A.D., Papakonstantinou M., et al. The role of artificial intelligence and 3D printing in minimally invasive liver surgery. Mini-invasive Surg. 2025; 9: 8. https://doi.org/10.20517/2574-1225.2024.78
6. Efstathiou A., Charitaki E., Triantopoulou C., Delis S. Artificial Intelligence and Digital Tools Across the Hepato-Pancreato-Biliary Surgical Pathway: A Systematic Review. J Clin Med. 2025 Sep; 14(18): 6501. https://doi.org/10.3390/jcm14186501. PMID: 41010705
7. Manjunath R.V., Kwadiki K. Modified U-NET on CT images for automatic segmentation of liver and its tumor. Biomedical Engineering Advances. 2022; 4: 100043. https://doi.org/10.1016/j.bea.2022.100043
8. Banchini F., Capelli P., Hasnaoui A., et al. 3-D reconstruction in liver surgery: a systematic review. HPB (Oxford). 2024 Oct; 26(10): 1205–1215. https://doi.org/10.1016/j.hpb.2024.06.006. Epub 2024 Jun 18. PMID: 38960762
9. Yin C., Zhang H., Du J., et al. Artificial intelligence in imaging for liver disease diagnosis. Front Med (Lausanne). 2025 Apr; 12: 1591523. https://doi.org/10.3389/fmed.2025.1591523. PMID: 40351457
10. Zeng X., Tao H., Dong Y., et al. Impact of three-dimensional reconstruction visualization technology on short-term and long-term outcomes after hepatectomy in patients with hepatocellular carcinoma: a propensity-score-matched and inverse probability of treatment-weighted multicenter study. Int J Surg. 2024 Mar; 110(3): 1663–1676. https://doi.org/10.1097/JS9.0000000000001047. PMID: 38241321
11. Agrawal H., Tanwar H., Gupta N. Revolutionizing hepatobiliary surgery: Impact of three-dimensional imaging and virtual surgical planning on precision, complications, and patient outcomes. Artif Intell Gastroenterol. 2025; 6(1): 106746. https://doi.org/10.35712/aig.v6.i1.106746
12. Васильев Ю.А., Владзимирский А.В., Омелянская О.В. и др. MOSMEDSOFT: СТ HepatoScan AI. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ RU 2025683642. Российская Федерация; заявка № 2025682549; дата регистрации 28.08.2025; дата публикации 05.09.2025. / Vasilyev Yu.A., Vladzimirskiy A.V., Omelyanskaya O.V., et al. MOSMEDSOFT: ST HepatoScan AI. Certificate of state registration of computer software No. RU 2025683642. Russian Federation; 2025 (In Russian).
13. Шабунин А.В., Васильев Ю.А., Тавобилов М.М. и др. Разработка системы помощи принятия врачебных решений в диагностике объемных новообразований печени на основе методов искусственного интеллекта. Анналы хирургической гепатологии. 2025; 30(2): 23–32. https://doi.org/10.16931/1995-5464.2025-2-23-32. EDN: NKWRDR /
14. Fedorov A., Beichel R., Kalpathy-Cramer J., et al. 3D Slicer as an image computing platform for the Quantitative Imaging Network. Magn Reson Imaging. 2012 Nov; 30(9): 1323– 1341. https://doi.org/10.1016/j.mri.2012.05.001. PMID: 22770690
15. Dai H., Xiao Y., Fu C., et al. Deep Learning-Based Approach for Identifying and Measuring Focal Liver Lesions on Contrast-Enhanced MRI. J Magn Reson Imaging. 2025 Jan; 61(1): 111– 120. https://doi.org/10.1002/jmri.29404. Epub 2024 Jun 3. PMID: 38826142
16. Mei G., Yu J. Research on CT image segmentation and classification of liver tumors based on attention mechanism and improved U-Net model. Technol Health Care. 2025 Sep; 33(5): 2468–2483. https://doi.org/10.1177/09287329251329294. Epub 2025 Apr 30. PMID: 40302502
17. Montalti R., Rompianesi G., Cassese G., et al. Role of preoperative 3D rendering for minimally invasive parenchyma sparing liver resections. HPB. 2023; 25(8): 915–923. https://doi.org/10.1016/j.hpb.2023.04.008
18. Hori M., Suzuki Y., Sofue K., et al. Artificial intelligence in imaging diagnosis of liver tumors: current status and future prospects. Abdom Radiol (NY). 2025 Jun. https://doi.org/10.1007/s00261-025-05059-8. Epub ahead of print. PMID: 40536541
19. Li L., Cheng S., Li J., et al. Randomized comparison of AI enhanced 3D printing and traditional simulations in hepatobiliary surgery. NPJ Digit Med. 2025 Jun; 8(1): 293. https://doi.org/10.1038/s41746-025-01571-9. PMID: 40457016
补充文件
|
1. Checklist MedinAI for reporting artificial intelligence studies in medicine | |
| 主题 | ||
| 类型 | Research Instrument | |
下载
(4MB)
|
索引源数据 ▾ | |
评论
Журнал «Сеченовский вестник» |
| Sechenov Medical Journal |
Рецензии на рукопись |
| Peer-review reports |
Название / Title | Искусственный интеллект в сочетании с трехмерным предоперационным планированием в хирургии опухолей печени: сравнительное исследование в реальной клинической практике / Artificial intelligence – assisted three-dimensional preoperative planning in liver tumor surgery: a comparative real-world study
|
Раздел / Section
| ХИРУРГИЯ/ SURGERY
|
Тип / Article | Оригинальная статья / Original article |
Номер / Number | 1369
|
Страна/территория / Country/Territory of origin | Россия / Russia |
Язык / Language | Русский / Russian Английский / English
|
Источник / Manuscript source | Инициативная рукопись / Unsolicited manuscript |
Дата поступления / Received | 16.10.2025 |
Тип рецензирования / Type ofpeer-review | Двойное слепое / Double blind |
Язык рецензирования / Peer-review language | Русский / Russian
|
РЕЦЕНЗЕНТ А / REVIEWER A
Инициалы / Initials | 1369_А
|
Научная степень / Scientific degree | Доктор медицинских наук / Dr. of Sci. (Medicine)
|
Страна/территория / Country/Territory | Россия / Russia
|
Дата рецензирования / Date of peer-review | 29.11.2025 |
Число раундов рецензирования / Number of peer-review rounds | 2 |
Финальное решение / Final decision | принять к публикации / accept
|
ПЕРВЫЙ РАУНД РЕЦЕНЗИРОВАНИЯ / FIRST ROUND OF PEER-REVIEW
Представленная к рецензированию статья посвящена актуальной и практически значимой проблеме – внедрению цифровых технологий, а именно искусственного интеллекта (ИИ) и трёхмерного (3D) моделирования, в комплексный процесс диагностики и хирургического лечения пациентов с очаговыми образованиями печени. Работа носит комплексный характер, включая разработку программного обеспечения (HepatoScan AI), создание алгоритма 3D-планирования, предложение оригинальной классификации TROPH-L и их клиническую апробацию.
Актуальность исследования не вызывает сомнений. Новизна работы значительна. Авторы не просто применяют существующие инструменты, а представляют собственную систему поддержки принятия решений (HepatoScan AI) и оригинальную классификацию TROPH-L для стратификации риска.
Исследование проведено на выборке в 204 пациента, которая формально является репрезентативной, однако возникает вопрос по поводу показаний для хирургического лечения кист и гемангиом печени, составляющих подавляющую часть нозологий; необходимо отдельно и подробно обосновать показания для хирургического лечения этих пациентов, так как в настоящее время хирургическое лечение этих заболеваний выполняется достаточно редко.
Дизайн исследования (сравнение ретроспективной и проспективной когорт) в целом адекватен для оценки эффективности нового метода. Использованная литература актуальна.
В процессе рецензирования возникли следующие замечания/комментарии:
- Во введении стоит отметить, что статья касается не только злокачественных очаговых образований печени, но и доброкачественных
- Дизайн исследования: сравнение ретроспективной когорты (2021-2023 гг.) с проспективной (2023-2025 гг.) может внести некоторые искажения в результаты, не связанные с внедрением технологий (например, общее совершенствование хирургической техники, изменение протоколов ведения больных). Целесообразно в разделе «Обсуждение» более детально оговорить это ограничение.
Описание хирургических групп: в таблице 2 представлены демографические и коморбидные показатели, но отсутствует критически важная информация о сравнительных характеристиках самих опухолей (размеры, локализация, количество и т.д.) между группами до лечения. Указано, что в группе 2 средний размер опухоли был несколько больше, но нет сводной таблицы с распределением по размерам, мультифокальности, стадиям (для злокачественных процессов). Без этого сложно оценить сравнимы ли были эти вмешательства по сложности. Какие операции выполняли по поводу кист (если фенестрации, то их неправомочно включать в исследование)? Применялся ли маневр Прингла (одинаково часто в обеих группах?), какую технику использовали при диссекции паренхимы печени? В статье логично дать информацию о характере послеоперационных осложнений и причинах летальности.
Необходимо дополнить статью таблицей, где будут представлены данные о размерах опухолей, их количестве (одиночные/множественные), нозологии (с детализацией для злокачественных: стадия, степень дифференцировки) и, по возможности, ретроспективная оценка сложности по TROPH-L для группы 1. Это значительно усилит убедительность выводов. - Воспроизводимость и описание 3D-моделирования. Раздел, посвященный алгоритму 3D-моделирования, описывает полуавтоматическую сегментацию сосудов. Не указано, кто и с какой воспроизводимостью проводил эту сегментацию, требовалась ли коррекция результатов ИИ-сегментации паренхимы и опухоли. Имеет смысл кратко указать, кем (хирург, рентгенолог, инженер) и на основании каких критериев проводилась доработка моделей. Можно указать среднее время, затрачиваемое на создание одной 3D-модели.
- Интерпретация результатов. Некоторые выводы звучат несколько категорично (например, «повышает качество диагностики, безопасность и эффективность»). Часть результатов, хотя и демонстрирует четкие тенденции (снижение осложнений, летальности, увеличение R0), однако, не везде удалось достичь статистической значимости, вероятно, из-за объема выборки. Целесообразно скорректировать формулировки выводов, сделав их более соответствующими полученным данным. Например: «Внедрение комплекса технологий продемонстрировало достоверное улучшение интраоперационных показателей и точности диагностики, а также показало клинически значимую тенденцию к повышению радикальности операций и снижению частоты послеоперационных осложнений».
- Оформление: в статье встречаются опечатки, что требует коррекции. Необходимо проверить соответствие объема текста техническим требованиям журнала.
В целом, статья является серьезной, научно обоснованной и практико-ориентированной работой. Авторы продемонстрировали не только возможность, но и определенные преимущества интеграции цифровых технологий в реальную клиническую практику хирургии печени. Полученные результаты имеют высокую ценность для отечественного здравоохранения. После устранения указанных недостатков необходимо повторное рецензирование статьи.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ: переработка и повторное рецензирование.
ВТОРОЙ РАУНД РЕЦЕНЗИРОВАНИЯ/ SECOND ROUND OF PEER-REVIEW
Авторы подготовили обновленный вариант статьи с внесенными исправлениями в соответствии с замечаниями. В представленном варианте в статье устранены недочеты, даны пояснения по неоднозначным аспектам (см. первичную рецензию).
Рукопись может быть принята к публикации.
РЕЦЕНЗЕНТ B / REVIEWER B
Инициалы / Initials
1369_В
Научная степень / Scientific degree
Доктор медицинских наук / Dr. of Sci. (Medicine)
Страна/территория / Country/Territory
Россия / Russian
Дата рецензирования / Date of peer-review
07.11.2025
Число раундов рецензирования / Number of peer-review rounds
1
Финальное решение / Final decision
принять к публикации / accept
ПЕРВЫЙ РАУНД РЕЦЕНЗИРОВАНИЯ / FIRST ROUND OF PEER-REVIEW
В представленной статье исследовано влияние интеграции технологий искусственного интеллекта и трёхмерного моделирования на качество диагностики и результаты хирургического лечения больных с объемными образованиями печени.
Проведено клиническое исследование 204 пациентов, разделённых на две группы: ретроспективную (n = 100), проходивших лечение по стандартной тактике и проспективную (n = 104), где применялись HepatoScan AI и трехмерное предоперационное моделирование разработанная система для поддержки принятия врачебных решений. Система обеспечивала автоматическую сегментацию структур печени и очагов по данным КТ с контрастированием. Использован алгоритм 3D-моделирования с расчётом объёма остаточной печени. Проведена стратификация пациентов на условные категории сложности оперативного вмешательства по классификации TROPH-L, объединяющей морфологические и топографо-анатомические параметры опухоли.
В группе с применением ИИ и 3D-планирования отмечено повышение точности предоперационной диагностики, сокращение длительности операций и объёма кровопотери, а также тенденция к снижению частоты послеоперационных осложнений и отсутствие летальных исходов. Система TROPH-L позволила объективизировать оценку анатомических особенностей и предвидеть отдельные сложности вмешательства и запланировать тактику их избежания.
Впервые продемонстрировано влияние объединения ИИ и 3D-моделирования на непосредственные хирургические результаты. Это повышает качество диагностики, безопасность и эффективность хирургических вмешательств при опухолях печени. Система HepatoScan AI и классификация TROPH-L демонстрируют высокий потенциал для широкого внедрения в клиническую практику и формирования цифровых стандартов предоперационного планирования.
Статья безусловно представляет большой интерес для хирургов-гепатологов.
РЕКОМЕНДАЦИИ НАУЧНЫХ РЕДАКТОРОВ ЖУРНАЛА / RECOMMENDATIONS OF THE SCIENTIFIC EDITORS OF THE JOURNAL
Название: уточнить название статьи, отразив дизайн исследования и реальную клиническую практику, избегая чрезмерно общих формулировок.
Метаданные: актуализировать список авторов (включая добавление/исключение соавторов), согласовать порядок и роли. Привести аффилиации к журнальному стандарту: нумерация учреждений, полные названия, адреса.
Переписать аннотацию в формате «Цель – Материалы и методы – Результаты – Заключение» с указанием основных числовых показателей и p‑значений.
Пересмотреть ключевые слова: включить терминологию, релевантную индексируемым базам (КТ, сегментация, хирургические исходы, системы поддержки принятия решений, TROPH‑L и т.п.).
Согласовать русскую и английскую аннотации по структуре, формулировкам цели и ключевым результатам.
Дисклеймеры: оформить разделы «Этика», «Конфликт интересов», «Финансирование», «Благодарности», «Доступ к данным» по шаблону журнала (с точным указанием протокола ЭК и реквизитов НИОКТР/проекта).
Унифицировать терминологию и сокращения (ИИ, КТ, 3D, TROPH‑L, R0‑резекция и т.д.), обеспечить первое расшифровывание в тексте и отдельный список аббревиатур.
Введение
Сократить введение, убрав дублирующие и обзорные фрагменты, сфокусироваться на клинической проблеме и обосновании именно данного дизайна исследования.
Четко сформулировать цель исследования в конце введения в терминах диагностической и клинической эффективности HepatoScan AI + 3D‑планирования.
Материалы и методы
Скорректировать раздел «Материалы и методы» на логичные подразделы (разработка алгоритма, TROPH‑L, 3D‑моделирование, дизайн, набор пациентов, статистика).
Сократить низкоуровневые технические детали (версии библиотек, параметры обучения нейросети), оставив только ключевые методологические характеристики и ссылку на предыдущую публикацию с полным описанием.
Чётко описать критерии включения/невключения, принципы формирования проспективной и ретроспективной когорт, а также метод подбора контрольной группы.
Дописать/уточнить раздел расчёта размера выборки (ожидаемый эффект, α, мощность, требуемое n на группу).
Стандартизировать описание статистических методов (критерии, пакеты, анализ AUROC, сравнение ROC‑кривых, уровень значимости).
Представление результатов
Перенести ключевые числовые данные в таблицы (демография, TROPH‑L, диагностические метрики, хирургические показатели, осложнения) и сократить описательный текст до интерпретации.
Привести формулировки к статистически корректным: явно указывать, где различия значимы, а где речь идет только о тенденции.
Обновить подписи таблиц и рисунков, обеспечить единообразную нумерацию и разъяснение всех аббревиатур в подписях или сносках.
Обсуждение и заключение
Переписать обсуждение с акцентом на собственные результаты и их сопоставление с данными литературы, минимизировать повторение текста результатов.
Смягчить чрезмерно категоричные формулировки («впервые» и т.п.), заменить их на более корректные («соответствует данным», «подтверждает потенциал»).
Сформулировать заключение как краткий ответ на цель исследования: что показано, для каких пациентов, какое практическое значение и какие требуются дальнейшие шаги (например, многoцентровая валидация).
Отредактировать русскую и английскую части на предмет стилистики: убрать разговорные обороты, привести язык к академическому стандарту журнала.
JATS XML



















