Izolace a zmírnění sekvenčně závislých percepčních chyb v klinickém vizuálním vyhledávání

SPECIFICKÉ CÍLE Radiologická vyšetření jsou kriticky důležitá pro zdraví a pohodu milionů pacientů [1]. Navzdory pokrokům v oblasti strojového učení a počítačového vidění závisí čtení a vyhledávání v radiologických skenech stále na vizuálním systému lidských pozorovatelů (radiologů), kteří absolvují průběžné školení, aby co nejlépe detekovali nádorové hmoty a anomálie. Radiologové mohou denně zkoumat stovky a stovky rentgenových paprsků a vidět několik snímků jeden po druhém. Hlavním základním předpokladem jejich práce je, že vjemy a rozhodnutí radiologů o aktuálním rentgenovém snímku jsou zcela nezávislé na předchozích pozorováních. Účastníci však nedávno prokázali, že vizuální systém má vizuální sériové závislosti (VSD) na mnoha úrovních, od vnímání až po rozhodování [2, 3]. Tyto sekvenční závislosti znamenají, že to, co bylo viděno v minulosti, ovlivňuje (a zachycuje) to, co je v tuto chvíli viděno a hlášeno. Teoreticky by VSD byly užitečné v autokorelovaném přirozeném světě, ale jsou suboptimální při vyhledávacích úkolech prováděných v umělých situacích, kde obrázky nemusí vždy souviset. Důležité je, že sériové závislosti v percepčním zpracování by tak mohly způsobit významné chyby během diagnostického vyhledávání prostřednictvím radiologických skenů. Ústřední hypotézou vyšetřovatelů je, že VSD může mít rušivý účinek při radiologickém vyhledávání, který zhoršuje přesnou detekci a rozpoznávání nádorů nebo jiných struktur. Tuto hypotézu podporují robustní pilotní data vyšetřovatelů, která ukazují, že VSD silně zkresluje klasifikaci objektů u naivních pozorovatelů a odborných radiologů. Důvodem pro navrhované výzkumné projekty je to, že jakmile je známo, jak sériová závislost vzniká a jak ovlivňuje vizuální vyhledávání, můžeme pochopit, jak ji ovládat. Přesnost detekce a diagnózy nádoru se tedy může výrazně zlepšit. Konkrétními cíli tohoto návrhu je stanovit (cíl 1), identifikovat (cíl 2) a zmírnit (cíl 3) dopad VSD na úkoly vizuálního vyhledávání v klinickém prostředí.

Cíl 1: Prokázat přítomnost sekvenčních efektů v percepčním rozhodování u klinicky relevantních úkolů.

Předchozí teoretická práce výzkumníků na sekvenčních závislostech, založená na zjednodušených laboratorních experimentech, předpovídá, že by také měly existovat sekvenční účinky v klinicky relevantních úkolech, jako je vyhledávání a rozpoznávání nádorů v obrazech. Výzkumníci budou testovat rozpoznávání nádoru ve čtyřech různých doménách: detekce nádoru, klasifikace nádoru, lokalizace nádoru a časy vyhledávání. Pilotní data od naivních pozorovatelů i odborných radiologů podporují hypotézu výzkumníků, že v klinicky relevantních percepčních úsudcích existují sekvenční účinky.

Cíl 2: Identifikujte, že sekvenční efekty v Cíli 1 jsou ve skutečnosti VSD. Vyšetřovatelé otestují naši předpověď, že sekvenční efekty v Cíli 1 jsou ve skutečnosti VSD, které je funkčně definováno sadou diagnostických kritérií: VSD jsou laděny prostorově, časově a na podobnosti funkcí. Cíl 2 tedy identifikuje ladění a okrajové podmínky VSD při vyhledávání nádorů. To je zásadní pro rozvoj strategií ke zmírnění škodlivých následků VSD v cíli 3. Pilotní data podporují proveditelnost tohoto cíle.

Cíl 3: Zlepšit výkon vizuálního vyhledávání u radiologů zmírněním VSD. Cíl 2 bude definovat okrajové podmínky, za kterých VSD působí při vyhledávání nádorů. Cíl 3 vyvine manipulace s úkoly ke zmírnění dopadu VSD. V důsledku těchto manipulací by se měl výkon vizuálního vyhledávání zlepšit měřitelným způsobem v několika doménách (detekce, klasifikace, lokalizace a časy vyhledávání). Cíl 3 je obzvláště zásadní, protože umožní výzkumníkům navrhnout nové pokyny, které zlepší rozpoznávání nádorů při radiologických skenech, čímž se úsudky radiologů stanou účinnějšími a spolehlivějšími. Celkově vzato, navrhované studie v cílech 1, 2 a 3 umožní výzkumníkům stanovit a pracovat na zmírnění škodlivé role VSD v kriticky důležitém klinickém úkolu.