Peräkkäisesti riippuvien havaintovirheiden eristäminen ja lieventäminen kliinisessä visuaalisessa haussa

ERITYISET TAVOITTEET Radiologiset skannaukset ovat erittäin tärkeitä miljoonien potilaiden terveydelle ja hyvinvoinnille [1]. Huolimatta koneoppimisen ja tietokonenäön edistymisestä, lukeminen ja etsiminen radiologisissa skannauksissa riippuu edelleen ihmistarkkailijoiden (radiologien) näköjärjestelmästä. He saavat jatkuvaa koulutusta tuumorien massojen ja poikkeavuuksien tunnistamiseksi parhaiten. Radiologit voivat tutkia satoja ja satoja röntgensäteitä päivittäin ja nähdä useita kuvia peräkkäin. Heidän työnsä pääasiallinen taustaoletus on, että radiologien havainnot ja päätökset nykyisestä röntgenkuvasta ovat täysin riippumattomia aiemmista katseluista. Osallistujat kuitenkin osoittivat äskettäin, että visuaalisella järjestelmällä on visuaalisia sarjariippuvuuksia (VSD) useilla tasoilla havaintokyvystä päätöksentekoon [2, 3]. Nämä peräkkäiset riippuvuudet tarkoittavat, että menneisyydessä nähty vaikuttaa (ja vangitsee) siihen, mitä tällä hetkellä nähdään ja raportoidaan. Teoriassa VSD:t olisivat hyödyllisiä autokorreloituneessa luonnollisessa maailmassa, mutta ne ovat epäoptimaalisia keinotekoisissa tilanteissa suoritettavissa hakutehtävissä, joissa kuvat eivät aina välttämättä liity toisiinsa. Tärkeää on, että havaintokäsittelyn sarjariippuvuudet voivat siten aiheuttaa merkittäviä virheitä diagnostisten hakujen aikana radiologisten skannausten avulla. Tutkijoiden keskeinen hypoteesi on, että VSD:llä voi olla häiritsevä vaikutus radiologisissa etsinnöissä, mikä heikentää kasvainten tai muiden rakenteiden tarkkaa havaitsemista ja tunnistamista. Tätä hypoteesia tukevat tutkijoiden vankat pilottitiedot, jotka osoittavat, että VSD vääristää voimakkaasti objektien luokittelua naiiveissa tarkkailijoissa ja asiantuntijaradiologeissa. Ehdotettujen tutkimusprojektien perusteluna on, että kun on tiedossa, miten sarjariippuvuus syntyy ja miten se vaikuttaa visuaaliseen hakuun, voimme ymmärtää, miten sitä voidaan hallita. Näin ollen kasvaimen havaitsemisen ja diagnoosin tarkkuus voi parantaa merkittävästi. Tämän ehdotuksen erityistavoitteina on määrittää (tavoite 1), tunnistaa (tavoite 2) ja lieventää (tavoite 3) VSD:n vaikutusta visuaalisiin hakutehtäviin kliinisessä ympäristössä.

Tavoite 1: Selvittää peräkkäisten vaikutusten läsnäolo havaintopäätöksenteossa kliinisesti merkityksellisissä tehtävissä.

Tutkijoiden aikaisempi teoreettinen työ peräkkäisistä riippuvuuksista, joka perustuu yksinkertaistettuihin laboratoriokokeisiin, ennustaa, että kliinisesti merkittävissä tehtävissä, kuten kasvaimen etsinnässä ja kuvien tunnistamisessa, pitäisi olla myös peräkkäisiä vaikutuksia. Tutkijat testaavat kasvaimen tunnistamista neljällä eri alueella: kasvaimen havaitseminen, kasvaimen luokittelu, kasvaimen lokalisointi ja hakuajat. Pilottitiedot sekä naiiveista tarkkailijoista että asiantuntijaradiologeista tukevat tutkijoiden hypoteesia, että kliinisesti merkityksellisissä havaintoarvioissa on peräkkäisiä vaikutuksia.

Tavoite 2: Tunnista, että tavoitteen 1 peräkkäiset vaikutukset ovat itse asiassa VSD. Tutkijat testaavat ennustettamme, jonka mukaan tavoitteen 1 peräkkäiset vaikutukset ovat itse asiassa VSD:tä, joka määritellään toiminnallisesti diagnostisten kriteerien avulla: VSD:t on viritetty tilallisesti, ajallisesti ja ominaisuuksien samankaltaisuuden suhteen. Tavoite 2 tunnistaa siksi VSD:n viritys- ja rajaolosuhteet kasvaimen etsinnässä. Tämä on ratkaisevan tärkeää kehitettäessä strategioita VSD:n haitallisten seurausten lieventämiseksi tavoitteessa 3. Pilottitiedot tukevat tämän tavoitteen toteutettavuutta.

Tavoite 3: Paranna radiologien visuaalista hakua vähentämällä VSD:tä. Tavoite 2 määrittelee rajaehdot, joissa VSD toimii kasvaimen etsinnässä. Tavoitteessa 3 kehitetään tehtävämanipulaatioita VSD:n vaikutusten lieventämiseksi. Näiden manipulointien seurauksena visuaalisen haun tehokkuuden pitäisi parantua mitattavissa olevilla tavoilla useilla aloilla (havaitseminen, luokittelu, lokalisointi ja hakuajat). Tavoite 3 on erityisen tärkeä, koska sen avulla tutkijat voivat ehdottaa uusia suuntaviivoja, jotka parantavat kasvaimen tunnistamista radiologisissa skannauksissa tehden radiologien arvioinnista tehokkaampia ja luotettavampia. Maailmanlaajuisesti tarkasteltuna tavoitteissa 1, 2 ja 3 esitetyt tutkimukset antavat tutkijoille mahdollisuuden vahvistaa VSD:n haitallista roolia kriittisen tärkeässä kliinisessä tehtävässä ja pyrkiä vähentämään sitä.