專(zhuān)家與新手放射科醫(yī)生醫(yī)學(xué)圖像視覺(jué)搜索差異研究.pdf

1、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)通過(guò)非侵入式的檢測(cè)方法，提供了關(guān)于人體組織、器官的結(jié)構(gòu)和功能圖像，已經(jīng)在醫(yī)療診斷中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，單就胸部及乳腺X光片檢查而言，每年全球進(jìn)行約10億人次檢查，每秒平均有120張醫(yī)學(xué)圖像產(chǎn)生。影像的迅速發(fā)展使得臨床醫(yī)生對(duì)病人的病情診斷更加精確，效率更高。但已有研究表明，放射學(xué)檢查中，大約有20-30％的漏報(bào)率。在所有影像檢查中，胸部X光片檢查應(yīng)用最廣，占所有放射影像檢查的40％以上。然而放射科醫(yī)生在胸部X光

2、片診斷時(shí)的漏報(bào)率更高（26％以上）。漏報(bào)危害到患者的生命安全，引起醫(yī)療糾紛，甚至引發(fā)重大醫(yī)療事故。
　　眾多研究表明，專(zhuān)家在醫(yī)學(xué)圖像視覺(jué)搜索的準(zhǔn)確性和反應(yīng)速度均優(yōu)于新手。探明專(zhuān)家優(yōu)異表現(xiàn)背后的認(rèn)知加工機(jī)制有助于提高醫(yī)療診斷績(jī)效，為放射學(xué)領(lǐng)域提供有效的專(zhuān)家成長(zhǎng)模式。本研究將場(chǎng)景知覺(jué)、視覺(jué)搜索等心理學(xué)領(lǐng)域相關(guān)的理論和方法應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像視覺(jué)搜索的研究，采用胸部X光片肺結(jié)節(jié)檢測(cè)任務(wù)，應(yīng)用專(zhuān)家——新手范式，從視覺(jué)復(fù)雜度、任務(wù)因素和線索提示三

3、個(gè)方面探討專(zhuān)家和新手放射科醫(yī)生進(jìn)行醫(yī)學(xué)圖像視覺(jué)搜索的差異。
　　本論文包括三項(xiàng)研究，共8個(gè)實(shí)驗(yàn)，均采用視覺(jué)搜索范式。
　　研究一通過(guò)改變材料的視覺(jué)復(fù)雜度，探索專(zhuān)家與新手放射科醫(yī)生進(jìn)行醫(yī)學(xué)圖像視覺(jué)搜索的差異，包括3個(gè)實(shí)驗(yàn)。
　　實(shí)驗(yàn)1探討專(zhuān)家與新手在不同顯著結(jié)節(jié)醫(yī)學(xué)圖像上的視覺(jué)搜索差異。15名專(zhuān)家和15名新手參加實(shí)驗(yàn)，為2（經(jīng)驗(yàn):專(zhuān)家、新手）×3（結(jié)節(jié)顯著性:高、中、低）的混合設(shè)計(jì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，專(zhuān)家不僅漏報(bào)率更低，且掃描模

4、式更簡(jiǎn)潔高效。在難度高的實(shí)驗(yàn)材料上，專(zhuān)家表現(xiàn)出更大的優(yōu)勢(shì)。在漏報(bào)類(lèi)型上，專(zhuān)家傾向于決策錯(cuò)誤，新手傾向于掃描錯(cuò)誤。同時(shí)研究表明，經(jīng)驗(yàn)和結(jié)節(jié)顯著性共同影響著觀察者的搜索績(jī)效以及注視的分配。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，二者在掃描階段對(duì)圖像的視覺(jué)注視是共同起作用的，而在確認(rèn)階段對(duì)視覺(jué)注視獨(dú)立起作用。研究還表明經(jīng)驗(yàn)僅在掃描階段起促進(jìn)作用。
　　實(shí)驗(yàn)2探討結(jié)節(jié)大小和結(jié)節(jié)位置對(duì)專(zhuān)家與新手進(jìn)行醫(yī)學(xué)圖像視覺(jué)搜索的影響。15名專(zhuān)家和20名新手參加實(shí)驗(yàn)，為2（經(jīng)驗(yàn)

5、:專(zhuān)家、新手）×2（結(jié)節(jié)大小:大、?。?（結(jié)節(jié)位置:隱蔽位置、非隱蔽位置）的混合設(shè)計(jì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，專(zhuān)家在搜索績(jī)效及加工效率方面均優(yōu)于新手，且專(zhuān)家的注視偏好位置與重要的解剖學(xué)區(qū)域有很好的相關(guān)。研究還表明，經(jīng)驗(yàn)和結(jié)節(jié)大小、結(jié)節(jié)位置共同影響著觀察者的搜索績(jī)效及注視的分配。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)驗(yàn)和結(jié)節(jié)大小在掃描階段對(duì)圖像的視覺(jué)注視是共同起作用的，而在確認(rèn)階段二者對(duì)視覺(jué)注視是獨(dú)立起作用的。同時(shí)研究還表明經(jīng)驗(yàn)僅在掃描階段起促進(jìn)作用。
　　實(shí)驗(yàn)3

6、探討結(jié)節(jié)大小和結(jié)節(jié)密度對(duì)專(zhuān)家與新手進(jìn)行醫(yī)學(xué)圖像視覺(jué)搜索的影響。15名專(zhuān)家和15名新手參加實(shí)驗(yàn)，為2（經(jīng)驗(yàn):專(zhuān)家、新手）×2（結(jié)節(jié)大小:大、小）×2（結(jié)節(jié)密度:高密度、低密度）的混合設(shè)計(jì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，專(zhuān)家在搜索績(jī)效及加工效率方面均優(yōu)于新手。研究還表明，經(jīng)驗(yàn)和結(jié)節(jié)密度共同影響著觀察者的搜索績(jī)效以及注視的分配。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)驗(yàn)和結(jié)節(jié)密度在掃描階段對(duì)圖像的視覺(jué)注視是共同起作用的，而在確認(rèn)階段二者對(duì)視覺(jué)注視是獨(dú)立起作用的。同時(shí)研究還表明經(jīng)驗(yàn)僅在

7、掃描階段起促進(jìn)作用。
　　研究二通過(guò)操縱不同的時(shí)間壓力和事件率，探索任務(wù)因素對(duì)專(zhuān)家與新手放射科醫(yī)生進(jìn)行醫(yī)學(xué)圖像視覺(jué)搜索的影響，揭示漏報(bào)錯(cuò)誤產(chǎn)生的機(jī)制。包括2個(gè)實(shí)驗(yàn)。
　　實(shí)驗(yàn)4探討專(zhuān)家與新手在不同時(shí)間壓力條件下的視覺(jué)搜索差異。13名專(zhuān)家和13名新手參加實(shí)驗(yàn)，為2（經(jīng)驗(yàn):專(zhuān)家、新手）×8（時(shí)間壓力:1-8）×2（結(jié)節(jié)大小:大、小）的混合設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明，時(shí)間壓力顯著影響專(zhuān)家與新手的漏報(bào)錯(cuò)誤。8種時(shí)間壓力條件下，專(zhuān)家的敏感性均

8、好于新手。專(zhuān)家與新手在各時(shí)間壓力條件下漏報(bào)錯(cuò)誤的趨勢(shì)略有不同:大結(jié)節(jié)條件下，專(zhuān)家與新手均表現(xiàn)出在10s后的漏報(bào)錯(cuò)誤趨于穩(wěn)定，小結(jié)節(jié)條件下，專(zhuān)家在25s后的漏報(bào)錯(cuò)誤趨于穩(wěn)定，而新手在20s后的漏報(bào)錯(cuò)誤趨于穩(wěn)定。專(zhuān)家與新手均隨著時(shí)間壓力的增加，判斷變得更加保守。
　　實(shí)驗(yàn)5探討專(zhuān)家與新手在不同事件率下的視覺(jué)搜索差異。15名專(zhuān)家和15名新手參加實(shí)驗(yàn)，為2（經(jīng)驗(yàn):專(zhuān)家、新手）×2（事件率:50％、10％）×2（結(jié)節(jié)大小:大、?。┑幕旌显O(shè)計(jì)

9、。研究結(jié)果表明新手在大、小結(jié)節(jié)上的漏報(bào)錯(cuò)誤均出現(xiàn)低事件率效應(yīng)，專(zhuān)家在小結(jié)節(jié)上的漏報(bào)錯(cuò)誤出現(xiàn)低事件率效應(yīng)，但受低事件率的影響程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于新手。研究結(jié)果還表明，低事件率條件下，掃描錯(cuò)誤可能是導(dǎo)致專(zhuān)家與新手漏報(bào)錯(cuò)誤的主要原因。
　　研究三通過(guò)操縱線索提示的不同類(lèi)型，探討線索提示對(duì)專(zhuān)家與新手放射科醫(yī)生進(jìn)行醫(yī)學(xué)圖像視覺(jué)搜索的影響。包括3個(gè)實(shí)驗(yàn)。
　　實(shí)驗(yàn)6探討有、無(wú)線索提示對(duì)專(zhuān)家與新手視覺(jué)搜索的影響。15名專(zhuān)家和20名新手參加實(shí)驗(yàn)，為

10、2（經(jīng)驗(yàn):專(zhuān)家、新手）×2（線索提示類(lèi)別:有、無(wú)）×2（結(jié)節(jié)大小:大、?。?（結(jié)節(jié)位置:隱蔽位置、非隱蔽位置）的混合設(shè)計(jì)。結(jié)果表明，專(zhuān)家在有線索提示下的隱蔽位置小結(jié)節(jié)上的漏報(bào)率低于無(wú)線索提示，而新手在有線索提示下的四種類(lèi)型結(jié)節(jié)上的漏報(bào)率均低于無(wú)線索提示。專(zhuān)家受線索提示的影響程度小于新手。有線索提示條件下，專(zhuān)家與新手搜索目標(biāo)時(shí)的注視次數(shù)和總注視時(shí)間均增多?；匾暣螖?shù)說(shuō)明新手花更多的認(rèn)知資源列提示語(yǔ)進(jìn)行加工。
　　實(shí)驗(yàn)7探討線索提示的

11、權(quán)威水平對(duì)專(zhuān)家與新手視覺(jué)搜索的影響。15名專(zhuān)家和19名新手參加實(shí)驗(yàn)，為2（經(jīng)驗(yàn):專(zhuān)家、新手）×3（線索提示的權(quán)威水平:高、低、無(wú)）的混合設(shè)計(jì)。結(jié)果表明，新手在高權(quán)威線索提示、低權(quán)威線索提示下的漏報(bào)率均低于無(wú)線索提示。專(zhuān)家在高權(quán)威線索提示下的漏報(bào)率低于無(wú)線索提示，但專(zhuān)家受高權(quán)威線索提示的影響程度小于新手。高權(quán)威線索提示增加了專(zhuān)家的注視次數(shù)和總注視時(shí)間;新手在高、低權(quán)威線索提示下的注視次數(shù)和總注視時(shí)間顯著增多。
　　實(shí)驗(yàn)8探討線索提示

12、的一致性對(duì)專(zhuān)家與新手視覺(jué)搜索的影響。16名專(zhuān)家和20名新手參加實(shí)驗(yàn)，為2（經(jīng)驗(yàn):專(zhuān)家、新手）×3（線索提示的一致性:一致、不一致、無(wú)）的混合設(shè)計(jì)。專(zhuān)家在線索提示一致下的漏報(bào)率邊緣高于線索提示不一致，但二者與無(wú)線索提示下的漏報(bào)率差異均不顯著。在線索提示一致時(shí)，專(zhuān)家與新手的漏報(bào)率無(wú)差異;在線索提示不一致時(shí)，專(zhuān)家的漏報(bào)率低于新手。新手在線索提示一致時(shí)的漏報(bào)率低，線索提示不一致時(shí)的高。
　　在本論文研究條件下，得出以下結(jié)論:
　　(

13、1)醫(yī)學(xué)圖像視覺(jué)搜索存在專(zhuān)長(zhǎng)的知覺(jué)編碼優(yōu)勢(shì)效應(yīng)，專(zhuān)家不僅漏報(bào)率更低、而且搜索目標(biāo)更快，掃描模式簡(jiǎn)潔高效，知覺(jué)廣度更大，可以選擇性加工圖像信息。
　　(2)專(zhuān)家的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在難度較高的醫(yī)學(xué)圖像的視覺(jué)搜索。
　　(3)醫(yī)學(xué)圖像對(duì)目標(biāo)物體的識(shí)別是通過(guò)自上而下和自下而上的兩條加工通路的整合而實(shí)現(xiàn)的。但是知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和目標(biāo)物體特征的交互影響在視覺(jué)搜索的不同階段存在著差異，體現(xiàn)在掃描階段二者對(duì)圖像的視覺(jué)注視是共同起作用的，而在確認(rèn)階段二者對(duì)視

14、覺(jué)注視是獨(dú)立起作用的。知識(shí)經(jīng)驗(yàn)僅在掃描階段起促進(jìn)作用。
　　(4)專(zhuān)家與新手的漏報(bào)錯(cuò)誤都受到時(shí)間壓力的影響，但二者在各時(shí)間壓力條件下漏報(bào)錯(cuò)誤的趨勢(shì)不同。醫(yī)學(xué)圖像視覺(jué)搜索的時(shí)間至少要25s。
　　(5)醫(yī)學(xué)圖像視覺(jué)搜索呈現(xiàn)低事件率效應(yīng)特點(diǎn)，新手在大、小結(jié)節(jié)上的漏報(bào)錯(cuò)誤均出現(xiàn)低事件率效應(yīng)，專(zhuān)家在小結(jié)節(jié)上的漏報(bào)錯(cuò)誤出現(xiàn)低事件率效應(yīng)，但專(zhuān)家受低事件率的影響程度小于新手。低事件率條件下，掃描錯(cuò)誤可能是導(dǎo)致專(zhuān)家與新手漏報(bào)錯(cuò)誤的主要原因。