專家與新手放射科醫(yī)生醫(yī)學圖像視覺搜索差異研究.pdf

1、現(xiàn)代醫(yī)學影像技術通過非侵入式的檢測方法，提供了關于人體組織、器官的結構和功能圖像，已經在醫(yī)療診斷中發(fā)揮著越來越重要的作用。據統(tǒng)計，單就胸部及乳腺X光片檢查而言，每年全球進行約10億人次檢查，每秒平均有120張醫(yī)學圖像產生。影像的迅速發(fā)展使得臨床醫(yī)生對病人的病情診斷更加精確，效率更高。但已有研究表明，放射學檢查中，大約有20-30％的漏報率。在所有影像檢查中，胸部X光片檢查應用最廣，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、片診斷時的漏報率更高（26％以上）。漏報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，專家在醫(yī)學圖像視覺搜索的準確性和反應速度均優(yōu)于新手。探明專家優(yōu)異表現(xiàn)背后的認知加工機制有助于提高醫(yī)療診斷績效，為放射學領域提供有效的專家成長模式。本研究將場景知覺、視覺搜索等心理學領域相關的理論和方法應用于醫(yī)學圖像視覺搜索的研究，采用胸部X光片肺結節(jié)檢測任務，應用專家——新手范式，從視覺復雜度、任務因素和線索提示三

3、個方面探討專家和新手放射科醫(yī)生進行醫(yī)學圖像視覺搜索的差異。
　　本論文包括三項研究，共8個實驗，均采用視覺搜索范式。
　　研究一通過改變材料的視覺復雜度，探索專家與新手放射科醫(yī)生進行醫(yī)學圖像視覺搜索的差異，包括3個實驗。
　　實驗1探討專家與新手在不同顯著結節(jié)醫(yī)學圖像上的視覺搜索差異。15名專家和15名新手參加實驗，為2（經驗:專家、新手）×3（結節(jié)顯著性:高、中、低）的混合設計。結果發(fā)現(xiàn)，專家不僅漏報率更低，且掃描模

4、式更簡潔高效。在難度高的實驗材料上，專家表現(xiàn)出更大的優(yōu)勢。在漏報類型上，專家傾向于決策錯誤，新手傾向于掃描錯誤。同時研究表明，經驗和結節(jié)顯著性共同影響著觀察者的搜索績效以及注視的分配。進一步分析發(fā)現(xiàn)，二者在掃描階段對圖像的視覺注視是共同起作用的，而在確認階段對視覺注視獨立起作用。研究還表明經驗僅在掃描階段起促進作用。
　　實驗2探討結節(jié)大小和結節(jié)位置對專家與新手進行醫(yī)學圖像視覺搜索的影響。15名專家和20名新手參加實驗，為2（經驗

5、:專家、新手）×2（結節(jié)大小:大、?。?（結節(jié)位置:隱蔽位置、非隱蔽位置）的混合設計。結果發(fā)現(xiàn)，專家在搜索績效及加工效率方面均優(yōu)于新手，且專家的注視偏好位置與重要的解剖學區(qū)域有很好的相關。研究還表明，經驗和結節(jié)大小、結節(jié)位置共同影響著觀察者的搜索績效及注視的分配。進一步分析發(fā)現(xiàn)，經驗和結節(jié)大小在掃描階段對圖像的視覺注視是共同起作用的，而在確認階段二者對視覺注視是獨立起作用的。同時研究還表明經驗僅在掃描階段起促進作用。
　　實驗3

6、探討結節(jié)大小和結節(jié)密度對專家與新手進行醫(yī)學圖像視覺搜索的影響。15名專家和15名新手參加實驗，為2（經驗:專家、新手）×2（結節(jié)大小:大、?。?（結節(jié)密度:高密度、低密度）的混合設計。結果發(fā)現(xiàn)，專家在搜索績效及加工效率方面均優(yōu)于新手。研究還表明，經驗和結節(jié)密度共同影響著觀察者的搜索績效以及注視的分配。進一步分析發(fā)現(xiàn)，經驗和結節(jié)密度在掃描階段對圖像的視覺注視是共同起作用的，而在確認階段二者對視覺注視是獨立起作用的。同時研究還表明經驗僅在

7、掃描階段起促進作用。
　　研究二通過操縱不同的時間壓力和事件率，探索任務因素對專家與新手放射科醫(yī)生進行醫(yī)學圖像視覺搜索的影響，揭示漏報錯誤產生的機制。包括2個實驗。
　　實驗4探討專家與新手在不同時間壓力條件下的視覺搜索差異。13名專家和13名新手參加實驗，為2（經驗:專家、新手）×8（時間壓力:1-8）×2（結節(jié)大小:大、小）的混合設計。研究結果表明，時間壓力顯著影響專家與新手的漏報錯誤。8種時間壓力條件下，專家的敏感性均

8、好于新手。專家與新手在各時間壓力條件下漏報錯誤的趨勢略有不同:大結節(jié)條件下，專家與新手均表現(xiàn)出在10s后的漏報錯誤趨于穩(wěn)定，小結節(jié)條件下，專家在25s后的漏報錯誤趨于穩(wěn)定，而新手在20s后的漏報錯誤趨于穩(wěn)定。專家與新手均隨著時間壓力的增加，判斷變得更加保守。
　　實驗5探討專家與新手在不同事件率下的視覺搜索差異。15名專家和15名新手參加實驗，為2（經驗:專家、新手）×2（事件率:50％、10％）×2（結節(jié)大小:大、?。┑幕旌显O計

9、。研究結果表明新手在大、小結節(jié)上的漏報錯誤均出現(xiàn)低事件率效應，專家在小結節(jié)上的漏報錯誤出現(xiàn)低事件率效應，但受低事件率的影響程度遠遠小于新手。研究結果還表明，低事件率條件下，掃描錯誤可能是導致專家與新手漏報錯誤的主要原因。
　　研究三通過操縱線索提示的不同類型，探討線索提示對專家與新手放射科醫(yī)生進行醫(yī)學圖像視覺搜索的影響。包括3個實驗。
　　實驗6探討有、無線索提示對專家與新手視覺搜索的影響。15名專家和20名新手參加實驗，為

10、2（經驗:專家、新手）×2（線索提示類別:有、無）×2（結節(jié)大小:大、?。?（結節(jié)位置:隱蔽位置、非隱蔽位置）的混合設計。結果表明，專家在有線索提示下的隱蔽位置小結節(jié)上的漏報率低于無線索提示，而新手在有線索提示下的四種類型結節(jié)上的漏報率均低于無線索提示。專家受線索提示的影響程度小于新手。有線索提示條件下，專家與新手搜索目標時的注視次數和總注視時間均增多?；匾暣螖嫡f明新手花更多的認知資源列提示語進行加工。
　　實驗7探討線索提示的

11、權威水平對專家與新手視覺搜索的影響。15名專家和19名新手參加實驗，為2（經驗:專家、新手）×3（線索提示的權威水平:高、低、無）的混合設計。結果表明，新手在高權威線索提示、低權威線索提示下的漏報率均低于無線索提示。專家在高權威線索提示下的漏報率低于無線索提示，但專家受高權威線索提示的影響程度小于新手。高權威線索提示增加了專家的注視次數和總注視時間;新手在高、低權威線索提示下的注視次數和總注視時間顯著增多。
　　實驗8探討線索提示

12、的一致性對專家與新手視覺搜索的影響。16名專家和20名新手參加實驗，為2（經驗:專家、新手）×3（線索提示的一致性:一致、不一致、無）的混合設計。專家在線索提示一致下的漏報率邊緣高于線索提示不一致，但二者與無線索提示下的漏報率差異均不顯著。在線索提示一致時，專家與新手的漏報率無差異;在線索提示不一致時，專家的漏報率低于新手。新手在線索提示一致時的漏報率低，線索提示不一致時的高。
　　在本論文研究條件下，得出以下結論:
　　(

13、1)醫(yī)學圖像視覺搜索存在專長的知覺編碼優(yōu)勢效應，專家不僅漏報率更低、而且搜索目標更快，掃描模式簡潔高效，知覺廣度更大，可以選擇性加工圖像信息。
　　(2)專家的優(yōu)勢表現(xiàn)在難度較高的醫(yī)學圖像的視覺搜索。
　　(3)醫(yī)學圖像對目標物體的識別是通過自上而下和自下而上的兩條加工通路的整合而實現(xiàn)的。但是知識經驗和目標物體特征的交互影響在視覺搜索的不同階段存在著差異，體現(xiàn)在掃描階段二者對圖像的視覺注視是共同起作用的，而在確認階段二者對視

14、覺注視是獨立起作用的。知識經驗僅在掃描階段起促進作用。
　　(4)專家與新手的漏報錯誤都受到時間壓力的影響，但二者在各時間壓力條件下漏報錯誤的趨勢不同。醫(yī)學圖像視覺搜索的時間至少要25s。
　　(5)醫(yī)學圖像視覺搜索呈現(xiàn)低事件率效應特點，新手在大、小結節(jié)上的漏報錯誤均出現(xiàn)低事件率效應，專家在小結節(jié)上的漏報錯誤出現(xiàn)低事件率效應，但專家受低事件率的影響程度小于新手。低事件率條件下，掃描錯誤可能是導致專家與新手漏報錯誤的主要原因。