Виртуальный операционный ассистент: объяснимый инструмент искусственного интеллекта для симуляционного обучения в хирургии и медицине

Симуляционное обучение все чаще используется для оценки и формирования психомоторных навыков, необходимых в медицине. Применение технологий искусственного интеллекта и машинного обучения открыло новые подходы к использованию больших объемов данных в образовательных целях. Существенной критикой применения искусственного интеллекта в образовании остается недостаточная прозрачность процессов принятия решений алгоритмами. Цель настоящего исследования заключалась в том, чтобы (1) представить новую концепцию симуляционного обучения в хирургии с использованием объяснимого искусственного интеллекта и (2) валидировать эту концепцию путем создания Виртуального операционного ассистента — автоматизированной платформы для предоставления образовательной обратной связи. В исследовании приняли участие 28 опытных участников (14 штатных нейрохирургов, 4 специалистов, проходящих углубленную подготовку, и 10 ординаторов 4–6-го года обучения) и 22 начинающих участника (10 ординаторов 1–3-го года обучения и 12 студентов медицинских вузов). Участники выполняли задачу резекции опухоли головного мозга в субпиальном пространстве в виртуальной реальности на симуляторе NeuroVR с использованием имитатора ультразвукового аспиратора и биполярного инструмента. Были разработаны показатели эффективности, а для обучения и валидации метода опорных векторов в MATLAB применялась перекрестная проверка по схеме «исключение одного наблюдения». Классификатор был объединен с уникальной образовательной системой, что позволило создать Виртуального операционного ассистента, предоставляющего пользователям автоматизированную обратную связь об их результатах по показателям относительно эталонных показателей экспертного уровня. Виртуальный операционный ассистент успешно классифицировал опытных и начинающих участников по четырем показателям; точность, специфичность и чувствительность составили соответственно 92%, 82% и 100%. Для предоставления участникам немедленной визуальной информации об их положении относительно эталонных показателей экспертного уровня была разработана двухэтапная система обратной связи. Описанная образовательная система создает основу для потенциальной интеграции искусственного интеллекта и симуляции виртуальной реальности в хирургическое образование. Возможность связать класс экспертности...