JP2020537205A - 意思決定理論モデルを用いた手術の意思決定支援 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2017年8月23日に出願されたSURGICAL DECISION THEORETIC ANALYSIS(手術の意思決定分析)と題する米国仮特許出願第62/549,272号(その代理人整理番号がMGH 24623である)の優先権を主張する。この出願の全ての内容は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
(1)
但し、sは手術の異なる段階を表す上記組の手術状態S, 132のうちのメンバーであり、Aは上記組の遷移であり、Rは報酬関数137であり、Wは上記組のワールド状態133であり、
は報酬関数に適用される割引率であり、また、
と
は重み係数である。t´に関する総和の用語は、ソフトな合理的なエージェントに対してキャプチャされた、エージェントの将来の軌道での期待される報酬の合計(割引が
)を説明する。
Claims (20)
- システムであって、
患者の手術過程を監視するように位置決めされる少なくとも1つのセンサと、
プロセッサと、
手術の意思決定支援システムを提供するための機器実行可能な命令を記憶する非一時的コンピュータとを含み、
前記機器実行可能な命令は、前記プロセッサによって実行されることで、
少なくとも1つの前記センサからのデータを受信し、受信されたデータから観測結果を生成するセンサインターフェースと、
それぞれが前記手術の異なる段階を表す複数の手術状態と、それぞれの手術状態に用いられ、前記手術状態が与えられた場合に前記センサインターフェースからの与えられた観測結果の少なくとも1つの可能性を表す観測関数と、前記複数の手術状態の状態間で遷移するように、外科医が採用可能な複数のアクションと、それぞれが前記患者、前記手術過程を実施する前記外科医を含む1組の医療従事者及び前記手術過程が実行される環境のうちの1つの状態を表す複数のワールド状態と、それぞれが1つの特定の手術状態が与えられた場合に1つの与えられたワールド状態と別のワールド状態の間で遷移する可能性を表す1組のエフェクタと、それぞれが、1つの特定のワールド状態と前記複数のアクションの1つの選択されたアクションのそれぞれが与えられた場合に1つの与えられた手術状態から別の手術状態へ遷移する可能性を表す1組の遷移確率と、少なくとも2つの順番付けられたペアのうちのそれぞれのペアについてそれぞれの報酬値を定義し、前記少なくとも2つの順番付けられたペアのうちのそれぞれのペアが前記複数の手術状態のうちの1つの手術状態及び前記複数のワールド状態のうちの1つのワールド状態を表す報酬関数とを含む、手術モデルと、
前記センサインターフェースからの少なくとも1つの観測結果から、現在の手術状態及び現在のワールド状態を信念状態として推定するとともに、前記複数のアクションのうちの少なくとも1つを選択して、前記信念状態が与えられた場合に期待される報酬を最適化するエージェントと、
前記複数のアクションのうちの選択された少なくとも1つ、前記手術過程で選択された手術状態に入る可能性及び予想される最終のワールド状態のうちの1つを関連する出力デバイスに提供するユーザインターフェースと、
前記複数のアクションのうちの選択された少なくとも1つ、前記手術過程で選択された手術状態に入る可能性及び予想される最終のワールド状態のうちの前記1つを、人間が理解できる形態でユーザに提供する前記出力デバイスと、を提供することを特徴とするシステム。 - 前記少なくとも1つのセンサは、ビデオのフレームをキャプチャするカメラを備え、前記センサインターフェースは、前記ビデオのフレームにおけるオブジェクトを識別するように配置されるパターン識別分類器を備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記パターン識別分類器は、サポートベクターマシン、回帰型ニューラルネットワーク、畳み込みニューラルネットワーク、及びカプセルネットワークのうちの1つであることを特徴とする請求項2に記載のシステム。
- 前記出力デバイスは、ネットワークインターフェースを含み、前記ネットワークインターフェースは、選択された手術状態に入る可能性が閾値を上回ることに応じて、前記手術過程の手術チームのメンバーに関連するデバイスへ要求を送信することにより、前記手術過程のために追加のリソースを準備するように前記メンバーに対して指示することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記出力デバイスは、前記予想される最終のワールド状態に応じて、前記手術過程に関連する手術の計画の変更を助言するように、前記外科医に警告を提供することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記外科医が現在の手術状態の完全な知識を持っているが、現在のワールド状態の部分的な知識しか持っていないという仮定の下で、前記エージェントは、前記外科医が一連の前記複数のアクションを確定する意思決定をモデル化することにより、少なくとも1つのアクションを選択することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 方法であって、
観測結果を提供するように、患者の手術過程をセンサにおいて監視することと、
前記観測結果及び複数の手術状態のそれぞれに用いられる観測関数から、現在の手術状態を前記複数の手術状態のそれぞれの確率を定義する信念状態として推定し、前記複数の手術状態のそれぞれが、手術の異なる段階を表し、前記観測関数が、前記手術状態が与えられた場合に前記センサインターフェースから与えられた観測結果の少なくとも1つの可能性を表すことと、
前記現在の手術状態と前記観測結果から、複数のワールド状態のうちの1つのワールド状態を推定し、前記複数のワールド状態のそれぞれが、前記患者及び前記手術過程が実行される環境のうちの1つの状態を表すことと、
推定された手術状態、推定されたワールド状態及びモデルから、前記手術過程中で入る少なくとも1つの手術状態を予測することと、
関連する出力デバイスにおいて、予測された少なくとも1つの手術状態を表す出力を提供することとを含むことを特徴とする方法。 - 前記方法は、予測された少なくとも1つの手術状態から前記患者に必要とされる与えられたリソースの可能性を推定することをさらに含み、前記出力を提供することは、前記与えられたリソースに対する要求を前記手術過程に関連する機関でのユーザに送信することを含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記出力を提供することは、予測された少なくとも1つの手術状態が与えられた場合に推奨アクションを前記外科医に伝えることを含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記観測結果を提供するために、患者の手術過程を前記センサにおいて監視することは、前記センサからのデータを判別パターン識別分類器に提供することで前記観測結果を分類出力として提供することを含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記複数のワールド状態のうちの少なくとも1つは、前記患者の身体状況を表すことを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記複数のワールド状態のうちの少なくとも1つは、前記手術過程を実行する医療専門家の属性を表すことを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記方法は、前記モデルを提供することをさらに含み、前記モデルを提供することは、
複数の時系列の観測結果を提供するために、複数の手術過程を監視することと、
前記複数の時系列のそれぞれを注釈することにより、それぞれの観測結果が、対応する手術状態及び1組のワールド状態に関連付けられるようにすることと、
注釈された複数の時系列から、1組の遷移確率、1組のエフェクタ及び複数の手術状態のそれぞれに用いられる観測関数のそれぞれをを学習し、それぞれの前記遷移確率が、1つの特定のワールド状態及び複数のアクションのうちの選択されたアクションが与えられた場合に1つの特定の手術状態から別の手術状態に遷移する可能性を表し、それぞれの前記エフェクタが、1つの特定の手術状態が与えられた場合に1つの特定のワールド状態と別のワールド状態との間で遷移する可能性を表し、前記観測関数が、前記手術状態が与えられた場合に前記センサインターフェースからの与えられた観測結果の少なくとも1つの可能性を表すことと、
関連する報酬関数を生成し、前記報酬関数が少なくとも2つの順番付けられたペアのうちのそれぞれのペアについてそれぞれの報酬値を定義し、前記少なくとも2つの順番付けられたペアのうちのそれぞれのペアが前記複数の手術状態のうちの1つの手術状態及び前記複数のワールド状態のうちの1つのワールド状態を表すことを特徴とする請求項7に記載の方法。 - モデルを提供するための方法であって、
複数の時系列の観測結果を提供するために、センサにおいて複数の手術過程を監視することと、
前記複数の時系列の観測結果から、手術過程の異なる段階を表す複数の手術状態のそれぞれについて、観測関数及び1組の遷移確率を学習し、前記観測関数が、前記手術状態が与えられた場合に前記センサから与えられた観測結果の少なくとも1つの可能性を表し、それぞれの前記遷移確率が、複数のワールド状態の1つの特定のワールド状態及び複数のアクションの選択されたアクションのそれぞれが与えられた場合に、1つの与えられた手術状態から別の手術状態に遷移する可能性を表すことと、
前記複数の時系列の観測結果から、1組のエフェクタを学習し、それぞれの前記エフェクタが、1つの特定の手術状態が与えられた場合に、前記複数のワールド状態の1つの与えられたワールド状態と前記複数のワールド状態の別のワールド状態との間で遷移する可能性を表すことと、
関連する報酬関数を生成し、前記報酬関数が、少なくとも2つの順番付けられたペアのうちのそれぞれのペアについてそれぞれの報酬値を定義し、前記少なくとも2つの順番付けられたペアのうちのそれぞれのペアが前記複数の手術状態のうちの1つの手術状態及び前記複数のワールド状態のうちの1つのワールド状態を表すこととを含むことを特徴とする方法。 - 前記方法は、
観測結果を提供するために、患者の手術過程を前記センサにおいて監視することと、
前記観測結果及び観測関数から、現在の手術状態を、複数の手術状態のそれぞれの確率を定義する信念状態として推定し、前記観測関数が、前記手術状態が与えられた場合に前記センサインターフェースからの与えられた観測結果の少なくとも1つの可能性を表すことと、
前記現在の手術状態から複数のワールド状態のうちの1つのワールド状態を推定することと、
推定された手術状態、推定されたワールド状態及びモデルから、前記手術過程中に入る少なくとも1つの手術状態を予測することと、
関連する出力デバイスにおいて、予測された少なくとも1つの手術状態を表す出力を提供することとをさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。 - 前記方法は、前記複数の時系列のそれぞれを注釈することにより、それぞれの観測結果が、前記複数の手術状態のうちの1つの対応する手術状態及び前記複数のワールド状態の1つのワールド状態に関連付けられるようにすることをさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記複数の時系列のそれぞれを注釈することは、前記センサからのデータをパターン識別システムに提供することを含むことを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 前記複数の手術状態のうちのそれぞれ及び前記複数のワールド状態は、人間の専門家によって選択されることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記複数の手術状態のうちの少なくとも1つは、エキスパートシステムによって前記複数の時系列の観測結果から生成されることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記センサはカメラであり、かつ前記複数の時系列の観測結果のうちのそれぞれは、前記複数の手術過程のうちの1つの手術過程のビデオを含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
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