O Papel da IA nas Decisões de Tratamento do Câncer
Estudo mostra como a IA ajuda os médicos a escolherem tratamentos para câncer.
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Índice
O tratamento do câncer é complicado. Novas terapias e a disponibilidade de dados detalhados sobre os pacientes tornaram possível oferecer planos de tratamento mais personalizados. Esses planos podem mudar dependendo de como o paciente reage ao longo do tempo, com o objetivo de tornar os Tratamentos mais eficazes e reduzir os efeitos colaterais. No entanto, a natureza do câncer pode dificultar a busca pela melhor abordagem. Muitas opções existem, e os dados envolvidos costumam ser complexos e incertos. Por isso, é importante encontrar maneiras de tornar o tratamento personalizado mais eficaz. É aqui que a inteligência artificial (IA) entra em cena. Ferramentas de IA podem analisar respostas ao tratamento, prever resultados e sugerir os melhores planos de tratamento. No entanto, essas ferramentas nem sempre são precisas e podem ter preconceitos com base nos dados que foram treinadas. Portanto, confiar demais ou de menos na IA pode levar a Decisões de tratamento menos eficazes. É crucial estudar como Médicos e IA podem trabalhar juntos antes de definir estratégias de tratamento para condições graves como o câncer.
Visão Geral do Estudo
Neste estudo, os pesquisadores examinaram como os médicos trabalham com ferramentas de IA ao tomar decisões de tratamento em um tipo específico de terapia chamada radioterapia adaptativa baseada em resposta e conhecimento (KBR-ART). Essa terapia tem três etapas principais: avaliar um paciente antes do tratamento, avaliar como o paciente responde durante o tratamento e, em seguida, ajustar o tratamento conforme necessário.
Durante a fase de avaliação, os médicos olham para a resposta do paciente comparando dados coletados antes e durante o tratamento. Então, na fase de adaptação, eles modificam o plano de tratamento com base nessa resposta. A ferramenta de IA usada neste estudo se chama ARCliDS. Esse software utiliza algoritmos avançados para analisar os dados dos pacientes e sugerir mudanças em seus planos de tratamento.
Antes do estudo, a ferramenta ARCliDS foi desenvolvida usando dados passados de pacientes com câncer de pulmão de células não pequenas (NSCLC) e câncer de fígado (HCC) que receberam diferentes tipos de terapia de radiação. Os pesquisadores montaram um experimento para comparar as decisões dos médicos sem a ajuda da IA e com assistência da IA. Os médicos foram solicitados a determinar ajustes de dose durante o tratamento, avaliar sua confiança nas decisões e compartilhar seu nível de confiança nas recomendações da IA.
Design do Estudo
Os pesquisadores projetaram módulos na web para o estudo que imitaram o processo de tomada de decisão da KBR-ART. Na primeira fase, os médicos revisaram o plano de tratamento de um paciente e os dados de imagem, e então tomaram sua decisão de dose junto com uma classificação de confiança de 0 a 5. Na segunda fase, os médicos receberam a recomendação da IA com base na análise da resposta ao tratamento. Eles então reintroduziram sua decisão e nível de confiança.
Para ajudar os médicos a confiarem nas recomendações da IA, os pesquisadores incluíram recursos como gráficos visuais mostrando potenciais resultados do tratamento e a incerteza nas previsões. Eles coletaram dados sobre como os médicos se sentiram em relação às recomendações da IA e seu próprio processo de tomada de decisão.
Os principais objetivos do estudo eram entender como os médicos colaboravam com a IA ao tomar decisões e avaliar o desempenho da ferramenta ARCliDS com base no feedback de profissionais de saúde. Os pesquisadores incluíram vários participantes de diferentes instituições médicas, garantindo uma mistura de experiências e especialidades.
Avaliação das Decisões
Os pesquisadores coletaram um total de 144 avaliações envolvendo casos de NSCLC e HCC. Eles analisaram como a IA influenciou as decisões dos médicos. Muitas avaliações mostraram que a IA não alterou significativamente as decisões de forma geral, mas casos individuais revelaram que cerca da metade das vezes, os médicos ajustaram suas decisões após ver as recomendações da IA.
Os achados indicaram que, enquanto alguns médicos não mudaram nada em suas decisões, outros fizeram múltiplos ajustes com base no input da IA. Para NSCLC, os ajustes de decisão variaram bastante, com alguns médicos ajustando suas decisões várias vezes, enquanto outros não responderam às sugestões da IA. No grupo de HCC, todos os avaliadores modificaram suas decisões pelo menos uma vez.
Compreendendo a Influência da IA
O estudo examinou como o nível de desacordo entre a decisão original de um médico e a recomendação da IA afetou o resultado final. Quando havia uma diferença maior entre o que a IA sugeriu e o que o médico planejava fazer, os médicos geralmente ajustavam mais suas decisões. Isso sugere que quanto maior a diferença, mais provável que o input da IA afetasse a decisão final do médico.
Além disso, à medida que a confiança na IA aumentava, os médicos estavam mais propensos a concordar com as sugestões da IA. Essa correlação sugere que, quando os médicos confiam na IA, eles tendem a seguir mais suas recomendações.
Confiança nas Decisões
O estudo também se concentrou em quão confiantes os médicos se sentiam sobre suas decisões, particularmente em relação às sugestões da IA. Os resultados mostraram uma tendência mista. Para as avaliações de HCC, surgiu uma relação positiva entre confiança nas decisões e confiança na IA. No entanto, para as avaliações de NSCLC, essa conexão foi menos clara.
De forma geral, quando os médicos sentiram que suas decisões estavam mais alinhadas com o que é considerado o padrão de cuidado, seus níveis de confiança tendiam a aumentar. Esse comportamento foi observado tanto em casos de NSCLC quanto de HCC. Quando a IA apoiava decisões que estavam de acordo com as práticas padrão, os médicos expressavam mais confiança, indicando que familiaridade e alinhamento com práticas estabelecidas desempenharam um papel.
Acordo entre Avaliadores
O estudo avaliou se decisões assistidas por IA resultaram em um acordo mais consistente entre os médicos. Foi encontrado que houve um aumento notável no acordo entre as decisões dos médicos quando usaram assistência da IA em comparação a quando tomaram decisões sozinhos. Isso sugere que ferramentas de IA podem ajudar a reduzir a variabilidade na tomada de decisão entre os profissionais.
Ajustando Decisões para Resultados de Tratamento
Os pesquisadores analisaram como as decisões dos médicos mudaram em relação aos resultados de tratamento previstos pela IA. No contexto de NSCLC, a grande maioria das mudanças visava aumentar a probabilidade de controle do tumor enquanto ainda se preocupava com os potenciais efeitos colaterais. Em contraste, para pacientes com HCC, mais médicos favoreceram ajustar suas decisões para limitar a toxicidade, mostrando a diferença de foco entre os dois tipos de câncer.
A análise das mudanças de decisão em ambos os tipos de câncer indicou um objetivo comum entre os médicos: alcançar melhores resultados de tratamento enquanto consideravam o equilíbrio entre eficácia e efeitos colaterais. As previsões de resultado da IA pareceram desempenhar um papel crucial na orientação desses ajustes, destacando a importância da IA na otimização de estratégias de tratamento.
Feedback dos Avaliadores
Como parte do estudo, os pesquisadores coletaram feedback dos participantes. Os avaliadores compartilharam que preocupações em relação aos potenciais efeitos colaterais e à eficácia dos tratamentos foram fatores-chave que influenciaram suas decisões. Para NSCLC, muitos enfatizaram a importância de considerar os riscos de toxicidade, particularmente para órgãos críticos. Para HCC, a função hepática foi uma consideração importante que afetou suas escolhas de tratamento.
As observações forneceram insights adicionais sobre o processo colaborativo de tomada de decisão entre médicos e IA. Alguns participantes apontaram que entender a relação entre os resultados previstos do tratamento e as sugestões da IA era vital. Vários médicos queriam garantir que as previsões da IA fossem lógicas e refletissem cenários do mundo real.
Conclusão
Este estudo destaca a relação complexa entre médicos e IA no processo de tomada de decisão de tratamento para terapia de câncer. Embora ferramentas de IA possam fornecer recomendações valiosas, o nível de confiança e as experiências anteriores dos médicos desempenham papéis significativos em como essas recomendações são recebidas e aplicadas.
No geral, os achados indicam que a IA pode influenciar positivamente a tomada de decisão colaborativa, fornecendo insights baseados em dados, promovendo consistência entre os médicos e ajudando a alcançar melhores resultados de tratamento.
O objetivo de integrar a IA nas estratégias de tratamento do câncer é apoiar os médicos na tomada de decisões informadas que, em última análise, melhorem o atendimento aos pacientes. A pesquisa contínua nessa área é essencial para otimizar as ferramentas de IA e entender seu impacto nas práticas clínicas, especialmente à medida que mais tratamentos adaptativos se tornam disponíveis na oncologia.
As percepções obtidas com este estudo podem guiar esforços futuros para desenvolver sistemas de IA eficazes que complementem a expertise dos profissionais médicos, levando a melhores resultados para os pacientes na luta contra o câncer.
Título: Intricacies of Human-AI Interaction in Dynamic Decision-Making for Precision Oncology: A Case Study in Response-Adaptive Radiotherapy
Resumo: BackgroundAdaptive treatment strategies that can dynamically react to individual cancer progression can provide effective personalized care. Longitudinal multi-omics information, paired with an artificially intelligent clinical decision support system (AI-CDSS) can assist clinicians in determining optimal therapeutic options and treatment adaptations. However, AI-CDSS is not perfectly accurate, as such, clinicians over/under reliance on AI may lead to unintended consequences, ultimately failing to develop optimal strategies. To investigate such collaborative decision-making process, we conducted a Human-AI interaction case study on response-adaptive radiotherapy (RT). MethodsWe designed and conducted a two-phase study for two disease sites and two treatment modalities--adaptive RT for non-small cell lung cancer (NSCLC) and adaptive stereotactic body RT for hepatocellular carcinoma (HCC)--in which clinicians were asked to consider mid-treatment modification of the dose per fraction for a number of retrospective cancer patients without AI-support (Unassisted Phase) and with AI-assistance (AI-assisted Phase). The AI-CDSS graphically presented trade-offs in tumor control and the likelihood of toxicity to organs at risk, provided an optimal recommendation, and associated model uncertainties. In addition, we asked for clinicians decision confidence level and trust level in individual AI recommendations and encouraged them to provide written remarks. We enrolled 13 evaluators (radiation oncology physicians and residents) from two medical institutions located in two different states, out of which, 4 evaluators volunteered in both NSCLC and HCC studies, resulting in a total of 17 completed evaluations (9 NSCLC, and 8 HCC). To limit the evaluation time to under an hour, we selected 8 treated patients for NSCLC and 9 for HCC, resulting in a total of 144 sets of evaluations (72 from NSCLC and 72 from HCC). Evaluation for each patient consisted of 8 required inputs and 2 optional remarks, resulting in up to a total of 1440 data points. ResultsAI-assistance did not homogeneously influence all experts and clinical decisions. From NSCLC cohort, 41 (57%) decisions and from HCC cohort, 34 (47%) decisions were adjusted after AI assistance. Two evaluations (12%) from the NSCLC cohort had zero decision adjustments, while the remaining 15 (88%) evaluations resulted in at least two decision adjustments. Decision adjustment level positively correlated with dissimilarity in decision-making with AI [NSCLC:{rho} = 0.53 (p < 0.001); HCC:{rho} = 0.60 (p < 0.001)] indicating that evaluators adjusted their decision closer towards AI recommendation. Agreement with AI-recommendation positively correlated with AI Trust Level [NSCLC:{rho} = 0.59 (p < 0.001); HCC:{rho} = 0.7 (p < 0.001)] indicating that evaluators followed AIs recommendation if they agreed with that recommendation. The correlation between decision confidence changes and decision adjustment level showed an opposite trend [NSCLC:{rho} = -0.24 (p = 0.045), HCC:{rho} = 0.28 (p = 0.017)] reflecting the difference in behavior due to underlying differences in disease type and treatment modality. Decision confidence positively correlated with the closeness of decisions to the standard of care (NSCLC: 2 Gy/fx; HCC: 10 Gy/fx) indicating that evaluators were generally more confident in prescribing dose fractionations more similar to those used in standard clinical practice. Inter-evaluator agreement increased with AI-assistance indicating that AI-assistance can decrease inter-physician variability. The majority of decisions were adjusted to achieve higher tumor control in NSCLC and lower normal tissue complications in HCC. Analysis of evaluators remarks indicated concerns for organs at risk and RT outcome estimates as important decision-making factors. ConclusionsHuman-AI interaction depends on the complex interrelationship between experts prior knowledge and preferences, patients state, disease site, treatment modality, model transparency, and AIs learned behavior and biases. The collaborative decision-making process can be summarized as follows: (i) some clinicians may not believe in an AI system, completely disregarding its recommendation, (ii) some clinicians may believe in the AI system but will critically analyze its recommendations on a case-by-case basis; (iii) when a clinician finds that the AI recommendation indicates the possibility for better outcomes they will adjust their decisions accordingly; and (iv) When a clinician finds that the AI recommendation indicate a worse possible outcome they will disregard it and seek their own alternative approach.
Autores: Dipesh Niraula, K. C. Cuneo, I. D. Dinov, B. D. Gonzalez, J. B. Jamaluddin, J. Jin, Y. Luo, M. M. Matuszak, R. K. Ten Haken, A. K. Bryant, T. J. Dilling, M. P. Dykstra, J. M. Frakes, C. L. Liveringhouse, S. R. Miller, M. N. Mills, R. F. Palm, S. N. Regan, A. Rishi, J. F. Torres-Roca, H.-H. M. Yu, I. El Naqa
Última atualização: 2024-04-30 00:00:00
Idioma: English
Fonte URL: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.04.27.24306434
Fonte PDF: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.04.27.24306434.full.pdf
Licença: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Alterações: Este resumo foi elaborado com a assistência da AI e pode conter imprecisões. Para obter informações exactas, consulte os documentos originais ligados aqui.
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