Towards Actionable Surgical Team Dynamics: from Teamwork to Counterfactual Annotations

ملخص تقني: نحو ديناميكيات عمل جماعي قابلة للتنفيذ في الفرق الجراحية

بيان المشكلة
تعد العمل الجماعي الفعال في البيئات عالية المخاطر مثل غرف العمليات (OR) أمراً حاسماً لسلامة المرضى، حيث يعتمد بشكل كبير على المهارات غير التقنية مثل التواصل، والتنسيق، والوعي بالموقف. وبينما حققت التطورات الأخيرة في علوم البيانات الجراحية تقدمًا في إنتاج مجموعات بيانات متعددة الوسائط (مثل Cholec80 وMM-OR)، إلا أن هذه الموارد تركز أساساً على فهم المشهد البصري، والتعرف على مراحل الإجراءات، وكشف الأفعال. وهي تفتقر إلى التمثيلات المتكاملة للظواهر على مستوى الفريق، مثل الهياكل الحوارية الخاصة بالمتحدثين، وتقييمات المهارات غير التقنية، وديناميكيات انهيار التفاعل. علاوة على ذلك، غالباً ما تكون مجموعات البيانات الحالية مجزأة عبر الوسائط وأنظمة التعليง التوضيحي، ونادراً ما توفر رؤى تفسيرية حول سبب تدهور أداء العمل الجماعي. كما أن النماذج الحسابية الحالية غالباً ما تختزل أداء الفريق في درجة واحدة، متجاهلةً التفاعل المعقد بين العمليات الفردية، وبين الأشخاص، والجماعية، وتفشل في تقديم حسابات قابلة للتفسير ضرورية لبناء الثقة والتدخل في السياقات السريرية.

المنهجية
يقترح المؤلفون توسيعاً شاملاً لمجموعة بيانات MM-OR المتاحة علناً، والتي تحتوي على تسجيلات متزامنة متعددة الوسائط لإجراءات استبدال مفصل الركبة الروبوتية. تتضمن المنهجية ثلاث مكونات تقنية رئيسية:

1. خط معالجة إثراء متعدد الوسائط:

• تحديد هوية المتحدث (Speaker Diarization): التنقيح اليدوي لتدوير المتحدثين لضمان دقة زمنية عالية في بيئة غرفة العمليات الصاخبة، مما يتيح تحليل تبادل الأدوار، والمقاطعات، وتوازن المشاركة.
• النسخ ثنائي اللغة: إنشاء نصوص منسقة باللغتين الألمانية (الأصلية) والإنجليزية لتسهيل مراجعة التعليغات التوضيحية والنمذجة عبر اللغات.
• هيكل البيانات: يحافظ المورد على الوسائط المتزامنة عتادياً بما في ذلك 5 كاميرات RGB-D، و3 كاميرات RGB، و3 ميكروفونات، وسجلات روبوتية، وتتبع ثلاثي الأبعاد، وجميعها متوافقة عند معدل 1 إطار في الثانية.

2. إطار تعليغ توضيحي متعدد المستويات:
قدم المؤلفون مخطط تعليغ توضيحي هرمي يغطي 169 مقطع فيديو مدة كل منها ست دقائق، تم التعليغ عليها من قبل ثلاثة خبراء باستخدام أطر عمل معتمدة:

• على مستوى الفريق: استخدام إطار OTAS (تقييم العمل الجماعي الملاحظ للجراحة) لتقييم خمسة عناصر (التواصل، التنسيق، التعاون، القيادة، المراقبة) على مقياس ليكرت من 0 إلى 6.
• على مستوى التفاعل: تكييف إطار HMT (العمل الجماعي بين الإنسان والآلة) للفرق البشرية فقط لتقييم التفاعلات الثنائية عبر خمس فئات كبرى (التواصل، معالجة المعلومات المشتركة، التنسيق، العلاقة بين الأشخاص، الدافعية).
• على المستوى الفردي:
  • الديناميكي: استخدام إطار NOTSS (المهارات غير التقنية للجراحين) لتقييم الوعي بالموقف، واتخاذ القرار، والتواصل/العمل الجماعي، والقيادة.
  • الثابت/المستقر: دمج مقاييس BFTQ (السمات الخمس الكبرى في العمل الجماعي)، وSYMLOG (سلوك القيادة/بين الأشخاص)، وGLIS (مقياس انطباع القيادة العام) لالتقاط السمات المستقرة والقيادة الناشئة.

3. طبقة التعليغ التوضيحي المضاد للواقع (Counterfactual):
مساهمة مبتكرة حيث يحدد المعلقون الأحداث أو السلوكيات المحددة التي أثرت سلباً وبشكل أكبر على العمل الجماي ضمن مقطع معين. تشمل هذه التعليغات:

• الفترات الزمنية: المدد القصيرة للحدث المسبب.
• الإسناد: تحديد عنصر الفريق المتأثر والوكيل (أو الوكلاء) المسؤول.
• تقييمات الجودة: خمسة أبعاد يتم تقييمها على مقياس ترتيب من 1 إلى 5: الحرجية (الأثر على الأداء)، المعقولية (واقعية البديل)، الثقة (يقين المعلق)، الحد الأدنى (كفاية التغيير)، والتحسين المتوقع (إمكانية مكسب الأداء).
• المسوغات: تفسيرات نصية تصف الحدث، والنتائج، والسلوكيات البديلة المقترحة.

المساهمات الرئيسية

• مجموعة بيانات متعددة الوسائط ومثرية: أول مجموعة بيانات عامة لغرف العمليات تجمع بين الإشارات الخام متعددة الوسائط والتمثيلات المصنوعة يدوياً الواعية بالمتحدث وباللغة (تحديد هوية المتحدث والنصوص ثنائية اللغة).
• إطار تعليغ توضيحي متعدد المستويات: مورد موحد يوفر تقييمات متزامنة على مستوى الفريق، ومستوى التفاعل، والمستوى الفردي مستمدة من عدة أطر نظرية معتمدة (OTAS, HMT, NOTSS, BFTQ, SYMLOG, GLIS).
• بروتوكول التعليغ التوضيحي المضاد للواقع: طبقة مبتكرة تلتقط الإشارات التفسيرية لتدهور العمل الجماعي، متجاوزةً الدرجات الوصفية لتحديد المحفزات السلوكية والنتائج البديلة المعقولة.
• مهام القياس المرجعي: تحدد الورقة الأداء الأساسي لثلاثة اتجاهات بحثية متميزة:
  1. إثراء الميزات: التقييم التجريبي والقياس الكمي لفائدة التمثيلات الواعية بالمتحدث وبالنصوص، مما يثبت أنها توفر معلومات تكميلية وتحسن التنبؤ بالعمل الجماعي مقارنة بالميزات الصوتية والبصرية الخام.
  2. التنبؤ متعدد المستويات: إثبات أن البنى ذات العلاقات الزمنية (تحديداً TE-ReNN) تتفوق على النماذج الاستاتيكية والزمنية البحتة في التنبؤ بالعناصر عبر جميع مستويات التعليغ التوضيحي.
  3. كشف الأحداث المضادة للواقع: إثبات أن الإشارات متعددة الوسائط تحتوي على أنماط تنبؤية لتحديد الأحداث المرتبطة بتدهور العمل الجماعي، محققة أداءً أعلى بكثير من مستوى الصدفة.

النتائج

• توزيع التعليغات التوضيحية: تظهر مجموعة البيانات اختلالاً متوسطاً في الفئات، حيث تتركز معظم التقييمات حول الدرجات المتوسطة إلى الإيجابية (على سبيل المثال، 62.7% من المقاطع حصلت على 4 أو 5 في التواصل ضمن OTAS)، مما يعكس أداءً كفؤاً بشكل عام ولكن غير استثنائي للفرق في الإجراءات المسجلة.
• رؤى مضادة للواقع: حوالي 70% من الأحداث المضادة للواقع تتعلق بفشل التواصل، أو المراقبة، أو التعاون. تُنسب معظم الأحداث إلى فاعل واحد (متوسط 1.3 فاعل)، وكانت درجات الحرجية والثقة منخفضة إلى متوسطة بشكل عام، مما يشير إلى أن المعلقين اعتبروها حالات عدم كفاءة متوسطة وليست إخفاقات كارثية.
• أداء النموذج:
  • أثر الميزات: تفوقت النماذج التي استخدمت تحديد هوية المتحدث والنصوص باستمرار على تلك التي استخدمت الميزات الصوتية والبصرية الحاسوبية الخام فقط.
  • البنية المعمارية: حققت شبكات TE-ReNN (الشبكات العصبية الزمنية-العلائقية) أعلى درجات F1-macro عبر جميع المهام (على سبيل المثال، 74.2% لـ OTAS، و76.7% لـ BFTQ)، مما يؤكد أن النمذجة المشتركة للتطور الزمني والاعتمادات بين الأشخاص ضرورية لتحليل العمل الجماعي الجراحي.
  • الكشف عن الأحداث المضادة للواقع: على الرغم من ندرة الأحداث، حققت النماذج درجات F1-macro أعلى بكثير من العشوائية، مما يثبت قابلية تعلم هذه الإشارات التفسيرية.

الأهمية والادعاءات
تزعم الورقة إحداث تحول في نموذج العلوم الجراحية من مجرد نمذجة سير العمل الوصفية إلى النمذجة المتكاملة ومتعددة الوسائط والقابلة للتفسير لديناميكيات الفريق. ومن خلال توفير مورد موحد يربط بيانات المستشعرات الخام بالبناءات الاجتماعية عالية المستوى والتفسيرات المضادة للواقع، يتيح هذا العمل:

• دراسة كيفية مساهمة الأفعال الفردية وأنماط التفاعل معاً في نتائج الفريق.
• تطوير أنظمة تعاونية مدعومة بالذكاء الاصطناعي قادرة على تحديد انهيارات العمل الجماعي واقتراح التحسينات.
• تأسيس قاعدة للنمذجة التنبؤية والتحليل السلوكي في المجالات عالية المخاطر.

يقر المؤلفون بتواضع بأن التعليغات المضادة للواقع تمثل أحكام الخبراء حول البدائل المعقولة وليس آليات سببية مثبتة تجريبياً. كما يشيرون إلى أن الاعتماد على التعليغ اليدوي يحد من القابلية للتوسع، مما يشير إلى أن العمل المستقبلي قد يستكشف مسارات شبه آلية. ومع ذلك، يتم وضع هذا المورد كخطوة حاسمة نحو ذكاء اصطناعي متمحور حول الإنسان وقابل للتفسير للفرق الجراحية.