In the past decade, Artificial Intelligence (AI) algorithms have made promising impacts to transform healthcare in all aspects. One application is to triage patients' radiological medical images based on the algorithm's binary outputs. Such AI-based prioritization software is known as computer-aided triage and notification (CADt). Their main benefit is to speed up radiological review of images with time-sensitive findings. However, as CADt devices become more common in clinical workflows, there is still a lack of quantitative methods to evaluate a device's effectiveness in saving patients' waiting times. In this paper, we present a mathematical framework based on queueing theory to calculate the average waiting time per patient image before and after a CADt device is used. We study four workflow models with multiple radiologists (servers) and priority classes for a range of AI diagnostic performance, radiologist's reading rates, and patient image (customer) arrival rates. Due to model complexity, an approximation method known as the Recursive Dimensionality Reduction technique is applied. We define a performance metric to measure the device's time-saving effectiveness. A software tool is developed to simulate clinical workflow of image review/interpretation, to verify theoretical results, and to provide confidence intervals of the performance metric we defined. It is shown quantitatively that a triage device is more effective in a busy, short-staffed setting, which is consistent with our clinical intuition and simulation results. Although this work is motivated by the need for evaluating CADt devices, the framework we present in this paper can be applied to any algorithm that prioritizes customers based on its binary outputs.


翻译:在过去十年中,人工智能(AI)算法对改变各方面的医疗保健产生了有希望的影响。一个应用是,根据算法的二进制产出,对病人的放射医疗图像进行分级处理。这种基于AI的优先排序软件被称为计算机辅助分级和通知(CADt ) 。其主要好处是加快对具有时间敏感性调查结果的图像进行放射审查。然而,由于CADt 设备在临床工作流程中越来越常见,仍然缺乏定量方法来评价设备在保存病人等候时间方面的有效性。在本文中,我们提出了一个基于排队理论的数学框架,以计算每个病人在使用 CADt 设备之前和之后的平均等候时间。我们用多种放射学家(服务器)和优先班来研究四种工作流程模型模型。这些模型的主要好处是加快对图像的放射审查。由于模型的复杂性,一种称为“递归精度递减度尺寸”技术的缩略度方法可以用来测量设备在保存时间的有效性。我们定义了一个基于运行效率的数学计量标准。一个软件工具用来模拟临床结果,我们用来对客户进行定量分析。</s>

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