Table of Contents
وقد أصبح التصوير المغنطيزي المميت أداة لا غنى عنها في التشخيصات الحديثة السابقة للولادة، وهو يوفر آراء عالية الاستبانة ومتعددة الكواكب للجين النامي تكمل الموجات فوق الصوتية، ولا سيما عند تقييم الجهاز العصبي المركزي المعقد، والتشوهات البكتري، والطلب على التصوير بالرنين المغناطيسي الجنيني آخذ في الازدياد، ولكن القراءة اليدوية لهذه المسحات لا تزال قائمة على كثافة العمل ومتسقة.
أهمية الكشف عن الأمراض الشاذة في مرحلة مبكرة
وتؤثر الشذوذ الخلقي - الشذوذ الهيكلي أو الوظيفي الموجود عند الولادة - على ما يقدر بـ 2.3 في المائة من المواليد الأحياء في جميع أنحاء العالم، وفقاً لما يلي: " FLT:0 " ، " منظمة الصحة العالمية " ، وهي تمثل سبباً رئيسياً في اعتلال الرضع ووفياتهم وعجزهم الطويل الأجل، ويتيح الكشف المبكر عن الأمراض العقلية للآباء والمستوصفات التخطيط للرعاية الثالثة المناسبة.
حدود الترجمة الشفوية للأشعة المقطعية
ولا تزال القراءة اليدوية للمجموعات النسائية من الرنين المغناطيسي هي معيار الرعاية، ومع ذلك، فإن لديها عيوب موثقة جيدا.
استهلاك الوقت والزمن
وتشمل دراسة نموذجية عن الرنين المتعدد الأجنة تسلسلا متعددا مع مئات الشقق الفردية، ويمكن أن يتطلب إجراء استعراض شامل ما بين 20 و 45 دقيقة من التفسير النشط، وفي المراكز ذات الحجم العالي، يسهم عبء العمل هذا في إثقال علماء الإشعاع، ومن المعروف أن الفاتاغ يزيد من خطر فقدان النتائج الفرعية، ولا سيما في محيط مجال النظر أو في الطائرات التي تشوه فيها الحركة الجنينية.
الفرق بين المرصدين وداخله
ويعتمد تفسير الرنين المغناطيسي الجنيني على الاعتراف بالنمط - تحديد الاختلافات الطفيفة في كثافة الإشارات والمورفولوجيا والتماثل، بل إن المتخصصين ذوي الخبرة يظهرون اتفاقا معتدلا بين المرصد فيما يتعلق ببعض الشذوذات، مثل السن الجزئي للزوجة أو الجلد المغناطيسي، ويمكن أن يؤدي هذا التباين إلى تأخير التشخيص أو امتحانات المتابعة غير الضرورية.
صعوبة تحديد النتائج
ويجري حاليا تقييم العديد من البارامترات ذات الصلة سريريا - مثل السميكة القشرية، أو حجم الرئة، أو إشارة بكرسيما T2 الكلية - تقييما ذاتيا، والقياس اليدوي لهذه القياسات ليس مملا فحسب، بل أيضا عرضة للخطأ، خاصة عندما يكون الجنين في وضع غير عادي أو عندما تكون الهياكل صغيرة.
أساسيات تحليل الرنين المغناطيسي الآلي
وتطبق خطوط الأنابيب التحليلية الآلية تقنيات التعلم الآلات والرؤية الحاسوبية لمعالجة صور الرنين المغناطيسي الجنيني والمساعدة في الكشف عن الشذوذ، وفي حين تختلف عمليات التنفيذ المحددة، فإن معظمها يتقاسم عدة مراحل أساسية.
التجهيز قبل التصوير
وتفسد صور الرنين المغناطيسي الحاد بالحركة الجنينية، وتنفس الأمهات، ونسب الإشارة إلى الأنظار المتغيرة، وتشمل خطوات التجهيز المضغوطة، والتصحيح الميداني التحيز، وتصفيف الضوضاء، وإعادة البناء من طرف واحد لخلق مجموعة بيانات متماسكة من ثلاثة الأبعاد، ولا يمكن أن تكون خامات الحركة التي تتحكم فيها في كثير من الأحيان، قائمة على حركة المرضى المتين.
الفصل الذري
ويشتمل الفصل على تحديد ورسم هياكل محددة للفنانين - الدماغ والرئتين والكليتين والفقان والنسيج والنسيج، ويعتمد النهج الحديثة على شبكات الخلق العميقة مثل هيكل الشبكة العالمية واختلافاتها (مثلاً، 3D U-Net، V-Net)، وتحقق هذه النماذج درجات عالية من الداييس على بيانات الاختبارات، مما يتيح الاستخلاص الآلي للمجموعات
تصنيف الإناث والتصنيف الشذوذي
فعندما يتم تقسيم الهياكل، يستخرج النظام سمات كمية - نسيج، شكل، نسق هتروج، تفاوتات بين هياكل المخالفة، وتُدرج هذه السمات في مصنف (غالبا ما تكون آلة دعم، أو غابات عشوائية، أو شبكة ثانوية عميقة) تميز بشكل طبيعي عن النتائج غير الشاذة.
إعداد التقارير الآلية
وتدمج بعض النظم توليد اللغات الطبيعية في إعداد تقارير منظمة تلخص الشذوذات المحددة وموقعها وشدتها، وفي حين أن هذه الخطوة لا تزال تجريبية، فإنها تقلل من عبء الوثائق وتوحد عملية الإبلاغ عن النتائج.
نماذج التعلم الرئيسية في مجال صناعة الآلات في مجال الرنين المغناطيسي
ويقود التقدم السريع في تحليلات الرنين المغناطيسي الجنيني إلى هياكل التعلم العميق التي وضعت أصلاً لمهام الرؤية الحاسوبية العامة، ولكنها تكيفت مع التحديات الفريدة المتمثلة في التصوير الجنيني.
Convolutional Neural Networks (CNNs)
ولا تزال هذه الشبكة العمود الفقري لمعظم نظم التصنيف والكشف، وبالنسبة لجهاز التصوير بالرنين المغناطيسي الجنيني، يمكن للشبكة أن تلتقط سياقاً قياسياً - مثل العلاقة بين أنماط التطوير الكورتي وحجم التفريغ.() وقد أفادت دراسة أجريت في عام 2022 نشرت في Neurosum() بأن جهازاً قياسياً من نوع (Dense DNet) حقق 94 في المائة من الدقة في تصنيف
U-Net and Variants for Segment
وقد أصبحت شبكة المعلومات العالمية هي الهيكل المعياري للتجزئة الطبية البيولوجية، وبالنسبة للأشعة المقطعية الجنينية، قامت الأفرقة بتوسيع نطاق شبكة يو - نيت مع بوابات الاهتمام، والروابط الكثيفة، ودمج السمات المتعددة النطاق في هياكل معقدة مثل نواة المادة الرمادية النامية أو منصة الرئة الفرعية، أما النماذج الدقيقة [FLT:] FeTA (FLT:1])
مؤسستا الهندسة
وقد بدأ ظهور نماذج التحولات البصرية (ViTs) والنماذج الهجينة للشبكة CNN في بحوث الرنين المغناطيسي، حيث تتطلب أجهزة التحويل الفوقية في استخلاص المعالين المكانية البعيدة المدى، وقد تحسن الكشف عن الشذوذ الذي يؤثر على الشبكات الموزعة - مثلا، التحلل الوبائي أو تعدد الديولوجيا، حيث تتسع أنماط الجيل غير الشاذية بين نماذج متعددة.
الاستحقاقات السريرية والأدلة
ويتيح إدماج التحليل الآلي في تدفق العمل في إطار المبادرة المتعددة الأطراف عدة مزايا ملموسة.
زيادة الاستحقاق والتماسك
وقد أظهرت المقارنات المتعددة بين الرأس والرأس أن نماذج التعلم العميق يمكن أن تضاهي أو تتجاوز الدقة التشخيصية للخبراء الوحيدين، ويمكن أن تفعل ذلك دون إلهاء أو إهمال، فعلى سبيل المثال، حقق نموذج للكشف عن شذوذ الدماغ حساسية تبلغ 96 في المائة، وتخصص قدره 90 في المائة على مجموعة اختبار مستقلة، مقارنة بحساسية 82-88 في المائة بالنسبة لفرادى الأخصائيين في مجال الأشعة في نفس الدراسة.
التشخيص السريع والوقت المخفض
ويمكن للتحليل الآلي أن يقلل الوقت اللازم للتقييم الأولي من عشرات دقائق إلى ثانية، وفي حين أن التفسير النهائي لا يزال يتطلب الإشراف على الأطباء، فإن التشغيل الآلي للتجزئة والقياس يمكن أن يقلص فترة القراءة الإجمالية بنسبة ٤٠-٦٠ في المائة، مما يتيح للأخصائيين في مجال الإشعاع التركيز على الحالات المعقدة أو المتساوية، فالدورة السريعة قيمة بوجه خاص عندما تتخذ قرارات عاجلة - مثل ما إذا كان ينبغي أن يقدموا قبل الولادة لزراعة الأجنة الجنين - في غضون ساعات.
انخفاض في عدد أفراد علماء الروادي
ومن خلال التعامل مع القياسات الروتينية والاعتراف بالنمط المتكرر، يمكن للأدوات الآلية أن تُوقف الحرق المتزايد في مجال الأشعة، وفي مراكز التصوير بالرنين المميت العالي، فإن أي تخفيض بنسبة 30 في المائة في وقت القراءة في كل حالة من الحالات سيحرر قدرة كبيرة على أداء مهام أخرى، بما في ذلك التدريس وتحسين النوعية.
إمكانية إجراء فحص على نطاق واسع
وإذا أمكن التحقق من التحليل الآلي عبر مختلف فئات السكان وأنواع الماسحات الضوئية، فإنه يمكن أن يتيح برامج الفحص المنتظم للأورام الخبيثة - على غرار كيفية استخدام التحليل الآلي للأشعة في فحص سرطان الثدي، وهذا سيكون له تأثير خاص في البيئات المنخفضة الموارد التي ينقص فيها أخصائيو علماء الأشعة الجنينية.
التحديات والحدود الحالية
ورغم الوعد الواضح، يجب التغلب على عدة عقبات قبل أن يصبح التحليل الآلي للرنين المتعدد الأجنة روتينيا في الرعاية السريرية.
الاحتياجات من البيانات
نماذج التعلم العميقة هي تخلف البيانات، إذ أن إنتاج مجموعات كبيرة من البيانات المشروحة من المسح التصويري بالرنين المغناطيسي الجنيني مكلف ويستغرق وقتا طويلا، مما يتطلب من خبراء علماء الأشعة أن يعطوا البطاقات الوراثية والهالات، كما أن مجموعات البيانات العامة مثل هذه تساعد، ولكنها تظل صغيرة مقارنة بحجم الهالات المحتملة، وقد لا تُعمم النماذج التي تُدرَّب على مجموعات سكانية ضيقة، على اختلاف الأعمار الجغرافية.
ألف - القدرة على التداول عبر المواقع والبروتوكولات
وتنتج نظم التصوير بالرنين المتعدد الأطراف من مختلف المصنعين (GE, Siemens, Philips) ومختلف البارامترات المتعاقبة للنبض صوراً متفاوتة ومتفاوتة، وقد يفقد نموذج مدرَّب فقط على الصور من مؤسسة واحدة الدقة عندما يُطبَّق على البيانات من موقع آخر، كما أن التكيُّف مع البيانات المتعددة المواقع هما مجالان بحثيان، ولكن الحلول القوية لم تكن جاهزة بعد لأول مرة.
الترجمة الشفوية والثقة السريرية
وكثير من نماذج التعلم العميق تعمل كصناديق سوداء، مما يجعل من الصعب على المستوصفين فهم سبب إجراء تصنيف معين، ولكي يثق نظام معين، يجب أن يفسر ذلك التعليل - مثلاً بإبراز الثورات المحددة التي قادت القرار (خرائط الصالة) أو بتوفير فترات الثقة، وتحتاج الهيئات التنظيمية مثل الهيئة الاتحادية للتنمية بصورة متزايدة إلى معلومات مفسرة عن التطبيقات العالية المخاطر، ولا يزال وضع نماذج مفسَّرة تُبقياً على درجة عالية من الدقة.
تقييم المحاكمات السريرية المنظورة
ومعظم الدراسات المنشورة هي دراسات رجعية، باستخدام مجموعات البيانات المشفوعة بصدق أرضي معروف، ولا يزال من غير المتوقع أن يتم التحقق من صحة الآفاق المتوقعة في البيئات السريرية الحقيقية - حيث يكون الطلب أسوأ، والأورام نادرة، ويجب أن يتعايش النظام مع تدفقات العمل القائمة - ولم يتم الموافقة على أول أداة من أدوات التحقق من الأمفيتامينات المستخرجة من هيئة الأغذية الاتحادية للكشف عن الإصابة بالهرموز الجنيني (وليس MRI) إلا في عام 2023؛
الاتجاهات المستقبلية
ومن المرجح أن يشهد العقد المقبل تقدما كبيرا في التحليل الآلي للرنين المتعدد المؤشرات الجنين، مدفوعا بمجموعات بيانات أكبر، ونماذج أفضل، وتعاونا أوثق بين مطوري مبادرة AI وأطباء عيادات.
التكامل مع تدفقات العمل السريري
وبدلا من أن يكون التحليل الآلي أداة قائمة بذاتها، يكون مفيدا للغاية عندما يدمج مباشرة في نظام حفظ السلام والاتصال (نظام المحفوظات والاتصالات) أو مجموعة الماسحات الضوئية التي تستخدمها الآلية، مما يتيح للنظام أن يقدم صورا قبل التجهيز في الوقت الحقيقي، ويقدم تقريرا أوليا إلى أخصائي الإشعاع في غضون ثوان من الاقتناء، وستعجل البرامج المحايدة التي تدعم نماذج أجهزة AI التي تعمل بالضغط واللعب.
التحليل المتعدد الوسائط
وكثيرا ما تخضع المؤثرات للأشعة فوق البنفسجية والرنين المغناطيسي أثناء تقييمها السابق للولادة، إذ أن الجمع بين المعلومات من كلا الشكلين - مثلا استخدام الموجات فوق الصوتية لتحديد منطقة مشبوهة وتصويبها بالرنين المتعدد الوسائط - يمكن أن يؤدي إلى تحسين الثقة التشخيصية، وأن نماذج المقاييس المتعددة الوسائط التي تبث الأشعة فوق الصوتية وبيانات الرنين المغناطيسي تشكل مجالا نشطا للتحقيق.
التوجيه في الوقت الحقيقي ومراقبة الجودة
ويمكن أيضاً استخدام مادة الأشعة فوق البنفسجية أثناء المسح الضوئي لضمان تصوير التشريح الصحيح والتقليل من القطع الأثرية الحركةية، مثلاً، يمكن لنموذج التجزؤ في الوقت الحقيقي الذي يجري على الماسح أن يخطر أخصائي التكنولوجيا عندما يكون رأس الجنين في موقع مناسب لنظرة واضحة للزوجة النسووم، ومن شأن هذه النظم أن تحسن نوعية الصور وتخفض الحاجة إلى تكرار التسلسلات.
الافتراض الشخصي للمخاطر
وبالإضافة إلى الكشف عن الشذوذ، يمكن للتحليل الآلي أن يستخرج من المؤشرات الحيوية الكمية التي تنبأ بنتائج التطور العصبي، وقد تم بالفعل دراسة السميك الذري، ومؤشر التوليد، ومقاييس الانتشار من التصوير الموزّع بالوزنات، كتنبؤات لظروف مثل التوحد والتشحيم الدماغي، وقد تؤدي الأنابيب الآلية التي تقارن هذه القياسات بالمسح السريري المعتاد إلى التمكين من التدخل في وقت سابق وتحسين المشورة.
خاتمة
ومن شأن التحليل الآلي لصور الرنين المغناطيسي الجنيني للكشف عن الشذوذ الخلقي أن ينتقل من فضول بحثي إلى أداة قابلة للتطبيق السريري، ومن خلال الاستفادة من التعلم العميق للتجزئة والتصنيف والإبلاغ، تعد هذه النظم بزيادة الدقة التشخيصية، والحد من تقلب القراء، وتحسين كفاءة تدفق العمل - وكل ذلك مع الحفاظ على الدور الحاسم لأخصائي الإشعاع في التفسير النهائي.