Braided Vision Transformer for Stroke Detection in Multi-view Retinal Fundus Imaging
تقدم هذه الورقة نموذج "Braided Vision Transformer" (BViT)، وهو نموذج تعلم عميق مبتكر يستفيد من صور قاع العين متعددة المشاهد لكلا العينين للكشف عن السكتة الدماغية والنوبات الإقفارية العابرة من خلال استخراج الميزات ونمذجة العلاقات بين المشاهد في آن واحد، محققاً مساحة تحت المنحنى (AUC) تبلغ 0.75 على مجموعة بيانات جُمعت حديثاً.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
لا تزال السكتة الدماغية واحدة من أكثر التحديات الصحية تدميراً في العالم، فهي سبب رئيسي للوفاة والإعاقة طويلة الأمد التي تضرب دون سابق إنذار. ولعقود من الزمن، اعتمد الأطباء على آلات ثقيلة وباهظة الثمن مثل أجهزة التصوير المقطعي (CT) والرنين المغناطيسي (MRI) لرؤية ما بداخل الدماغ وتأكيد حدوث السكتة. هذه الأدوات ضرورية للعلاج، لكنها ليست متاحة دائماً للفحص السريع، خاصة في المناطق النائية أو للكشف عن علامات الإنذار المبكر. ويشير متن متزايد من الأبحاث إلى أن مفتاح رصد هذه المخاطر قد لا يكمن في الدماغ نفسه، بل في العين. فالشبكية، وهي النسيج الحساس للضوء في الجزء الخلفي من العين، هي المكان الوحيد في الجسم الذي يمكن للأطباء فيه ملاحظة الأوعية الدموية مباشرة دون جراحة. ولأن الأوعية في العين والدماغ متشابهة للغاية، فإن التغيرات في الأوعية الدموية الدقيقة في الشبكية غالباً ما تعكس حالة النظام الدوري في الدماغ. وقد أثار هذا الارتباط بحثاً عن طريقة أسرع وأرخص وغير جراحية لتقييم خطر السكتة الدماغية باستخدام مجرد صورة فوتوغرافية للعين.
وقد ذهب الباحثون في المركز الفني للبحوث التكنولوجية (VTT) في فنلندا بهذا المفهوم خطوة إلى الأمام عبر تطوير نظام حاسوبي جديد مصمم لقراءة هذه الصور الفوتوغرافية للشبكية بعمق غير مسبوق. وفي دراسة حديثة، قدموا طريقة تسمى "محول الرؤية المجدول" (Braided Vision Transformer)، وهو نوع من الذكاء الاصطناعي ينظر إلى العين بطريقة لم يسبق لأي نظام آخر القيام بها. فبدلاً من تحليل صورة واحدة بمعزل عن غيرها، يفحص هذا النظام أربعة مناظر مختلفة للشبكية في آن واحد: البقعة (الماكولا) ورأس العصب البصري من كلتا العينين اليمنى واليسرى. البقعة هي الجزء المركزي من الشبكية المسؤول عن الرؤية الحادة، بينما رأس العصب البصري هو المكان الذي تخرج منه الألياف العصبية من العين لتنتقل إلى الدماغ. ومن خلال التقاط هذه المناطق المحددة من كلتا العينين، يجمع النظام صورة أغنى بكول من الصحة الوعائية للشخص مما يمكن أن توفره لقطة واحدة.
يكمن الابتكار الجوهري لهذا العمل في كيفية معالجة الحاسوب لهذه الصور الأربع. فغالباً ما تعامل نماذج الذكاء الاصطناعي التقليدية كل صورة كقطعة أحجية منفصلة، حيث تحل كل منها على حدة قبل دمج الإجابات. ومع ذلك، فإن "محول الرؤية المجدول" الجديد ينسج المعلومات معاً منذ البداية؛ إذ يخلق بنية يقوم فيها الحاسوب بمقارنة أنماط الأوعية الدموية في العين اليسرى مقابل العين اليمنى باستمرار، والمشهد المركزي مقابل المشهد الجانبي، وكل ذلك في وقت واحد. يحاكي هذا النهج الطريقة التي قد ينظر بها طبيب ماهر إلى المريض، حيث ينقل تركيزه باستمرار بين أجزاء مختلفة من العين وكلتا العينين لرصد التناقضات الدقيقة التي تشير إلى وجود مشكلة. وقد درب الباحثون هذا النظام على مجموعة بيانات تضم أكثر من 800 صورة شبكية تم جمعها من أكثر من 200 مشارك، بمن فيهم أشخاص عانوا من سكتة دماغية، وأولئك الذين تعرضوا لنوبة نقص تروية عابرة — وهي انسداد مؤقت يُطلق عليه غالباً "سكتة دماغية صغرى" — وأفراد أصحاء.
كانت نتائج هذا التدريب واعدة. فعند اختبار قدرته على التمييز بين العيون السليمة وتلك التي تظهر علامات السكتة الدماغية أو السكتة الصغرى، حقق النظام الجديد درجة أداء بلغت 0.75، وهو مقي مقياس للدقة أعلى من نماذج الرؤية الحاسوبية القياسية الأخرى التي اختُبرت في الدراسة ذاتها. وقد أثبت النظام فعالية خاصة في التعرف على الأنماط المعقدة المرتبطة بأحداث الأوعية الدموية الدماغية، متفوقاً على النماذج التي تنظر إلى الصور بشكل فردي أو تلك التي استخدمت طرقاً قديمة لدمج البيانات. كما سلطت الدراسة الضوء على نتيجة حاسمة: وهي أن النظر إلى مناظر متعددة للعين أفضل بكثير من النظر إلى منظر واحد فقط. فعندما اختبر الباحثون نسخة من النظام تعتمد على صورة واحدة فقط، انخفضت قدرتها على اكتشاف السكتة الدماغية بشكل كبير، مما يشير إلى أن العلامات الدقيقة لأمراض الأوعية الدموية موزعة عبر أجزاء مختلفة من الشبكية وكلتا العينين، ومن السهل تفويتها إذا كان المنظور ضيقاً للغاية.
وعلى الرغم من أن النظام ليس جاهزاً بعد ليحل محل جهاز التصوير المقطعي في غرف الطوارئ بالمستشفيات، إلا أنه يمثل قفزة نوعية كبيرة في إمكانات الفحص المبكر. ويشير الباحثون إلى أن نهجهم يوفر بديلاً محمولاً ومنخفض التكلفة يمكن استخدامه يوماً ما في العيادات المجتمعية أو حتى في المناطق النائية لتنبيه الأفراد الذين يحتاجون إلى عناية طبية فورية وأكثر تفصيلاً. وتؤكد الدراسة أن الشبكية تحمل أدلة قيمة حول صحة الدماغ، وأن الذكاء الاصطناعي الحديث، عندما يتم تصميمه لينظر إلى الصورة الكاملة بدلاً من مجرد جزء منها، يمكنه فتح تلك الأدلة بفعالية أكبر من ذي قبل. ومن خلال النجاح في نسج مناظر متعددة للعين معاً، يشير هذا الأسلوب الجديد إلى مستقبل قد يكون فيه خط الدفاع الأول ضد السكتة الدماغية بسيطاً مثل صورة فوتوغرافية سريعة وغير مؤلمة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.