Evaluation of a piezoelectric pulse wave analysis system for noninvasive carotid plaque screening in a field study against Doppler ultrasonography

يعاني ملايين الأشخاص حول العالم كل عام من السكتات الدماغية، والتي ينتج الكثير منها عن انسداد في الشرايين التي تحمل الدم إلى الدماغ. وتعد تراكمات الرواسب الدهنية، المعروفة باسم اللويحات، داخل الشرايين السباتية في الرقبة علامة تحذير رئيسية لهذا الخطر. فعندما تضيق هذه الشرايين أو تصبح خشنة بسبب اللويحات، يضطرب التدفق السلس للدم، مما يخلق اضطراباً يمكن أن يؤدي في النهاستمر إلى حدوث جلطة. إن اكتشاف هذه اللويحات مبكراً أمر بالغ الأهمية للوقاية من السكتة الدماغية، لكن العثور عليها صعب حالياً بالنسبة للكثير من الناس. والطريقة القياسية للبحث عن هذه الانسدادات هي فحص بالموجات فوق الصوتية المتخصصة يقوم به فني مدرب تدريباً عالياً. تتطلب هذه الطريقة أجهزة باهظة الثمن وغرفاً مخصصة وهادئة، مما يجعلها غير متوفرة إلى حد كبير في العيادات الريفية أو المجتمعات النائية حيث تكون الحاجة إليها في أقصى درجاتها غالباً.

ولسد هذه الفجوة، يستكشف الباحثون طرقاً للاستماع إلى تدفق الدم دون الحاجة إلى آلة تصوير معقدة. والفيزياء الكامنة وراء هذه الفكرة بسيطة: فعندما يتدفق الدم بسلاسة عبر شريان سليم، فإنه يُحدث اهتزازاً منتظماً وإيقاعياً على سطح الجلد. وعندما تكون اللويحات موجودة، فإنها تعطل هذا التدفق، مما يجعل الاهتزازات غير منتظمة وفوضوية. فإذا تمكن مستشعر بسيط من اكتشاف هذه التغييرات الطفيفة في الاهتزاز، وتمكن جهاز كمبيوتر من تعلم التمييز بين الإيقاع السليم والإيقاع المضطرب، فقد يكون من الممكن فحص خطر الإصابة بالسكتة الدماغية بسرعة ورخص في أي مكان تقريباً.

قام فريق من الباحثين في تايلاند، بالتعاون مع شركة متخصصة في بناء الأجهزة الطبية، باختبار نظام جديد صُمم للقيام بهذا الأمر تحديداً. لقد قيموا جهازاً محمولاً يسمى "SKAI-TOUCH"، يستخدم مستشعراً صغيراً من نوع "بيزو-كهربائي" (piezoelectric) لاستشعار نبض الشريان السباتي. وبخلاف مسبار الموجات فوق الصوتية التقليدي الذي يرتد بموجات صوتية عن الدم لإنشاء صورة، يعمل هذا الجهاز كمستشعر لمس عالي الحساسية؛ فهو يستقر مباشرة على الجلد ويحول الحركات الميكانيكية الصغيرة لجدار الشريان إلى إشارة كهربائية. أراد الباحثون معرفة ما إذا كان هذا اللمس البسيط، مقترناً بخوارزمية حاسوبية ذكية، يمكنه بدقة تحديد وجود اللويحات مقارنة بفحص الموجات فوق الصوتية الذي يعد المعيار الذهبي.

أُجريت الدراسة في مستشفى للرعاية الأولية في مقاطعة ريفية في تايلاند. استقطب الفريق مائة شخص بالغ، تتراوح أعمارهم من الشباب إلى كبار السن، والعديد منهم لديهم مخاطر صحية شائعة مثل ارتفاع ضغط الدم أو السكري. خضع كل مشارك لاختبارين؛ أولاً، استخدم فني معتمد جهاز "دوبلر" للموجات فوق الصوتية لفحص جانبي الرقبة لدى كل منهم. وقد أنشأ هذا الفحص خريطة مفصلة للشرايين، وقام الفنيون بتعيين درجة لكل جانب بناءً على ما إذا كانت اللويحات مرئية أم لا. الدرجة صفر تعني عدم وجود لويحات، بينما تشير أي درجة أعلى من الصفر إلى وجود انسداد. وقد كانت نتيجة الموجات فوق الصوتية هذه هي "الحقيقة المطلقة" التي سيُقاس بها الجهاز الجديد.

وعقب فحص الموجات فوق الصوتية مباشرة، استخدم المشغلون المدربون جهاز "SKAI-TOUCH" على المشاركين أنفسهم. وضع المشغل ببساطة المستشعر الصغير على الجلد فوق الشريان السباتي بينما كان الشخص يجلس بهدوء. سجل الجهاز موجة النبض لمدة ثلاثين ثانية على كل جانب، ملتقطاً الاهتزازات الميكانيكية لتدفق الدم. ثم أُرسلت هذه الإشارات الخام إلى جهاز كمبيوتر يعمل بنموذج "التعلم العميق"، وهو نوع من الذكاء الاصطناعي المصمم لإيجاد الأنماط في البيانات. قام الكمبيوتر بتحليل شكل وتردد الاهتزازات، بحثاً عن العلامات المحددة التي تشير إلى الاضطراب الناتج عن اللويحات. ثم قدم النظام تنبؤاً بسيطاً: هل توجد لويحات، أم أن الشريان خالٍ؟

كانت النتائج عند مقارنتها مذهلة. فعندما نظر الباحثون في البيانات المستمدة من مائتي شريان تم اختبارها، أظهر النظام الجديد دقة ملحوظة. فقد حدد وجود اللويحات بشكل صحيح في أكثر من اثنين وتسعين بالمائة من الحالات التي أكد فيها فحص الموجات فوق الصوتية وجودها. والأهم من ذلك بالنسبة لأداة فحص، فقد حدد غياب اللويحات بشكل صحيح في أكثر من اثنين وتسعين بالمائة من الشرايين السليمة. وهذا يعني أن الجهاز نادراً ما يغفل عن وجود انسداد خطير، ونادراً ما يصنف شرياناً سليماً على أنه خطير. وكانت قدرة النظام على استبعاد المرض قوية بشكل خاص، حيث بلغت القيمة التنبؤية السلبية أكثر من ستة وتسعين بالمائة. ومن الناحية العملية، إذا قال هذا الجهاز إن الشريان خالٍ، فمن المرجح جداً أن يكون خالياً بالفعل.

كما فحص الباحثون كيف قارن الجهاز نفسه بالطرق الأخرى التي يستخدم بها الأطباء بيانات الموجات فوق الصوتية للتخمين بشأن المخاطر. لقد نظروا في القياسات التقليدية مثل سرعة تدفق الدم وسماكة جدار الشريان، والتي تُستخدم غالباً لتقدير شدة اللويحات. وفي هذه المجموعة المحددة من الناس، لم تكن تلك القياسات التقليدية جيدة جداً في التمييز بين الشرايين السليمة والمصابة، حيث حامت معدلات الدقة حول خمسين بالمائة أو أقل. وهذا يشير إلى أن مجرد قياس السرعة أو السماكة ليس كافياً لرصد المشكلات في مراحلها المبكرة. وفي المقابل، حقق نظام "SKAI-TOUCH"، من خلال تحليل الأنماط المعقدة لموجة النبض نفسها، دقة إجمالية بلغت اثنين وتسعين ونصف بالمائة.

تسلط هذه الدراسة الضوء على تحول كبير في كيفية مقاربتنا للوقاية من السكتة الدماغية. فالجهاز لا يحل محل فحص الموجات فوق الصوتية التفصيلي، الذي لا يزال ضرورياً للتشخيص الكامل وللتخطيط للعلاج، ولكنه يقدم وسيلة قوية لتصنيف المرضى (فرز الحالات). ولأن الجهاز صغير، وغير مكلف، ولا يتطلب استخدام "جل" أو فني متخصص، فإنه يمكن استخدامه في المراكز الصحية القروية أو من قبل الفرق الطبية المتنقلة. فهو يسمح للعامل في مجال الصحة المجتمعية بفحص عدد كبير من الناس بسرعة وتحديد القلة الذين يحتاجون حقاً للسفر إلى المستشفى لإجراء فحص تأكيدي. وهذا من شأنه أن يوفر الوقت والموارد مع ضمان العثور على الأفراد الأكثر عرضة للخطر قبل تعرضهم للسكتة الدماغية.

ومع ذلك، يحرص الباحثون على ملاحظة أن هذه خطوة واعدة وليست حلاً نهائياً. فقد أُجريت الدراسة في موقع واحد مع مجموعة محددة من الناس، كما اختُبر الجهاز فقط مقابل الموجات فوق الصوتية، وليس مقابل التصوير الأكثر تقدماً مثل الأشعة المقطعية. النسخة الحالية من النظام يمكنها إخبارنا ما إذا كانت اللويحات موجودة أم لا، ولكنها لا تستطيع بعد قياس مدى شدة الانسداد بدقة أو التنبؤ ما إذا كانت لويحة معينة معرضة للانفجار. يخطط الفريق لاختبار الجهاز في مجموعات سكانية أكثر تنوعاً وتطوير نموذج الكمبيوتر للتعامل مع مختلف أنواع الأجسام وأشكال الرقبة. وفي الوقت الحالي، تشير النتائج إلى أن الاستماع إلى النبض باستخدام مستشعر بسيط وكمبيوتر ذكي هو مسار قابل للتطبيق نحو جلب فحص السكتة الدماغية إلى الأماكن التي تشتد الحاجة إليها فيها أكثر من غيرها.