Accuracy research of the Three-dimensional visualization imaging system for preoperative imaging in malignant tumors of the head and neck

تخيل أنك تحاول التنقل في غابة كثيفة وضبابية للعثور على كنز مخفي. في العالم الحقيقي، يواجه الجراحون تحديًا مماثلًا عند إجراء عمليات جراحية لسرطانات الرأس والرقبة. "الغابة" هي التشريح المعقد للرقبة البشرية، المليئة بالطرق الحيوية (الأوعية الدموية)، وخطوط الطاقة (الأعصاب)، و"الكنز" (الورم) الذي يجب إزالته دون إلحاق الضرر بأي شيء آخر. لعقود من الزمن، اعتمد الأطباء على خرائط مسطحة ثنائية الأبعاد - مثل النظر إلى شريحة واحدة من رغيف خبيد لفهم الكعكة بأكملها - للتخطيط لهذه العمليات الجراحية. ورغم أنها مفيدة، إلا أن هذه الخرائط المسطحة قد تكون مخادعة، وغالبًا ما تترك الجراحين في حالة تخمين حول مدى عمق الورم أو المكان الدقيق الذي يختبئ فيه العقدة الليمفاوية (وهي مرشح صغير في الجسم يمكنه التقاط الخلا السرطانية). وهنا يأتي دور نوع جديد من التكنولوجيا: التصوير ثلاثي الأبعاد. فكر في الأمر كتحويل تلك الخريطة المسطحة إلى هولوغرام تفاعلي بالكامل يمكنك تدويره، وتكبيره، واستكشافه من كل الزوايا، مما يعطيك صورة أوضح للتضاريس قبل بدء الجراحة حتى.

هذه الدراسة، التي أجراها باحثون من جامعة شوشو الطبية وجامعة مالايا، تضع تقنية "الهولوغرام" هذه تحت الاختبار. لقد أرادوا معرفة ما إذا كان نظامهم الجديد ثلاثي الأبعاد، المسمى 3D-VIS، يمكنه التنبؤ بدقة بموقع وحجم العقد الليمفاوية السرطانية لدى المرضى المصابين بأورام الرأس والرقبة، مقارنة بالنتائج الفعلية أثناء الجراحة. قام الفريق بأخذ بيانات الأشعة المقطعية (CT) لـ 34 مريضًا وغذّوا بها نظامهم المدعوم بالذكاء الاصطناعي، والذي بنى نماذج ثلاثية الأبعاد مفصلة للرقبة. ثم قارنوا هذه النماذج الرقمية بالقياسات الواقعية التي أجراها الجراحون في غرفة العمليات. كانت النتائج مبهرة: كان النظام ثلاثي الأبعاد دقيقًا بشكل ملحوظ؛ فقد حدد بدقة مكان العقد الليمفاوية غير الطبيعية في معظم الحالات، وكانت قياسات الحجم من النماذج ثلاثية الأبعاد متطابقة تقريبًا مع القياسات الفيزيائية التي أُخذت أثناء الجراحة. في الواقع، تطابقت أحجام العقد الليمفاوية المتوقعة مع الأحجام الفعلية بدقة جعلت الفرق ضئيلاً جدًا من الناحية الإحصائية. تشير الدراسة إلى أن هذه التكنولوجيا يمكن أن تصبح أداة قوية للجراحين، مما يساعدهم على التخطيط للعمليات بثقة أكبر، مما قد يقلل من وقت الجراحة ويحسن النتائج، رغم أن المؤلفين يشيرون إلى الحاجة لمزيد من الاختبارات مع مجموعات أكبر من المرضى لتأكيد هذه الفوائد بشكل عام.

التوأم الرقمي للرقبة

تخيل أنك جراح على وشك إجراء عملية دقيقة في رقبة مريض. الرقبة هي تقاطع مزدحم للطرق السريعة (الأوعية الدموية)، والأنفاق (المسالك الهوائية)، ونقاط التفتيش الصغيرة (العقد الليمفاوية). إذا كان هناك ورم يختبئ هناك، فالأمر يشبه اختباء مجرم في مدينة مزدحمة. تقليديًا، استخدم الأطباء صور الأشعة المقطعية ثنائية الأبعاد للعثور على المجرم. لكن النظر إلى مسح ثنائي الأبعاد يشبه محاولة فهم مدينة ثلاثية الأبعاد من خلال النظر إلى خريطة شارع مسطحة واحدة. يمكنك رؤية الشوارع، لكنك قد تغفل عن مدى ارتفاع المباني أو الاتجاه الدقيق الذي يؤدي إليه زقاق جانبي.

لحل هذه المشكلة، طور الباحثون "نظام تصوير مرئي ثلاثي الأبعاد" (3D-VIS). فكر في هذا النظام كجهاز مسح سحري يأخذ صور الأشعة المقطعية المسطحة ويبني "توأمًا رقميًا" تفاعليًا ثلاثي الأبعاد لرقبة المريض. هذا ليس مجرد صورة جميلة؛ بل هو نموذج غني بالبيانات يمكن تدويره، وتكبيره، وتقطيعه على شاشة الكمبيوتر. يستخدم النظام الذكاء الاصطناعي (AI) للعثور تلقائيًا على الورم والعقد الليمفاوية وتسليط الضوء عليهما، وفصلهما عن العضلات والأوعية الدموية المحيطة.

الاختبار الكبير: الرقمي مقابل الواقعي

لم يكتفِ الباحثون ببناء النموذج فحسب؛ بل أرادوا معرفة ما إذا كان موثوقًا. لقد جمعوا 34 مريضًا مصابين بسرطانات الرأس والرقبة ممن كان من المقرر خضوعهم لجراحة استئصال الرقبة (إزالة العقد الليمفاوية للتحقق من انتشار السرطان). قبل الجراحة، استخدم الفريق نظام 3D-VIS لإنشاء نموذج لكل مريض من رقبتهم. قاموا بقياس العقد الليمفاوية في النموذج، مع تدوين حجمها وشكلها وموقعها الدقيق.

بعد ذلك، دخل الجراحون إلى غرفة العمليات. قاموا بإزالة العقد الليمفاوية وقاموا بقياسها مرة أخرى، هذه المرة باستخدام مسطة (فرنية كاليبير/القدمة ذات الورنية) وباستخدام طريقة إزاحة الماء (خدعة علمية كلاسيكية لقياس الحجم) للحصول على "الحقيقة الأرضية" لكيفية حجم العقد حقًا.

السؤال الكبير كان: هل طابق النموذج الرقمي الشيء الحقيقي؟

النتائج: تطابق شبه مثالي

كانت الإجابة بـ "نعم" مدوية. وجدت الدراسة أن النظام ثلاثي الأبعاد كان دقيقًا للغاية بطريقتين رئيسيتين:

1. الموقع: حدد النظام بدقة مكان العقد الليمفاوية غير الطبيعية في الرقبة. عندما قارنوا الخريطة ثلاثية الأبعاد بالجراحة الفعلية، كان الاتفاق مرتفعًا للغاية. على سبيل المثال، في مناطق الرقبة المختلفة (المسماة المستويات من الأول إلى الخامس)، توقع النظام وجود العقد بمعامل اتساق (كابا) يزيد عن 0.8، وهو ما يعتبر اتفاقًا "ممتازًا". وفي بعض المناطق، كان التطابق مثاليًا (1.000).

2. الحجم والحجم الفراغي: هنا حدث السحر الحقيقي. قارن الباحثون حجم العقد الليمفاوية في النموذج ثلاثي الأبعاد بحجمها المقاس أثناء الجراحة.

   • القطر: لم يكن هناك فرق معنوي بين القياسات ثلاثية الأبعاد، وقياسات الأشعة المقطعية القياسية، والقياسات الجراحية الفعلية. كانت جميعها متشابهة تمامًا.
   • الحجم الفراغي: توقع النظام ثلاثي الأبعاد حجم العقد الليمفاوية بدقة مذهلة. بلغ متوسط الحجم المتوقع 1.32 سم مكعب، بينما كان الحجم الفعلي المقاس في غرفة العمليات 1.34 سم مكعب. كان الفرق ضئيلًا جدًا - حوالي 0.09 سم مكعب في المتوسط فقط.
   • الرياضيات: عندما أجروا الحسابات، كانت العلاقة بين الحجم المتوقع والحجم الفعلي خطًا شبه مثالي (معامل ارتباط قدره 0.997). وهذا يعني أنه إذا قال النظام ثلاثي الأبعاد إن العقدة ذات حجم معين، فمن المضمون تقريبًا أن تكون بهذا الحجم في الواقع.

رؤية ما لا يُرى

أحد أروع أجزاء الدراسة كان كيفية تعامل النظام ثلاثي الأبعاد مع الأوعية الدموية. في بعض المرضى، كانت الأورام تضغط أو تلتوي الأوردة الرئيسية في الرقبة. أظهرت النماذج ثلاثية الأبعاد هذه التشوهات بوضوح، مما سمح للجراحين بمعرفة مكان انسداد أو انثناء "الطرق" بدقة قبل إجراء أي شق جراحي. في إحدى الحالات، أظهر النظام وريدًا يمر عبر ورم مباشرة، وهو تفصيل قد يتم إغفاله في المسح المسطح.

كما اختبر الباحثون مدى قدرة النظام على مساعدة المرضى في فهم حالتهم. فقد قاموا بإنشاء رمز استجابة سريعة (QR code) يمكن للمرضى وعائلاتهم مسحه بهواتفهم. سمح ذلك لهم برؤية النموذج ثلاثي الأبعاد للورم والعقد الليمفاوية على الهواتف الذكية، وتدويره لرؤية ما يتحدث عنه الجراحون بالضبط. جعل هذا المحادثات التي تسبق الجراحة أكثر وضوحًا وأقل إخافة للعائلات.

ماذا يعني هذا (وماذا لا يعني)

تخلص الدراسة إلى أن نظام 3D-VIS هو أداة دقيقة للغاية لتخطيط جراحة سرطان الرأس والرقبة. وهي تشير إلى أن استخدام هذه النماذج ثلاثية الأبعاد يمكن أن يساعد الجراحين على التخطيط بشكل أفضل، ومعرفة مكان القطع بالضبط، وتجنب إتلاف الهياكل المهمة.

ومع ذلك، فإن المؤلفين حذرون من تسمية هذا "مشكلة تم حلها" لكل جانب من جوانب الجراحة. فقد ذكروا بعض القيود:

• حجم الورم الأساسي: بينما كان النظام رائعًا في قياس العقد الليمفاوية، إلا أنهم لم يثبتوا إحصائيًا أنه مثالي في قياس الحجم الدقيق للورم الرئيسي. وأوضحوا أن هذا يعود جزئيًا إلى أن أورام الفم يصعب رؤيتها بوضوح في الأشعة المقطعية بسبب الحشوات المعدنية في الأسنان، ومن الصعب على الجراحين تحديد الحافة الدقيقة للورم أثناء استئصاله.
• حجم العينة: درست الدراسة 34 مريضًا فقط. ورغم أن النتائج واعدة، إلا أن المؤلفين يقولون إن هناك حاجة لدراسات أكبر مع عدد أكبر من المرضى للتأكد من أن هذا يعمل للجميع.
• مركز واحد: تمت جميع العمليات الجراحية من قبل فريق واحد في مستشفى واحد. ستتطلب الدراسات المستقبلية معرفة ما إذا كان جراحون آخرون في أماكن أخرى سيحصلون على نفس النتائج الرائعة.

باختصار، توضح هذه الورقة أن تحويل المسوحات الطبية المسطحة إلى هولوغرامات تفاعلية ثلاثية الأبعاد ليس مجرد خدعة رائعة - بل هو طريقة دقيقة للغاية لرسم خريطة لساحة المعركة قبل بدء القتال. وهي تشير إلى أنه في المستقبل القريب، قد يعتمد الجراحون على هذه التوائم الرقمية للملاحة في غابة الرقبة المعقدة بثقة، مما يضمن إزالة الخلايا السيئة مع ترك الخلايا الجيدة دون مساس.