Clinical and CT radiomics-based differentiation between invasive pulmonary fungal infections and secondary pulmonary tuberculosis

تُعد الرئة البشرية مشهداً معقداً، وعندما تصاب بالعدوى، غالباً ما يرسل الجسم نفس إشارات الاستغاثة بغض النظر عن نوع المعتدي. وهناك عدوان خطيران ويصعب التمييز بينهما بشكل خاص: العدوى الفطرية الرئوية الغازية والسل الرئوي الثانوي. الأول هو غزو فطري عدواني يزدهر لدى الأشخاص الذين يعانون من ضعف في جهاز المناعة، وغالباً ما يضرب أولئك الذين يخضعون لعلاجات طبية طويلة الأمد أو يعيشون مع أمراض خطيرة. والثاني هو إعادة تنشيط للبكتيريا التي تسبب السل، والتي يمكن أن تظل كامنة لسنوات قبل أن تندلع مرة أخرى. يمكن لكلا الحالتين أن تسببا الحمى، والسعال، وضيق التنفس، وعندما ينظر الأطباء إلى فحص مقطعي محوسب قياسي (CT scan) — وهو صورة أشعة ثلاثية الأبعاد للصدر — تبدو الصور متشابهة بشكل مذهل. يمكن لكلتا المرضين تكوين بقع غائمة، أو ثقوب في الأنسجة، أو كتل صلبة تشبه العقد. هذا الارتباك البصري خطير لأن العلاجات مختلفة تماماً: أحدهما يتطلب أدوية مضادة للفطريات قوية، بينما يحتاج الآخر إلى مضادات حيوية محددة للبكتيريا. قد يكون إعطاء الدواء الخاطئ مميتاً، ومع ذلك فإن التمييز بين الاثنين غالباً ما يعتمد على خزعات جراحية أو الانتظار لأيام للحصول على المزارع المخبرية، وهو تأخير يترك المرضى عرضة للخطر.

ولحل هذه المشكلة، شرع فريق من الباحثين من مستشفيات في الصين في بناء أداة رقمية يمكنها رؤية ما تغفله العين البشرية. لقد جمعوا بيانات من 283 مريضاً، مقسمين إلى مجموعتين: أولئك الذين ثبتت إصابتهم بعدوى فطرية وأولئك المصابين بالسل الثانوي. جمع الفريق السجلات الطبية للمرضى، ونتائج فحوصات الدم، وصور الأشعة المقطعية الفعلية التي أُخذت أثناء تشخيصهم الأولي. ثم طبقوا تقنية تسمى "الراديوميكس" (radiomics)، والتي تعامل الصورة الطبية ليس فقط كصورة، بل كشبكة ضخمة من نقاط البيانات. وبينما ينظر طبيب الأشعة إلى المسح الضوئي ليرى شكل الآفة، يقوم برنامج الراديوميكس بقياس آلاف الأنماط الصغيرة غير المرئية داخل ذلك الشكل — وهي اختلافات في الملمس، والكثافة، وترتيب البكسلات التي تكون دقيقة للغاية بحيث لا يستطيع البشر ملاحظتها. دمج الباحثون هذه الأنماط الصورية الخفية مع حقائق سريرية محددة، مثل ما إذا كان المريض يتناول مضادات حيوية واسعة الطيف لفترة طويلة، ومستويات الهيموجلوبين لديه، وعدد الخلايا المتعادلة (neutrophil count)، وهي نوع من خلايا الدم البيضاء.

بنى الباحثون أولاً نموذجاً باستخدام المعلومات السريرية فقط. ووجدوا أن ثلاثة عوامل برزت كدلالات قوية على العدوى الفطرية: تاريخ من استخدام المضادات الحيوية لفترة طويلة، وانخفاض مستويات الهيموجلوبين، وارتفاع عدد الخلايا المتعادلة. كان هذا النموذج السريري مفيداً، لكنه لم يكن مثالياً. بعد ذلك، بنوا نموذجاً منفصلاً باستخدام بيانات الراديوميكس المستخرجة من الأشعة المقطعية. أثبت هذا النموذج الرقمي أنه أكثر حدة، حيث حدد الإصابات الفطرية بدقة عالية من خلال التعرف على "البصمات الملمسية" الفريدة للمرض. أخيراً، دمجوا هذين النهجين في أداة واحدة متكاملة. هذا النموذج المدمج، الذي يوازن بين فحوصات دم المريض والتفاصيل المجهرية لصور الرئة، كان الأفضل على الإطلاق. وفي الاختبار، ميز بين المرضين بشكل صحيح بنسبة 84 بالمائة تقريباً في مجموعة جديدة من المرضى، وهو تحسن كبير مقارنة باستخدام العلامات السريرية وحدها.

جاء الاختبار الحقيقي لهذه الأداة الجديدة عندما قارنها الباحثون بأداء الخبراء البشريين. قام طبيبان للأشعة، أحدهما لديه خبرة تزيد عن خمسة عشر عاماً والآخر لديه ست سنوات، بمراجعة نفس صور الأشعة المقطعية والبيانات السريرية لإجراء تشخيصاتهم الخاصة. وبينما كان الطبيب الخبير يؤدي بشكل جيد معقول، إلا أن النموذج الحاسوبي لا يزال يتفوق على كل من أخصائي الأشعة الأقدم والأحدث. تشير الدراسة إلى أنه بينما يبرع الأطباء البشريون في رصد الميزات الواضحة لأمراض الرئة، فإنهم يواجهون صعوبة في التعامل مع الأنسجة المتداخلة والدقيقة التي تحدد هذين النوعين من العدوى. ومع ذلك، فإن النموذج الرقمي لا يصيبه التعب أو التشتت؛ فهو يقيس باستمرار آلاف نقاط البيانات التي تحدد الطبيعة الحقيقية للمرض.

لا يدعي هذا البحث أنه وجد علاجاً سحرياً أو حلاً مثالياً يقضي على جميع حالات عدم اليقين. يقر المؤلفون بأن أداتهم تم اختبارها على مجموعة محددة من المرضى، وأن العدوى الفطرية التي تمت دراستها شملت ثلاثة أنواع مختلفة، والتي قد تسلك سلوكيات مختلفة قليلاً. كما يشيرون أيضاً إلى أن الطريقة تعتمد على صور عالية الجودة وبيانات معيارية، والتي يمكن أن تختلف بين المستشفيات. ومع ذلك، فإن النتائج تقدم مساراً ملموساً للمضي قدماً. فمن خلال توفير رأي ثانٍ موضوعي وكمي، يمكن لهذا النموذج المدمج أن يساعد الأطباء في اتخاذ قرارات أسرع وأكثر دقة. وبالنسبة لمريض يرقد في سرير المستشفى مع عدوى رئوية مربكة، تمثل هذه الأداة وسيلة لاختراق الضباب البصري، مما يضمن حصوله على العلاج الصحيح في وقت أقرب وتجنب التأخيرات المميتة التي تأتي من التخمين بين عدوين متشابهين جداً.