Technical Note: SegMed, a 3D Slicer module for standardized post mortem CT segmentation of lower-limb long-bone diaphyses

في عالم العلوم الجنائية الهادئ وعالي المخاطر، حيث تتحدث الجثث من خلال الأدلة التي تتركها وراءها، تساعد أداة جديدة الخبراء على الاستماع بوضوح أكبر. لعقود من الزمن، اعتمد المحققون على التصوير المقطعي المحوسب لما بعد الوفاة (PMCT)، وهو في الأساس فحص أشعة سينية ثلاثي الأبعاد متخصص يُؤخذ بعد الوفاة. تتيح هذه التقنية لأطباء الشرع رؤية ما بداخل الجسم دون الحاجة لفتحه، مما يوثق العظام المكسورة، أو الأجسام المخفية، أو التغيرات الطفية التي تحدث مع تحلل الجسم. ومع ذلك، فإن تحويل هذه الصور ثلاثية الأبعاد الضخمة والمعقدة إلى أرقام دقيقة وقابلة للمقارنة كان عملية بطيئة وغير منظمة. ففي كل مرة يرغب فيها الخبير في قياس ما بداخل عظمة الساق أو الأنسجة المحيطة بها، يضطر غالباً إلى تتبع الحدود يدوياً، وهي مهمة تختلف من شخص لآخر وتستغرق وقتاً طويلاً. هذا التباين يجعل من الصعب مقارنة حالة بأخرى أو بناء قواعد بيانات ضخمة وموثوقة لما تبدو عليه هذه التغيرات بمرور الوقت.

ولحل هذه المشكلة، طور فريق من الباحثين مساعداً رقمياً جديداً يسمى "SegMed". تخيل أنه برنامج إضافي (plugin) متخصص يعيش داخل برنامج تصوير طبي شهير يسمى "3D Slicer". وبدلاً من استبدال الخبير البشري، يعمل SegMed كشريك دؤوب ومتسق تماماً يتولى المهام الحسابية والتتبع المتكرر، بينما يقدم الخبير التوجيه الأولي والمراجعة النهائية. تم تصميم هذه الأداة خصيصاً للعظام الطويلة في الجزء السفلي من الساق، مثل عظمة الفخذ وعظمة الظنبوب (الshin bone). ومن خلال أتمتة استخراج هذه العظام وقياس ما بداخلها، يسمح SegMed للباحثين بإنشاء بيانات معيارية يمكن مقارنتها عبر الحالات المختلفة، وأجهزة المسح المختلفة، والمختبرات المختلفة. هو لا يخبر الكمبيوتر بما يجب أن يستخلصه بشأن سبب الوفاة؛ بل يضمن أن القياسات الخام المستخدمة للوصول إلى تلك الاستنتاجات دقيقة وموحدة قدر الإمكان.

تبدأ العملية عندما يفتح خبير الطب الشرعي مسحاً لجسم ما ويختار العظمة المحددة التي يرغب في دراستها. يضع الخبير علامة رقمية واحدة على القشرة الصلبة الخارجية للعظمة، والمعروفة باسم "القشرة" (cortex). ومن هذه النقطة الواحدة، يتولى البرنامج المهمة. فهو يستخدم طريقة رياضية لإيجية المحور الطولي للعظمة، مما يؤدي فعلياً إلى تقويمها في ذاكرة الكمبيوتر بحيث تقف مستقيمة تماماً، بغض النظر عن وضعية الجسم داخل جهاز المسح. وبمجرد محاذاة العظمة، يقوم البرنامج تلقائياً بقطع الجزء الأوسط منها، المعروف باسم "الجسم" (diaphysis)، باستخدام قواعد محددة مسبقاً حول مكان بدء العظمة ونهايتها الطبيعية. يضمن ذلك أخذ كل قياس من الجزء نفسه تماماً من العظمة، مما يلغي التخمين الذي قد يتسلل غالأً عندما يحاول البشر تحديد هذه الحدود بالنظر.

بمجرد عزل العظمة ومحاذاتها، ينظر البرنامج إلى المحتويات داخل التجويف المركزي. في الشخص الحي، يكون هذا الفراغ مليئاً بالنخاع، ولكن في الجثة، تتغير المحتويات. يقوم البرنامج بتصنيف هذه المحتويات إلى مجموعات مختلفة بناءً على مدى كثافتها في المسح. يمكنه التمييز بين المناطق التي تبدو كغاز، والتي قد تشير إلى التحلل، والمناطق التي تبدو كالدهون، والمناطق التي تبدو كالسوائل، والمناطق التي هي مزيج من المواد أو الحطام. يفعل ذلك من خلال قراءة وحدات "هونسفيلد" (Hounsfield units)، وهي مقياس معياري يقيس مدى حجب المادة للأشعة السينية. يقوم البرنامج بعدّ عدد "الفوكسلات" (voxels) -وهي بكسلات ثلاثية الأبعاد صغيرة- التي تندرج تحت كل فئة، ويحسب بدقة المساحة التي يشغلها كل نوع من المواد. كما يقيس الأنسجة الرخوة التي تحيط بالعظمة من الخارج، مما يخلق صورة كاملة للعظمة وبيئتها المباشرة.

تكمن قوة هذه الأداة في قدرتها على إنتاج سجل رقمي مهيكل لهذه النتائج. فبدلاً من أن يقوم الباحث بكتابة أرقام على ورقة أو حفظ مجموعة فوضوية من الصور، يقوم SegMed تلقائياً بإنشاء جدول بيانات نظيف. يتضمن هذا الجدول الحجم الإجمالي لتجويف العظمة، وحجم الغاز بداخلها، وحجم السائل، ونسبة كل منهما بالنسبة للكل. حتى أنه ينشئ خريطة، أو "قناعاً" (mask)، يوضح بالضبط أي البكسلات تم تخصيصها لأي فئة، مما يسمح لخبير آخر بالنظر إلى الصورة والتحقق من العمل. البرنامج صارم في قواعده؛ فعلى سبيل المثال، لن يسمح باحتساب بكسل واحد كغاز وسائل في آن واحد، مما يضمن أن تكون الأرقام النهائية متسقة رياضياً. هذا المستوى من الدقة أمر بالغ الأهمية لبناء قاعدة بيانات يمكن فيها مقارنة حالة بأخرى بشكل موثوق، مما يساعد العلماء على فهم أنماط التحلل وتغيرات العظام بمرور الوقت.

ومع ذلك، فإن مبتكري SegMed واضحون جداً بشأن ماهية هذه الأداة وما ليست عليه. إنها أداة قياس، وليست "أوراكل" (عرافة) تشخيصية. الفئات التي تستخدمها، مثل "شبيه بالغاز" أو "شبيه بالسائل"، هي أوصاف لكيفية ظهور المادة في المسح، وليست تسميات نهائية لما هي عليه المادة من الناحية البيولوجية. فالبكسل الذي يبدو كالسائل قد يكون دماً، أو ماءً، أو خليطاً منهما، والبرنامج لا يدعي معرفة الفرق. كما تتطلب الأداة إشرافاً بشرياً؛ إذ يجب على الخبير وضع العلامة الأولية، ومراجعة محاذاة العظمة، والتحقق من النتائج النهائية لضمان عدم ارتباك البرنامج بسبب العظام المكسورة، أو الأطراف المتداخلة، أو جودة الصور الضعيفة. تقتصر الأداية حالياً على عظمي الفخذ والظنبوب، وبينما تمتلك بعض الميزات الأولية لعظمة الشظية (fibula) الأصغر، إلا أنها ليست مختبرة أو موصى بها للاستخدام بعد.

الهدف النهائي من هذا العمل هو إضفاء مستوى جديد من الموثوقية على أبحاث التصوير الجنائي. ومن خلال توحيد كيفية إجراء هذه القياسات، تساعد الأداة في إزالة التباين الناتج عن قيام أشخاص مختلفين بالعمل بطرق مختلفة. وهذا يسمح للباحثين بطرح أسئلة أكبر حول كيفية تغير الأجسام بعد الوفاة، واختبار ما إذا كانت بعض الأنماط ثابتة عبر المجموعات السكانية، وبناء مجموعات بيانات قوية بما يكفي لدعم الاستنتاجات العلمية. لا يحل Segmed لغز الوفاة بمفرده، ولكنه يوفر البيانات الواضحة والمتسقة والقابلة للتكرار التي يحتاجها الخبراء لحل تلك الألغاز بثقة أكبر. إنه يمثل تحولاً من الملاحظة اليدوية البحتة إلى نهج هجين حيث يوجه الخبرة البشرية عمليات حسابية معيارية قوية، مما يضمن أن القصة التي ترويها العظام دقيقة بقدر ما يسمح به العلم.