Interpretable Radiomic Analysis of Chest X-rays for Pneumonia Discrimination Using First-Order and GLCM Texture Features, Statistical Screening, and PCA
تُظهر هذه الدراسة أن مسار الراديوميكس الشفاف الذي يستخدم سمات الدرجة الأولى وسمات نسيج مصفوفة التدرج الرمادي (GLCM) من صور الأشعة السينية للصدر المجزأة يمكنه تمييز الالتهاب الرئوي إحصائياً عن الحالات الطبيعية بدقة متوسطة، مما يشير إلى إمكانية استخدامه كأداة دعم تفسيرية بدلاً من كونه حلاً تشخيصياً مستقلاً.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في كل عام، يُشخَّص ملايين الأشخاص حول العالم بأمراض تنفسية، وبالنسبة للكثيرين، تكون الخطوة الأولى في تلك الرحلة هي تصوير الصدر بالأشعة السينية. هذه الصورة البسيطة والسريعة هي غالباً الأداة الوحيدة المتاحة في العيادات المزدحمة أو القرى النائية، حيث تقدم لمحة عن الرئتين دون التكلفة العالية أو الإشعاع الناتج عن التصوير المقطعي المحوسب. ومع ذلك، فإن قراءة هذه الصور ليست مثالية على الإطلاق. فما يراه الطبيب في الأشعة السينية هو ظل ثنائي الأبعاد لجسم معقد ثلاثي الأبعاد، حيث يمكن للضلوع والقلب أن تخفي أو تحاكي المرض. وما يراه طبيب ما كأنه رئة صافية، قد يراه آخر كعلامة على وجود عدوى، مما يؤدي إلى خلافات قد تصل إلى نصف الحالات. ولحل هذه المشكلة، يتجه العلماء إلى مجال يسمى "الراديوميكس" (radiomics)، الذي يعامل الصور الطبية ليس مجرد صور للنظر إليها، بل كمجموعات هائلة من البيانات القابلة للقياس. فبدلاً من الاعتماد على العين البشرية لتخمين ما إذا كانت الرئة تبدو "غائمة" أو "صافية"، يستخدم الراديوميكس أجهزة الكمبيوتر لاستخراج أرقام دقيقة تصف سطوع ونسيج الصورة، آملين في إيجاد أنماط قد تغفل عنها العين البشرية.
في دراسة حديثة، سعى الباحثون لبناء نظام شفاف وسهل الفهم يمكنه التمييز بين الرئة السليمة وتلك المصابة بالالتهاب الرئوي باستخدام هذه الأرقام القابلة للقياس فقط. بدأوا بمجموعة كبيرة تضم 2,000 صورة أشعة سينية للصدر من قاعدة بيانات عامة، قسموها بالتساوي بين صور مصنفة كطبيعية وأخرى مصنفة على أنها مصابة بالالتهاب الرئوي. وللتأكد من أن الكمبيوتر ينظر إلى الأجزاء الصحيحة من الصورة، استخدموا أولاً أداة ذكاء اصطناعي متخصصة لرسم تحديد رقمي حول الرئتين، مما أدى فعلياً إلى عزل الضلوع والقلب وبقية الجسم. وبعد إزالة بعض الصور التي كان فيها هذا التحديد الرقمي تالفاً أو غير واضح، تبقى لديهم مجموعة نظيفة مكونة من 1,911 صورة للتحليل.
بعد ذلك، طلب الفريق من الكمبيوتر قياس إحدى عشرة خاصية محددة لأنسجة الرئة داخل تلك التحديدات. وصفت خمسة من هذه القياسات السطوع العام وكيفية توزيع البقع الفاتحة والداكنة، بينما ركزت الستة الأخرى على النسيج، أو كيفية ترتيب البكسلات بجانب بعضها البعض. وقارنوا هذه الأرقام بين الرئات السليمة والمصابة ليروا ما إذا كانت هناك فروق واضحة. وكشفت النتائج عن أمر مفاجئ: لم يكن السطوع العام للرئة ذا أهمية؛ إذ كان متوسط مستوى الضوء في الرئة السليمة متطابقاً تقريباً مع الرئة المصابة بالالتهاب الرئوي، مما يعني أن مجرد النظر إلى مدى سطوع الصورة لا يمكن أن يخبر الطبيب ما إذا كان المريض مريضاً أم لا.
ومع ذلك، حكى نسيج الرئة قصة مختلفة تماماً. فقد وجد الباحثون أن الطريقة التي تترتب بها البكسلات هي التي تحمل المفتاح. فالرئات السليمة، المليئة بالهواء والمتقاطعة بالأوعية الدموية والممرات الهوائية، أظهرت نمطاً معقداً ومتنوعاً مع العديد من درجات الرمادي المختلفة المختلطة معاً. وفي المقابل، أظهرت الرئات المصابة بالالتهاب الرئوي نسيجاً أكثر نعومة وتجانساً. ويرجع ذلك إلى أن الالتهاب الرئوي يملأ الأكياس الهوائية الصغيرة بالسوائل والخلايا، مما يخلق مظهراً كثيفاً وغائماً يؤدي إلى تسطيح الاختلافات الطبيعية الموجودة في الأنسجة السليمة. وقد أظهرت عشرة من القياسات الإحدى عشرة التي أجراها الفريق فروقاً ذات دلالة إحصائية بين المجموعتين، حيث أظهرت الأرقام القائمة على النسيج أقوى قدرة على التمييز بينهما.
ولفهم هذه الأرقام العشرة المختلفة، استخدم الباحثون تقنية رياضية لدمجها في بضع فئات أوسع. ووجدوا أن معظم المعلومات المفيدة يمكن استخلاصها في أربع مجموعات رئيسية فقط، وكانت المجموعة الأكثر أهمية تصف تجانس النسيج. وأكد هذا أن نعومة نمط الرئة كانت الإشارة الأقوى والأكثر تأثيراً في اكتشاف الالتهاب الرئوي في بياناتهم. وعندما أدخلوا هذه الأرقام المبسطة في ثلاثة أنواع مختلفة من برامج الكمبيوتر المصممة للتنبؤ، أظهرت الأنظمة أداءً جيداً إلى حد ما؛ حيث حدد البرنامج الأفضل الحالة بشكل صحيح بنسبة 64 في المائة، وأظهر قدرة متوسطة على التمييز بين المجموعتين بشكل عام.
تخلص الدراسة إلى أنه على الرغم من أن قياسات النسيج هذه تحمل معلومات حقيقية وذات معنى يمكنها الفصل بين الالتهاب الرئوي والرئة السليمة، إلا أنها ليست قوية بما يكفي لتكون بديلاً لتشخيص الطبيب بمفردها. فقد كانت الدقة منخفضة جداً بحيث لا يمكن استخدامها كأداة مستقلة، ويرجع ذلك على الأرجح إلى أن النظام كان ينظر إلى الرئة بأكملها في وقت واحد بدلاً من التركيز على بقع محددة من العدوى، ولأنه استخدم مجموعة بسيطة نسبياً من القياسات. ويقترح الباحثون أن هذا النهج يُنظر إليه كأفضل كونه مساعداً مفيداً يمكنه تقديم رأي ثانٍ موضوعي للقارئ البشري، وليس كحكم نهائي. ومن خلال التركيز على النسيج الفيزيائي للرئة بدلاً من مجرد سطوعها، يوفر هذا العمل أساساً واضحاً وقابلاً للتفسير لأدوات مستقبلية يمكن أن تساعد الأطباء يوماً ما في اتخاذ قرارات أسرع وأكثر دقة، خاصة في الأماكن التي يندر فيها خبراء الأشعة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.