Quantitative comparison of CT-free attenuation correction frameworks of PET imaging in LAFOV PET/CT systems
تقدم هذه الدراسة تقييماً موحداً، مستقلاً عن التصوير المقطعي المحوسب، لستة أطر عمل لتصحيح التوهين الخالي من التصوير المقطعي لأنظمة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ذات المجال الرؤيوي الواسع (LAFOV PET/CT)، مما يثبت أن النهج الهجين الذي يجمع بين خرائط التوهين المولدة عبر التعلم العميق وتعزيز تصحيح التوهين المعتمد على التعلم الآلي (MLACF) يحقق أعلى دقة كمية، مع تسليط الضوء على التأثير الكبير للأجسام الخارجية منخفضة التوهين على القياس الكمي للتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في عالم التصوير الطبي، يستخدم الأطباء غالباً تقنية تسمى التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني، أو PET، لرؤية كيفية عمل الجسم على المستوى الخلوي. وللقيام بذلك، يُعطى المريض كمية صغيرة من مادة تتبع مشعة تضيء مناطق النشاط العالي، مثل الأورام. ومع ذلك، وبينما تنتقل هذه الإشارات عبر الجسم ليتم اكتشافها، فإنها تضعف أو تُمتص بواسطة الأنسجة مثل العظام والعضلات والدهون. ولإنشاء صورة دقيقة، يحتاج الكمبيوتر إلى معرفة مقدار ما يحجبه الجسم من هذه الإشارات بدقة. تقليدياً، كان يتم ذلك عن طريق إجراء فحص سريع بالأشعة السينية، يُعرف باسم التصوير المقطعي المحوسب، أو CT، مباشرة قبل فحص PET. يوفر فحص CT خريطة لكثافة الجسم، مما يسمح للكمبيوتر بتصحيح صورة PET.
وبينما يُعتبر الإشعاع الناتج عن فحص CT منخفض الجرعة آمناً بشكل عام، إلا أنه لا يزال جرعة إضافية من الإشعاع تضاف إلى إجمالي التعرض الذي يتلقاه المريض. ويصبح هذا مصدر قلق أكثر أهمية مع الجيل الأحدث من أجهزة مسح PET، والتي أصبحت حساسة للغاية لدرجة أنها يمكنها إنتاج صور عالية الجودة باستخدام كمية أقل بكmuch من المادة المشعة مقارنة بالسابق. ولأن جزء الـ PET في الفحص أصبح الآن لطيفاً جداً، فإن جزء الـ CT، الذي كان في السابق مساهماً ثانوياً في إجمالي الإشعاع، يمكن أن يصبح في الواقع المصدر الأكبر للتعرض. وقد أدى هذا إلى دفع الباحثين للتساؤل: هل من الممكن إنشاء صور PET دقيقة دون استخدام فحص CT على الإطلاق؟ إذا تمكنوا من ذلك، فقد يقضون على الإشعاع الإضافي تماماً، مما يجعل هذه الفحوصات أكثر أماناً للأطفال، والحوامل، والأشخاص الذين يحتاجون إلى مراقبة مستمرة.
وضع فريق من الباحثين في مركز أمستردام الطبي الجامعي (Amsterdam U1)، بالتعاون مع زملاء من شركة سيمنس هيلثينيرز (Siemens Healthineers)، هدفاً للإجابة على هذا السؤال من خلال اختبار عدة طرق مختلفة لإنشاء صور "خالية من الـ CT". وركزوا على نوع جديد من أجهزة المسح يتميز بمنطقة رؤية طويلة جداً، مما يسمح بالتصوير فائق انخفاض الجرعة المذكور أعلاه. أراد الباحثون معرفة ما إذا كان بإمكانهم استبدال خريطة كثافة الجسم بشيء آخر. واختبروا نهجين رئيسيين: الأول كان طريقة قائمة على الفيزياء استخدمت الإشعاع الخلفي الداخلي لجهاز المسح لبناء خريطة للجسم. والثاني كان طريقة تعتمد على الذكاء الاصطناعي استخدمت برنامجاً حاسوبياً لتخمين كثافة الجسم بناءً فقط على صورة PET غير المصححة. كما اختبروا نسخاً هجينة تجمع بين هذه التخمينات وخوارخزميات رياضية متقدمة لتحسين النتائج.
ولضمان إجراء اختبار عادل، استخدم الفريق بيانات من اثني عشر مريضاً حقيقياً خضعوا لفحوصات PET قياسية. لم يختاروا الحالات الأفضل فحسب، بل استخدموا البيانات الخام كما هي تماماً، بما في ذلك أي حركة قد تكون بدرها المرضى أو أي غرسات معدنية كانت لديهم. وقارنوا الصور الناتجة عن طرقهم الست المختلفة التي تخلو من الـ CT بالصور القياسية التي تستخدم الـ CT كمرجع. كان الهدف هو معرفة مدى قرب الطرق الجديدة من الطرق التقليدية من حيث الدقة، وتحديداً من خلال النظر في سطوع الصور في الأعضاء السليمة وفي آفات السرطان.
أظهرت النتائج أن نهج الذكاء الاصطناعي كان متفوقاً بمراحل على الطريقة القائمة على الفيزياء وحدها. كانت الصور الناتجة عن الذكاء الاصطناعي أقرب بكثير إلى صور الـ CT القياسية، مع وجود اختلافات طفيفة فقط في السطوع. ومع ذلك، كان لدى طريقة الذكاء الاصطناعي نقطة ضعف محددة: فقد كانت تفشل أحياناً في رصد تفاصيل مثل الغرسات المعدنية أو جيوب الهواء داخل الجسم لأنها اضطرت لتخمينها من الصورة. وعندما دمج الباحثون طريقة الذكاء الاصطناعي مع خوارزمية التحسين الرياضي، تحسنت النتائج بشكل أكبر. نجح هذا النهج الهجين في تصحيح العديد من الأخطاء الصغيرة، مثل فقدان المعدن أو جيوب الهواء، وأنتج الصور الأكثر دقة من بين جميع الطرق المختبرة.
على الرغم من هذه النجاحات، كشفت الدراسة عن مشكلة كبيرة تؤثر على جميع طرق الـ CT-free: وهي وجود أجسام خارج الجسم. فالأشياء مثل الوسائد، أو البطانيات، أو الملابس التي يرتديها المرضى أو يستلقون عليها أثناء الفحص لا تظهر في صورة PET لأنها لا تحتوي على المادة المشعة. في فحص CT القياسي، تكون هذه الأشياء مرئية بوضوح ويتم تصحيح تأثيرها. أما في طرق الـ CT-free، فإن الكمبيوتر ببساطة لا يعلم بوجودها. ووجد الباحثون أن تجاهل هذه العناصر أدى إلى تقليل ثابت في تقدير السطوع في الصور النهائية، حيث بلغت الأخطاء حوالي ستة بالمائة في المتوسط. وهذا يشير إلى أنه بينما تتقدم التكنولوجيا كثيراً في رسم خرائط الجسم نفسه، إلا أنها لا تزال تواجه صعوبة في مراعاة البيئة المحيطة بالمريض.
كما سلطت الدراسة الضوء على أهمية التوقيت. ففي بعض عمليات المسح، كانت هناك فجوة زمنية أطول بين فحص CT وفحص PET، مما سمح للمريض بالتحرك قليلاً. تسبب هذا التحرك في عدم محاذاة صور الـ CT القياسية تماماً مع بيانات الـ PET، مما خلق أخطاء في الصور المرجعية نفسها. أما طرق الـ CT-free، التي يتم إنشاؤها من بيانات الـ PET وحدها، فقد ظلت متوافقة تماماً مع وضعية المريض. في هذه الحالات، كانت صور الـ CT-free في الواقع أكثر اتساقاً مع تشريح المريض الحقيقي من الطريقة القياسية التي تشوهت بسبب الحركة. ويشير هذا إلى أنه بالنسبة للمرضى الذين لا يستطيعون الثبات تماماً، قد توفر طرق الـ CT-free صورة أكثر موثوقية، حتى لو لم تكن التكنولوجيا مثالية بعد.
في نهاية المطاف، تشير الأبحاث إلى أن النظام الهجين، الذي يستخدم الذكاء الاصطناعي لتخمين كثافة الجسم ثم يقوم بتحسين هذا التخمين باستخدام الرياضيات القائمة على الفيزياء، هو المسار الأكثر واعداً نحو تصوير PET خالٍ من الـ CT. فهو يوفر أعلى دقة وأفضل فرصة للقضاء على جرعة الإشعاع الإضافية من فحوصات CT. ومع ذلك، يؤكد الباحثون أنه لكي تكون هذه التكنولوجيا جاهزة للاستخدام السريري الواسع النطاق، يجب أن تجد التطورات المستقبلية طريقة لمراعاة الأجسام الخارجية مثل الملابس والوسائد بدقة. وإلى أن يتم التعامل مع هذه الأشياء بشكل صحيح، ستستمر في إدخال أخطاء صغيرة ولكنها قابلة للقياس في التشخيص. إن هذا العمل يثبت أنه بينما أصبح حلم الحصول على فحص PET خالٍ تماماً من الإشعاع في المتناول، فإن الخطوات النهائية تتطلب حل التفاصيل العملية المتعلقة بكيفية وضع المرضى وما يرتدونه أثناء الفحص.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.