Deep learning-assisted target volume segmentation for uterine malignancies on non-contrast CT

في عالم علاج السرطان المعقد، يعمل العلاج الإشعاعي مثل شعاع دقيق من الطاقة المصممة لتدمير الأورام مع حماية الأعضاء السليمة المجاورة. ولجعل هذا ممكناً، يجب على الأطباء أولاً رسم خريطة مفصلة على مسح المريض، وتحديد مكان وجود السرطان بالضبط ومدى المسافة التي يحتاج الإشعاع للوصول إليها. هذه الخريطة، المعروفة باسم "حجم الهدف"، هي أساس خطة العلاج بأكملها. فإذا كانت الخريطة صغيرة جداً، قد ينجو السرطان؛ وإذا كانت كبيرة جداً، فقد تتضرر الأنسجة السليمة. ولعقود من الزمن، كان إنشاء هذه الخرائط مهمة يدوية بطيئة يقوم فيها أخصائي بتتبع الحدود بعناية على شاشة الكمبيوتر، وهي عملية تختلف من شخص لآخر ويمكن أن تستغرق أكثر من ساعة للمريض الواحد. ويعد هذا التحدي صعباً بشكل خاص في حالات سرطانات الرحم وعنق الرحم والبطانة، لأن الأنسجة الرخوة في الحوض غالباً ما تبدو متشابهة جداً في المسوحات القياسية، مما يجعل حدود الورم صعبة الرؤية بوضوح.

سعى باحثون في مستشفى غانجو للسرطان في الصين لمعرفة ما إذا كان الذكاء الاصطناعي يمكنه المساعدة في تسريع هذه العملية دون فقدان الدقة. وقد ركزوا على نوع محدد من المسح يسمى التصوير المقطعي المحوسب بدون صبغة (NCCT)، وهو أداة التصوير القياسية المستخدمة للتخطيط ولكنها تفتقر إلى تفاصيل التباين العالية الموجودة في طرق أخرى مثل التصوير بالرنين المغناطيسي. قام الفريق بتدريب نظام كمبيوتر للنظر في هذه المسوحات ورسم حدود المناطق المستهدفة تلقائياً. لم يطلبوا من الكمبيوتر مجرد التخمين؛ بل بنوا نظاماً يتعلم من مئات الحالات السابقة حيث قام أطباء خبراء بالفعل برسم الخرائط يدوياً. كان الهدف هو إنشاء أداة يمكنها تقديم مسودة أولية للخريطة، والتي يمكن للطبيب بعد ذلك التحقق منها وتعديلها بسرعة، بدلاً من البدء من شاشة فارغة في كل مرة.

شملت الدراسة 157 مريضاً مصاباً بسراطان الرحم، تم تقسيمهم إلى مجموعات مختلفة لاختبار النظام بشكل عادل. تم تدريب الكمبيوتر على مجموعة كبيرة من المرضى ثم اختباره على مجموعة منفصلة لم يسبق له رؤيتها لضمان قدرته على التعامل مع الحالات الجديدة. وأظهرت النتائج أن الذكاء الاصطناعي كان بارعاً بشكل ملحوظ في رسم الحد الخارجي لمنطقة العلاج، والمعروف باسم "حجم الهدف التخطيطي". في المتوسط، تداخل رسم الكمبيوتر مع رسومات الأطباء الخبراء بنسبة تزيد عن 90 بالمائة. هذا الحد الخارجي هو هامش أمان يُضاف حول الورم الفعلي لضمان إصابة الإشعاع للهدف حتى لو تحرك المريض قليلاً. ومع ذلك، كان النظام أقل كمالاً عندما يتعلق الأمر بالحد الداخلي، الذي يحدد "حجم الهدف السريري" الفعلي حيث يوجد المرض. بالنسبة لهذه المنطقة الداخلية، بلغت نسبة التداخل حوالي 72 بالمائة. وهذا الفرق مهم لأن الحد الداخلي أصعب بكثير في التحديد على المسح القياسي، حيث يندمج الورم في الأنسجة المحيطة به.

لفهم ما إذا كانت هذه الخرائط التي أنشأها الكمبيوتر مفيدة حقاً في عيادة حقيقية، قام ثلاثة أطباء أشعة ذوي خبرة بمراجعة النتال بشكل مستقل. وقاموا بتقييم جودة عمل الكمبيوتر بناءً على مقياس بسيط. بالنسبة لهامش الأمان الخارجي، وجد الأطباء أن عمل الكمبيوتر كان مقبولاً سريرياً في أكثر من 91 بالمائة من الحالات، مما يعني أنه كان جاهزاً للاستخدام مع تعديلات طفيفة فقط. أما بالنسبة للحد الداخلي للورم، فقد كانت نسبة القبول أقل، عند حوالي 75 بالمائة، حيث تطلبت الحالات المتبقية تغييرات جوهرية أكثر. لاحظ الأطباء أن الكمبيوتر واجه صعوبة أحياناً عند الجزء العلوي والسفلي من المنطقة المستهدفة أو حيث يلتقي الرحم بالمستقيم، وهي مناطق يكون فيها تباين الأنسجة ضعيفاً بطبيعته. وبالرغم من هذه العيوب، لم ينتج النظام أي خرائط غير قابلة للاستخدام تماماً. الخلاصة الرئيسية هي أن الكمبيوتر يمكنه توفير نقطة انطلاق صلبة، ولكن لا يزال الطبيب البشري بحاجة إلى مراجعة وتدقيق الحدود الداخلية بعناًية.

كان التأثير الأكثر دراماتيكية لهذه التكنولوجيا واضحاً في الوقت المستغرق لإتمام العمل. ففي اختبار منفصل شمل 20 مريضاً، قارن طبيب واحد بين الوقت الذي يستغرقه رسم الخرائط يدوياً مقابل استخدام مسودة الكمبيوتر. عند الرسم من الصفر، استغرقت العملية في المتوسط 65 دقيقة لكل مريض. وعند استخدام الكمبيوتر لإنشاء المخطط الأولي، والذي قام الطبيب بعد ذلك بتعديله، انخفض الوقت إلى 14 دقيقة فقط. مثل هذا انخفاضاً بنسبة تقارب 80 بالمائة في الوقت المطلوب لهذه الخطوة الحاسمة. وقد أشار مؤلفو الدراسة بعناية إلى أن هذا كان اختباراً في مركز واحد، وأن النظام لم يثبت بعد أنه يعمل بشكل مثالي لكل نوع من المرضى أو في كل مستشفى. وشددوا على أنه بينما وفر الكمبيوتر قدراً هائلاً من الوقت، فإنه لم يكن بديلاً لخبرة الطبيب. إن أفضل طريقة لرؤية النظام هي كونه مساعداً قوياً يتولى المهام الشاقة المتمثلة في الرسم، مما يسمح للفريق الطبي بالتركيز على قراراتهم النهائية والحاسمة التي تضمن أن يكون العلاج آمناً وفعالاً.