الباحثون في المركز الطبي في جامعة ديوك طوروا نظامًا قائمًا على التعلم العميق للاكتشاف بمساعدة الكمبيوتر (CAD) لتحديد النقائل الدماغية التي يصعب اكتشافها في صور التصوير بالرنين المغناطيسي. أظهرت الخوارزمية حساسية وخصوصية ممتازة ، متفوقة على أنظمة CAD الأخرى في التطوير. تُظهر الأداة إمكانية تمكين التعرف المبكر على نقائل الدماغ الناشئة ، مما يسمح باستهدافها بالجراحة الإشعاعية التجسيمية (SRS) عند ظهورها لأول مرة ، وبالنسبة لبعض المرضى ، تقليل عدد العلاجات المطلوبة.
SRS ، التي تستخدم حزم الفوتونات المركزة بدقة لتوصيل جرعة عالية من الإشعاع إلى أهداف في الدماغ في جلسة علاج إشعاعي واحدة ، تتطور إلى علاج قياسي للرعاية للمرضى الذين يعانون من عدد محدود من النقائل الدماغية. لاستهداف ورم خبيث ، ومع ذلك ، يجب أولاً تحديده على صورة MR. لسوء الحظ ، ما يقرب من 10 ٪ ليسوا كذلك ، 30 ٪ لأولئك الذين يقل حجمهم عن 3 مم ، حتى عند مراجعتها من قبل خبراء الأشعة العصبية.
عندما يتم تحديد هذه النقائل الدماغية غير المكتشفة - والتي يشير إليها الباحثون على أنها نقائل تم تحديدها بأثر رجعي (RIMs) - في فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي اللاحقة ، عادة ما تكون هناك حاجة إلى علاج SRS ثان. هذا العلاج مكلف ، ويمكن أن يكون غير مريح وغازٍ ، ويتطلب أحيانًا تثبيت الرأس بإطار مثبت في الجمجمة بواسطة دبابيس.
في الاجتماع السنوي الأخير لـ ASTRO ، ديفون جودفري أوضح أن الباحثين صمموا نظام CAD القائم على الشبكة العصبية التلافيفية (CNN) خصيصًا لتحسين اكتشاف وتجزئة RIMs التي يصعب اكتشافها والانبثاث الصغير جدًا الذي تم تحديده مستقبليًا (PIMs). يصف Godfrey وزملاؤه اختبار هذا النظام والتحقق منه في المجلة الدولية لعلم الأورام الإشعاعي، وعلم الأحياء، والفيزياء.
قام الفريق بتدريب أداة CAD على بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي (تسلسل صدى متدرج مدلل معزز بالتباين) من 135 مريضًا مع 563 نقائل دماغية. تم الحصول على الصور باستخدام ماسح ضوئي 1.5 T و 3.0 T MRI من بائعين مختلفين في مواقع Duke Health المتعددة. في المجموع ، تضمنت مجموعة البيانات 491 PIMs بقطر متوسط يبلغ 6.7 ملم ، و 72 RIMs من 32 مريضًا ، بقطر متوسط يبلغ 2.7 ملم.
لتحديد RIMs ، راجع الباحثون صور MR الأصلية لكل مريض للبحث عن علامات تعزيز التباين في الموقع الدقيق حيث تم اكتشاف ورم خبيث لاحقًا. بعد المراجعة ، صنفوا كل RIM على أنها إما استوفت معايير التشخيص القائمة على التصوير (+ DC) أو لديها معلومات بصرية غير كافية (-DC) ليتم تحديدها على أنها ورم خبيث.
قام الباحثون بتقسيم مجموعة بيانات RIMs و PIMs عشوائيًا إلى خمس مجموعات ، باستخدام أربعة منها لتطوير النماذج والخوارزمية وواحدة كمجموعة اختبار. "أدى إدراج كل من + DC و -DC RIMs إلى أعلى درجات الحساسية لكل فئة وحجم ورم خبيث في الدماغ ، مع إرجاع أدنى معدل إيجابي كاذب وأعلى قيمة تنبؤية إيجابية ،" أفادوا. "يُظهر هذا فائدة واضحة لتضمين عينات ذات وزن زائد من نقائل الدماغ الصغيرة الصعبة إلى بيانات تدريب CAD."
بالنسبة إلى PIMs و + DC RIMs - التي تتميز بخصائص واضحة للنقائل على التصوير بالرنين المغناطيسي - حقق النموذج حساسية شاملة بنسبة 93٪ ، تتراوح من 100٪ للآفات التي يزيد قطرها عن 6 مم إلى 79٪ لتلك التي يقل قطرها عن 3 مم. كان المعدل الإيجابي الكاذب أيضًا منخفضًا بشكل مثير للإعجاب ، بمتوسط 2.7 لكل شخص ، مقارنة بما يتراوح بين ثمانية و 35 في أنظمة CAD الأخرى مع حساسية اكتشاف مماثلة للآفات الصغيرة.
كان نظام CAD قادرًا أيضًا على اكتشاف بعض RIMs -DC في كل من مجموعات التطوير والاختبار. سيكون تحديد النقائل الدماغية في هذه المرحلة المبكرة ميزة سريرية كبيرة ، حيث يمكن بعد ذلك مراقبة مثل هذه الآفات بشكل أكثر دقة من خلال التصوير ، مما يؤدي إلى العلاج إذا لزم الأمر.
يعمل فريق Duke الآن على تحسين دقة أداة CAD من خلال استخدام تسلسلات MR المتعددة. يوضح جودفري أن دراسات التصوير بالرنين المغناطيسي للدماغ تتضمن دائمًا تسلسلات متعددة بالرنين المغناطيسي تنتج معلومات فريدة عن كل فوكسل في الدماغ. يقول: "نعتقد أن دمج المعلومات الإضافية المتاحة من هذه التسلسلات الأخرى يجب أن يحسن دقتها".
ويشير جودفري إلى أن الباحثين على بعد أسابيع فقط من بدء دراسة محاكاة الاستخدام السريري المحتملة لنظام CAD الحالي للتحقيق في كيفية تأثير الأداة على اتخاذ القرارات السريرية من قبل كل من أخصائيي الأشعة وعلماء الأورام بالإشعاع.
يساعد التعلم العميق أخصائيي الأشعة على اكتشاف سرطان الرئة باستخدام الأشعة السينية للصدر
"سيتم تقديم العديد من أخصائيي الأشعة العصبية وأخصائيي علاج الأورام بالإشعاع العصبي الذين يقومون بإجراء الجراحة الإشعاعية المركزة لإجراء فحوصات بالرنين المغناطيسي للدماغ. سيُطلب منهم العثور على أي آفة قد تكون ورم خبيث في الدماغ ، وتقييم مستوى ثقتهم ، وتحديد ما إذا كانوا سيعالجون الآفة باستخدام SRS ، بناءً على مظهرها في الصور ، " عالم الفيزياء. "سنقدم لهم بعد ذلك تنبؤات CAD ونقيم تأثير CAD على القرارات السريرية لكل طبيب."
إذا أسفرت دراسة المحاكاة هذه عن نتائج واعدة ، يتوقع جودفري نشر أداة CAD للمساعدة في تحديد النقائل الدماغية الصعبة بشكل مستقبلي في المرضى الجدد الذين يتم علاجهم في عيادة Duke Radiation Oncology بموجب بروتوكول بحثي ، ربما في أقرب وقت في منتصف عام 2023.
