تطبيقات في الفيزياء الطبية والعلاج الإشعاعي للأورام - ساينسوفيليا

 

تعلُّم الآلة: تطبيقات في الفيزياء الطبية والعلاج الإشعاعي للأورام

بقلم /  إيمان السيد
مراجعة علمية دكتور/إسلام كمال

علُم الآلة

الذي هو فرع من فروع الذكاء الصناعي، إنه مجال «برمجة أجهزة الكمبيوتر لتحسين معيار الأداء باستخدام الأمثلة أو الخبرات السابقة وقد تم استخدام هذه التقنية في التعلم في مجالات كثيرة، مثل: التعرف إلى الأنماط، وهندسة المركبات الفضائية، وعلم البيئة، والتطبيقات الطبية الحيوية.

يمكننا -إذًا- فهم تقنية تعلم الآلة على أنها تدريب أجهزة الكمبيوتر، للقيام بأداء مهامٍ عن طريق التعلم من البيئة المحيطة من خلال الأمثلة المتكررة  وغالبًا ما تتم مناقشة التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي معًا، ويتم استخدام المصطلحات في بعض الأحيان بالتبادل، ولكنهما لا يمثلان الشيء نفسه. 
ومن المهم هنا أن نذكر أنه على الرغم من أن جميع تقنيات التعلم الآلي تُعد ذكاءً اصطناعيًا، إلا أنه ليس كل ذكاء اصطناعي يمثل تعلمًا آليًا. 
شهدت خوارزميات تعلُم الآلة زيادةً في الاستخدام -بشكل عام- في الطب الحيوي وقد ركزت التطبيقات المبكرة لتعلُم الآلة في علم (علاج الأورام الإشعاعي – Radiation Oncology) على التنبؤ بالطبيعية للنسيج، ولكن تطبيقاته قد تفرعت منذ ذلك الحين إلى كل جزءٍ من هذا المجال، بما في ذلك معرفه استجابة الورم، وضمان الجودة الفيزيائية للإشعاع، وتخطيط العلاج، والعلاج الإشعاعي الموجه بالصور، بالإضافة إلى إدارة الحركة التنفسية والوضع المناسب للمريض اثناء الجلسة وتقسيم عدد جلسات الجرعات الاشعاعية.

يعتبر العلاج الإشعاعي من أكثر وسائل علاج مرض السرطان شيوعًا، ولكن من عيوب هذا الأسلوب العلاجي أنه قد يتسبب في حدوث مضاعفات في أنسجة سليمة بالجسم، قريبة من أماكن الأورام السرطانية التي يتم تعريضها للإشعاع.

وتشير الدراسات إلى أن تحديد الأعضاء المهددة بمخاطر التعرض للإشعاع بواسطة صور الأشعة المقطعية، هو عملية شاقة تتطلب مجهودات كبيرة من الأطباء والفيزيائين القائمين علي العلاج..

ولذلك توصل خبراء وباحثون في مجال الكمبيوتر بجامعة "كاليفورنيا إيرفن" الأمريكية إلى تقنية جديدة تسمح باستخدام الكمبيوتر في قراءة صور الأشعة المقطعية، بهدف تحديد درجة الخطورة التي تتعرض لها أنسجة الجسم جراء التعرض للإشعاع بواسطة معادلة خوارزمية للتعلم العميق باستخدام هذه التقنية..

وأكدت هذه الدراسة أن درجة دقة التحليل التي تتوصل إليها المنظومة الإلكترونية تتجاوز 78%، وهو تحسن ملموس في نسبة دقة النتائج التي يتوصل إليها أطباء علاج السرطان بالإشعاع".

وتركزت الدراسة الجديدة على منطقة الرأس والرقبة نظرا لتعقد التركيب التشريحي في تلك المنطقة وكثافة الأعضاء الموجودة في هذا الجزء من جسم الانسان، علاوة على أن توجيه الإشعاع بشكل غيردقيق في هذه المنطقة من جسم المريض قد يؤدي إلى مضاعفات مثل صعوبة في فتح الفم أوفقد القدرة على الإبصار أو السمع. 

الذكاء الاصطناعي  في مركز السرطان في نيس – مركز الطاقة العالية تمكن باحثون من استخدام الذكاء الاصطناعي في ترجمة عاجلة للبيانات السريرية للمريض إلى خطة مناسبة للقضاء على المرض بالعلاج الإشعاعي ومنع انتشاره بالجسم حيث كان  ينتظر المريض عدة أيام إلى أسبوع قبل أن يخضع للعلاج الإشعاعي، وذلك لأن الطبيب يقوم في تلك الفترة بوضع الخطة العلاجية القائمة على بيانات المريض السريرية بطريقة غير متطورة.

سعى الباحثون من خلال الدراسة الحالية والمنشورة بمجلة «الفيزياء الطبية» إلى استكشاف طرق لاستخدام الذكاء الاصطناعي في ذلك المجال لتحسين العلاج الإشعاعي من عدة أوجه أهمها وضع الخطة للجرعة الأولية المطلوبة ثم تعديلها بعد ذلك بحسب الحاجة تم استخدام الذكاء الاصطناعي بتعليم الآلة.

يعتبر مركز السرطان في نيس أول مركز خاص للسرطان في فرنسا معتمد باستخدام الذكاء الاصطناعي. 

حيث أن أخصائي العلاج بالأشعة للأورام يقضي وقتًا في تحضير ملف العلاج الإشعاعي لكل مريض. تمر عملية التحضير من خلال التخطيط و المسماة الكنتور والتي يقوم خلالها الطبيب باستخدام البرنامج برسم (أو تحديد) الأحجام المستهدفة المراد علاجها (الأورام و / أو الغدد الليمفاوية) و الأعضاء المعرضة للخطر (القلب ، النخاع ، الأعصاب ، الرئتين ، الجهاز الهضمي …). يتم استخدام هذه البيانات  لقياس الجرعات غالبًا ما يتم دمجه مع صور المسح الذري البوزتروني أو التصوير بالرنين المغناطيسي التشخيصي لتصورالاورام المراد علاجها بشكل أفضل. بعد ذلك فريق الفيزياء وقياس الجرعات بخطة علاج بالجرعة اللازمة للسيطرة على الورم وعدم إعطاء جرعة قد تكو ن ضارة  للأعضاء المحيطة 

إن جمع بيانات الكنتور أو / رسم الأعضاء المستهدفة المعرضة وتحليلها بواسطة الآلة سيسمح بالتعلم الآلي. 
وبالتالي يمكن أن يقترح الأحجام المستهدفة التي يجب معالجتها وتجنب الأجهزة الحيوية  والتي يمكن أن تساعد مساعدة كبيرة أخصائي العلاج بالأشعة للأورام في مرحلة التحضير للعلاج ، وتوفير الوقت.

وفي البداية، تقوم منظومة الذكاء الاصطناعي بالتعرف على الأعضاء الحيوية في المنطقة المراد تعريضها للإشعاع، ثم تستخلص الصور التي تركز على هذه الأعضاء الحساسة.

وتعطي  النتيجة في غضون ثوان محدودة، في حين أن هذه المهمة تستغرق من الطبيب حوالي نصف ساعة".

المراجع:

1. ^ Coiera, E. (1997). Guide to medical informatics, the Internet and telemedicine. Chapman & Hall, Ltd..

 2. ^ Bloch-Budzier, S. (November 22, 2016). NHS using Google technology to treat patients. Retrieved fromhttps://www.bbc.com/news/health 

 3- Mantaras RL de, Arcos JL. AI and Music: From Composition to Expressive Performance. 1 [Internet]. 2002 Sep 15 [cited 2018 Oct 6];23(3):43–43. Available from: