تحليل الصور الطبية

تحليل الصور الطبية هو مجال متخصص في رؤية الحاسوب (CV) و الذكاء الاصطناعي (AI) يركز على استخراج معلومات ذات مغزى من بيانات التصوير الطبي. تستفيد هذه الدراسة من الخوارزميات المتطورة ونماذج التعلم الآلي لمساعدة متخصصي الرعاية الصحية على تفسير عمليات المسح المعقدة مثل الأشعة السينية والتصوير المقطعي المحوسب (CT) والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). الهدف الأساسي هو تعزيز دقة التشخيص وتبسيط سير العمل وتمكين تخطيط العلاج الشخصي، وتشكيل حجر الزاوية في الذكاء الاصطناعي في الرعاية الصحية الحديثة. من خلال أتمتة الكشف عن التشوهات وتحديد كميتها، تعمل هذه الأدوات كمساعد قوي لأخصائيي الأشعة والأطباء، مما يقلل من الخطأ البشري ويسرع رعاية المرضى.

كيف يعمل

تبدأ العملية بالحصول على صور رقمية، غالبًا بتنسيقات مثل DICOM (التصوير الرقمي والاتصالات في الطب)، والتي تخزن كلاً من الصورة وبيانات المريض الوصفية. ثم تتم معالجة هذه الصور مسبقًا لتحسين جودتها من خلال تقنيات مثل تقليل الضوضاء و التطبيع. بعد ذلك، يقوم نموذج الذكاء الاصطناعي المدرب، وعادةً ما يكون شبكة عصبونية التفافية (CNN)، بتحليل الصور لأداء مهام محددة:

• الاكتشاف: تحديد وجود وموقع الحالات الشاذة، مثل الأورام أو الآفات، غالبًا عن طريق رسم مربع إحاطة حولها.
• التجزئة: تحديد الشكل والحجم الدقيقين لعضو أو شذوذ. تعتبر بنيات مثل U-Net فعالة للغاية لهذه المهمة.
• التصنيف: تصنيف صورة أو منطقة اهتمام، على سبيل المثال، على أنها خبيثة أو حميدة.

بعد ذلك، يتم تصور مخرجات النموذج، غالبًا عن طريق تراكب الاكتشافات أو التقسيمات مباشرةً على الفحص الأصلي، مما يزود الأطباء بتقارير بديهية وقابلة للتنفيذ.

تطبيقات الذكاء الاصطناعي/تعلم الآلة الواقعية

1. اكتشاف الأورام في فحوصات الدماغ: يمكن تدريب نماذج اكتشاف الكائنات، بما في ذلك البنى الحديثة مثل Ultralytics YOLO11، على مجموعات بيانات مثل مجموعة بيانات أورام الدماغ لتحديد وتحديد مواقع الأورام في فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي. من خلال تسليط الضوء تلقائيًا على المناطق المشبوهة، تساعد هذه الأنظمة أخصائيي الأشعة على تحديد أولويات الحالات وتركيز انتباههم على المناطق الحرجة، مما قد يؤدي إلى تشخيصات مبكرة وأكثر دقة. تظهر الأبحاث المنشورة في مجلات مثل Radiology: Artificial Intelligence باستمرار إمكانات هذه الأدوات.
2. الكشف عن الانسداد الرئوي في فحوصات التصوير المقطعي المحوسب: يعد تحديد الجلطات الدموية في الرئتين (الانسداد الرئوي) في تصوير الأوعية المقطعية المحوسبة مهمة حساسة للوقت وصعبة. يمكن لنماذج الذكاء الاصطناعي تحليل مئات الشرائح التصويرية لكل مريض للإشارة إلى الانسدادات المحتملة بدقة عالية. يعمل هذا بمثابة "قارئ ثانٍ"، مما يحسن معدلات الكشف ويقلل الوقت اللازم للتشخيص، وهو أمر بالغ الأهمية لحالة تهدد الحياة. تدعم المعاهد الوطنية للصحة (NIH) بنشاط الأبحاث في مثل هذه التطبيقات.

التمييز عن المصطلحات ذات الصلة

• الرؤية الحاسوبية (CV): يعد تحليل الصور الطبية تطبيقًا متخصصًا للغاية ضمن مجال الرؤية الحاسوبية الأوسع. في حين أن الرؤية الحاسوبية تشمل جميع أشكال الفهم البصري (على سبيل المثال، للمركبات ذاتية القيادة أو تحليلات البيع بالتجزئة)، فإن تحليل الصور الطبية يركز بشكل حصري على مجال الرعاية الصحية وتحدياته الفريدة، مثل الامتثال التنظيمي والحاجة إلى دقة فائقة.
• تجزئة الصور: هذه مهمة محددة يتم إجراؤها بشكل متكرر في تحليل الصور الطبية. تتضمن تجزئة الصور تقسيم الصورة إلى أجزاء ذات معنى (مثل فصل الكلية عن الأنسجة المحيطة). على الرغم من أنها تقنية أساسية، إلا أنها مجرد مكون واحد من خط أنابيب كامل لتحليل الصور الطبية، والذي يتضمن أيضًا التصنيف والكشف والتسجيل.
• تحليلات البيانات: تحليلات البيانات هو مجال أوسع بكثير يهتم باستخلاص رؤى من أي نوع من البيانات، وليس فقط الصور. في سياق الرعاية الصحية، يمكن استخدام تحليلات البيانات للتنبؤ بنتائج المرضى بناءً على السجلات الصحية الإلكترونية أو لتحليل مقاييس الأداء لنموذج التصوير الطبي، ولكنه ليس مرئيًا بطبيعته.

الأدوات والتدريب

يتطلب تطوير ونشر حلول تحليل الصور الطبية القوية أدوات متخصصة. وتوفر المكتبات التأسيسية مثل PyTorch و TensorFlow اللبنات الأساسية. توفر المكتبات الخاصة بمجال محدد مثل MONAI و SimpleITK مكونات مبنية مسبقًا لسير عمل التصوير الطبي.

تعمل منصات مثل Ultralytics HUB على تبسيط عملية تدريب النماذج المخصصة على مجموعات البيانات الطبية وإدارة التجارب والاستعداد لنشر النموذج. تعتمد النماذج الفعالة على زيادة البيانات المكثفة و ضبط المعلمات الفائقة بعناية. تعد مجموعات البيانات العامة من مصادر مثل أرشيف تصوير السرطان (TCIA) ضرورية للتدريب والتحقق من الصحة. أخيرًا، يجب أن تلتزم جميع الحلول المخصصة للاستخدام السريري بإرشادات صارمة من الهيئات التنظيمية مثل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA).