مقدمة
تُعدّ الموجات فوق الصوتية إجراءً مُفيداً، بل وضرورياً في بعض الأحيان، للنساء الحوامل. فهي تُنتج عادةً مسوحات ثنائية الأبعاد بالأبيض والأسود للأجنة، تكشف عن معلومات أساسية، بما في ذلك الجنس البيولوجي، والحجم التقريبي، والتشوهات مثل مشاكل القلب أو الشفة الأرنبية. وإذا أراد الطبيب فحصاً أدق، فقد يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)، الذي يستخدم الحقول المغناطيسية لالتقاط صور يمكن دمجها لإنشاء عرض ثلاثي الأبعاد للجنين.
لكن التصوير بالرنين المغناطيسي ليس حلاً شاملاً؛ فالمسح ثلاثي الأبعاد يصعب على الأطباء تفسيره بشكل جيد بما يكفي لتشخيص المشكلات، لأن نظامنا البصري ليس معتاداً على معالجة المسوحات الحجمية ثلاثية الأبعاد (بمعنى آخر، نظرة شاملة تُظهر أيضاً البُنى الداخلية للموضوع). هنا يأتي دور التعلم الآلي، والذي يمكن أن يُساعد في نمذجة نمو الجنين بشكل أوضح وأكثر دقة من البيانات – على الرغم من عدم تمكن أي خوارزمية من هذا القبيل من نمذجة حركاته العشوائية إلى حد ما وأشكال جسمه المختلفة.
نموذج “Fetal SMPL”: ثورة في تحليل صور الجنين
حتى ظهور نهج جديد يسمى “Fetal SMPL” من مختبر علوم الكمبيوتر والذكاء الاصطناعي (CSAIL) في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، ومستشفى بوسطن للأطفال، وكلية هارفارد الطبية، والذي قدم للأطباء صورة أكثر تفصيلاً لصحة الجنين. تم تكييفه من “SMPL” (نموذج خطي متعدد الأشخاص ذي البشرة)، وهو نموذج ثلاثي الأبعاد تم تطويره في رسومات الكمبيوتر لالتقاط أشكال الجسم ومواقفه لدى البالغين، كوسيلة لتمثيل أشكال الجسم ومواقفه لدى الأجنة بدقة. ثم تم تدريب Fetal SMPL على 20,000 حجم من صور الرنين المغناطيسي للتنبؤ بموقع وحجم الجنين وإنشاء تمثيلات ثلاثية الأبعاد تشبه المنحوتات. داخل كل نموذج يوجد هيكل عظمي به 23 مفصلًا مفصليًا يُطلق عليه “شجرة حركية”، يستخدمها النظام لوضع الجسم وحركته مثل الأجنة التي رآها أثناء التدريب.
ساعدت عمليات المسح الواقعية الواسعة التي تعلم منها Fetal SMPL في تطوير دقة عالية. تخيل أنك تدخل في أثر قدم شخص غريب وأنت مُكَفَّف العينين، وليس فقط أنه يناسبك تمامًا، ولكنك تخمن بشكل صحيح الحذاء الذي ارتداه – وبالمثل، طابق الأداة بدقة موضع وحجم الأجنة في إطارات الرنين المغناطيسي التي لم تراها من قبل. لم يكن Fetal SMPL مُحاذياً إلا بمعدل حوالي 3.1 ملليمتر، وهي فجوة أصغر من حبة أرز واحدة.
دقة وفعالية Fetal SMPL
يُمكن هذا النهج الأطباء من قياس أشياء مثل حجم رأس الطفل أو بطنه بدقة ومقارنة هذه المقاييس بالأجنة السليمة في نفس العمر. أظهر Fetal SMPL إمكاناته السريرية في الاختبارات الأولية، حيث حقق نتائج محاذاة دقيقة على مجموعة صغيرة من عمليات المسح الواقعية.
كما يقول المؤلف الرئيسي، طالب الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وباحث في CSAIL، Yingcheng Liu: “قد يكون من الصعب تقدير شكل الجنين ووضعيته لأنه مُحشور في حدود الرحم الضيقة. يتغلب نهجنا على هذا التحدي باستخدام نظام من العظام المترابطة تحت سطح النموذج ثلاثي الأبعاد، والذي يمثل جسم الجنين وحركاته بشكل واقعي. ثم يعتمد على خوارزمية تنازل الإحداثيات لإجراء تنبؤ، ويتناوب أساسًا بين تخمين الوضعية والشكل من البيانات الصعبة حتى يجد تقديراً موثوقاً به.”
مقارنة أداء Fetal SMPL مع النماذج القائمة
تم اختبار Fetal SMPL على دقة الشكل والوضعية مقابل أفضل خط أساس يمكن للباحثين العثور عليه: نظام يُنمذج نمو الرضع يسمى “SMIL”. نظرًا لأن الأطفال خارج الرحم أكبر من الأجنة، قام الفريق بتصغير هذه النماذج بنسبة 75 بالمائة لمعادلة ساحة اللعب. تفوق النظام على هذا الخط الأساس في مجموعة بيانات من صور الرنين المغناطيسي للأجنة بين الأعمار الحملية من 24 إلى 37 أسبوعًا تم أخذها في مستشفى بوسطن للأطفال. تمكن Fetal SMPL من إعادة إنشاء عمليات المسح الحقيقية بدقة أكبر، حيث تراوحت نماذجه مع صور الرنين المغناطيسي الحقيقية.
كانت الطريقة فعالة في محاذاة نماذجها مع الصور، حيث لم تكن بحاجة إلا إلى ثلاث تكرارات للوصول إلى محاذاة معقولة. في تجربة أحصت عدد التخمينات الخاطئة التي قام بها Fetal SMPL قبل الوصول إلى تقدير نهائي، وصلت دقتها إلى ذروتها من الخطوة الرابعة فصاعداً.
النتائج والتطلعات المستقبلية
بدأ الباحثون للتو اختبار نظامهم في العالم الحقيقي، حيث أنتج نماذج دقيقة بشكل مماثل في الاختبارات السريرية الأولية. بينما تعد هذه النتائج واعدة، يلاحظ الفريق أنهم سيحتاجون إلى تطبيق نتائجهم على مجموعات سكانية أكبر، وأعمار حملية مختلفة، ومجموعة متنوعة من حالات الأمراض لفهم إمكانيات النظام بشكل أفضل.
يلاحظ Liu أيضًا أن نظامهم يساعد فقط في تحليل ما يمكن للأطباء رؤيته على سطح الجنين، نظرًا لأن الهياكل الشبيهة بالعظام فقط تقع تحت جلد النماذج. لمراقبة صحة الأطفال الداخلية بشكل أفضل، مثل نمو الكبد والرئة والعضلات، ينوي الفريق جعل أداةهم حجمية، حيث يُنمذج تشريح الجنين الداخلي من عمليات المسح. من شأن هذه الترقيات جعل النماذج أكثر تشابهًا مع الإنسان، لكن الإصدار الحالي من Fetal SMPL يقدم بالفعل ترقية دقيقة (وفريدة) لتحليل صحة الجنين ثلاثي الأبعاد.
الاستنتاج
يُمثل هذا البحث إنجازًا رائداً في مجال نمذجة الأجنة ثلاثية الأبعاد، مما يُفتح آفاقاً جديدة في تشخيص الأمراض وتقييم نمو الجنين. ويُتوقع أن يُساهم هذا النهج في تحسين التشخيص الطبي، وفهم التطور الوظيفي المبكر للدماغ الجنيني. كما أنه يُمهد الطريق لدراسة تطور شكل الجسم البشري وحركته على مدى فترات طويلة من الزمن، مما يُتيح فرصة غير مسبوقة لفهم التأثيرات المختلفة على نمو شكل الجسم البشري وحركته.
اترك تعليقاً