وسائل تحليل الصوت ونظم «الرؤية الشعاعية»... لرصد الأمراض

برامج إلكترونية لتسريع التشخيص الطبي الدقيق

نظم التصوير الإلكتروني
نظم التصوير الإلكتروني
TT

وسائل تحليل الصوت ونظم «الرؤية الشعاعية»... لرصد الأمراض

نظم التصوير الإلكتروني
نظم التصوير الإلكتروني

يوماً بعد يوم، تزداد أهمية الدور الذي تلعبه التقنية في الوقاية من الأمراض وتشخيصها. وتستخدم حالياً تقنيات حديثة عديدة مثل الذكاء الصناعي، وأجهزة الاستشعار، وما يعرف بإنترنت الأشياء، لإتمام عدد هائل من المهام... من رصد مرض ألزهايمر من نبرة الصوت، إلى اطلاع مرضى سرطان الثدي على نتائج العلاج الكيميائي الذي يتلقونه بشكل آني.
- تشخيص خاطئ
وتأتي أهمية هذه التقنيات بسبب اتساع ظاهرة التشخيصات الطبية الخاطئة. وعلى سبيل المثال فقد تناول الإعلام الأميركي قصة جيف برو، عملاق التقنية المشهور في أفلام هوليوود، إذ إنه يشرف على نظام خاص للتخزين الرقمي «أوبن درايفز» جعل منه نجماً في الفيلم وصناعة الترفيه.
كان السيّد برو يمضي شهر عسله في مكسيكو عام 2016 عندما تعرّض لتمزّق في الطحال وسارع إلى مستشفى في قرية «زيهواتانيجو» لاستئصاله. بعد عودته إلى منزله في لوس أنجليس، حصل من الأطباء على تشخيص خاطئ بأنّه يعاني من الساركوما الوعائية، وهي نوع نادر من السرطان يحدث داخل بطانة الأوعية الدموية واللمفاوية، فبدأ بعدها بتلقي علاج كيميائي شديد. وكان حينها في الرابعة والثلاثين من عمره. بعد شهر، اعترف الأطباء أنّهم ارتكبوا خطأ في التشخيص وقالوا إنّ المريض يعاني حقيقة من لِمْفُوما لَاهودجكينيَة قابلة للعلاج. ولكن بعد مرور كل ذلك الوقت، كان جهازه المناعي وكبده قد تضرّرا جرّاء العلاجات الكيميائية الخاطئة وسبع خزعات أخذت منه، وهو حالياً بانتظار عملية لزراعة الكبد في مدينة بيتسبرغ.
- تقنيات سريعة
حمل برو معه إلى قطاع العناية الصحية نظامه الخاص للتخزين الرقمي «أوبن درايفز». ويتيح نظامه للمستشفيات تخزين صور الرنين المغناطيسي والأشعة المقطعية بدقّة عرض عالية، إلى جانب صور ثلاثية الأبعاد دون الاضطرار إلى ضغطها، أي ضغط تفاصيلها.
وتعمد معظم المستشفيات إلى ضغط الصور المخزّنة لديها، مما قد يؤدي إلى تشوّه هذه الصور وتفويت معلومات هامة على الأطباء، بحسب ما أفاد تشاد كنولز، الرئيس التنفيذي في «أوبن درايفز». ولفت برو إلى أنّ نظامه يتميّز أيضاً بالسرعة، حيث إنه يتيح العثور على صورة مقطعية عند التصوير بالإصدار البوزيتروني في غضون خمس ثوانٍ، بعد أن كان يتطلّب أربع دقائق في أنظمة أخرى.
وكشف برو أنّ مستشفى «ستيدمان كلينيك» في فيل، كولورادو، الرائدة في مجال جراحة العظام، كانت أوّل منشأة صحية تستعين بنظام «أوبن درايفز»، وأنّ المحادثات قائمة مع مستشفيات أخرى تريد الحصول عليه.
- التحليل الصوتي
تعتبر تقنية التحليل الصوتي Voice analysis، التي تستطيع رصد الحالات المرضية الجسدية والعقلية من صوت الإنسان، من مجالات التطوّر الواعدة أيضاً. وهي توظف لتشخيص مرض الأوعية التاجية وألزهايمر وحتى انقطاع التنفس أثناء النوم.
تستخدم هذه التقنية الذكاء الصناعي لتقييم مئات القياسات، مثل درجة شدة الصوت، والنبرة، والترددات، وخيارات الكلام، والتنفس، وكيفية وصف الشخص لصورة ما، لتحديد المشكلة.
ويقول ريتش روس، مدير قسم أبحاث العناية الصحية في شركة «غارتنر» المتخصصة بالبحث والاستشارة: «يمكن تقييم الطريقة التي نتكلّم بها والكلمات التي نختارها لرصد لائحة طويلة من المشكلات الصحية بشكل دقيق».
وتعمل اليوم شركات كثيرة من بينها «سوندي هيلث» و«وينترلايت لابز» و«بيوند فيربال» على تطوير هذه التقنية. وقد كشف ليام كوفمان، الرئيس التنفيذي والشريك المؤسس لشركة «وينترلايت لابز» بأنّ «شركته تحلّل نحو 540 مقياساً مختلفاً».
- تقدّم علم الأشعة
يستخدم المزيد من الباحثين الذكاء الصناعي لمساعدة علماء الأشعة في اتخاذ القرارات التشخيصية بدقة أكبر، وتحديداً في مجال سرطان الثدي.
يشكّل الرصد المبكّر لهذا المرض عاملاً رئيسياً للنجاة.
وقد طوّر كل من البروفسورة ريجينا بارزيلاي من معهد ماساتشوستس للتقنية، وكونستانس ليهمان رئيس قسم تصوير الثدي والأشعة في مستشفى ماساتشوستس العام في بوسطن، نظام ذكاء صناعي لتحسين رصد وتشخيص النتوء (الذي يعبر عن الورم) التي تظهرها صورة الثدي الشعاعية (ماموغرام) في الأنسجة. وتجدر الإشارة إلى أنّ بارزيلاي هي أيضاً عضو في مختبر علوم الكومبيوتر والذكاء الصناعي التابع للمعهد.
شدّدت بارزيلاي أنّ 70 في المائة من الأورام التي تظهر في الصورة الشعاعية حميدة، و20 في المائة منها خبيثة، إلى جانب 10 في المائة «عالية الخطورة» تنتج عن حقن الخزعة. إلا أنه يتّضح لاحقاً بعد الإجراء الجراحي أنّ 90 في المائة من تلك الأورام «عالية الخطورة» كانت من النوع الحميد.
وتتوقع البروفسورة من معهد ماساتشوستس للتقنية اختبار تقنيتها للكشف المبكّر، والتي تستخدم اليوم في مستشفى ماساتشوستس العام، من قبل 10 أو 15 مستشفى قبل نهاية العام الجاري.
وفي مختبر الطب الحيوي للتقنيات البصرية التابع لجامعة بوسطن، طوّر الباحثون مجسّاً قابلاً للارتداء مهمّته مراقبة فعالية العلاج الكيميائي لدى مرضى سرطان الثدي أثناء تلقّيه وفي الوقت الحقيقي.
- «الرؤية الشعاعية}
ومن التقنيات العصرية الواعدة الأخرى، يمكننا أيضاً الحديث عن «الرؤية الشعاعية» (الرؤية عبر الأجسام الصلبة) التي تسعى مختبرات معهد ماساتشوستس التقنية لتطويرها. وتعتمد هذه التقنية المتقدّمة على موجات الـ«واي - فاي» والموجات الراديوية للرؤية عبر الجدران ومراقبة المرضى الذين يعانون من اضطرابات حركية أو المعرّضين للسقوط.
تعمل البروفسورة دينا قتابي، عضوة مختبر علوم الكومبيوتر والذكاء الصناعي التابع لمعهد ماساتشوستس التقني، حالياً على اختبار نظام منزل ذكي لاسلكي يعرف باسم «إيميرالد»، تستخدم فيه نظم الذكاء الصناعي وأجهزة الاستشعار وإشارات الراديو لتعقّب حركة الشخص ومراحل نومه ومعدل ضربات قلبه، وتنفسه وسرعة سيره وغيرها من المقاييس، حتى عبر جدران المنزل طالما هو متصل بال،«واي - فاي». ولكن رغم أنّ الكثير من هذه التقنيات الحديثة أظهرت نتائج أولية واعدة، فإنها ستحتاج إلى سنوات عديدة قبل الوصول إلى المستخدمين.


مقالات ذات صلة

هل يساعد «شات جي بي تي» الأطباء حقاً في تشخيص الأمراض؟ الإجابة مفاجئة

صحتك شعار «شات جي بي تي» يظهر أمام شعار شركة «أوبن إيه آي» (رويترز)

هل يساعد «شات جي بي تي» الأطباء حقاً في تشخيص الأمراض؟ الإجابة مفاجئة

يتساءل الكثير من الأشخاص حول ما إذا كان برنامج الدردشة الآلي الذي يعمل بالذكاء الاصطناعي قادراً على مساعدة الأطباء في تشخيص مرضاهم بشكل أفضل.

«الشرق الأوسط» (واشنطن)
صحتك أطباء يحاولون إسعاف مريضة بـ«كورونا» (رويترز)

«كورونا» قد يساعد الجسم في مكافحة السرطان

كشفت دراسة جديدة، عن أن الإصابة بفيروس كورونا قد تساعد في مكافحة السرطان وتقليص حجم الأورام.

«الشرق الأوسط» (نيويورك)
صحتك تدخل المغذيات الهوائية إلى أجسامنا عن طريق امتصاصها من خلال شبكات من الأوعية الدموية الدقيقة (أرشيفية - أ.ف.ب)

أجسامنا تمتص الفيتامينات من الهواء... ماذا نعرف عن «المغذيات الجوية»؟

يستنشق الإنسان نحو 9 آلاف لتر من الهواء يومياً و438 مليون لتر في العمر، ومن بينها مغذيات جوية. فماذا نعرف عنها؟

«الشرق الأوسط» (لندن)
صحتك «نوفمبر»... شهر التوعية بسرطان الفم

«نوفمبر»... شهر التوعية بسرطان الفم

الذكاء الاصطناعي لرصد سرطانات الشفاه واللسان والخد.

د. عميد خالد عبد الحميد (الرياض)
صحتك توجد السالمونيلا في أمعاء كثير من الحيوانات بما في ذلك الدجاج (أرشيفية- رويترز)

دراسة: السالمونيلا «المسببة للأمراض» قد تساعد في مكافحة سرطان الأمعاء

أفاد بحث حديث بأنه يمكن «هندسة» السالمونيلا للمساعدة في مكافحة سرطان الأمعاء، بعد أن وجدت الأبحاث أن البكتيريا تمنع خلايا المناعة في الجسم من مهاجمة المرض.

«الشرق الأوسط» (لندن)

«جراح آلي» بذكاء اصطناعي دُرّب على مشاهدة فيديوهات طبية

«جراح آلي» بذكاء اصطناعي دُرّب على مشاهدة فيديوهات طبية
TT

«جراح آلي» بذكاء اصطناعي دُرّب على مشاهدة فيديوهات طبية

«جراح آلي» بذكاء اصطناعي دُرّب على مشاهدة فيديوهات طبية

«تخيل أنك بحاجة إلى إجراء عملية جراحية في غضون بضع دقائق لأنك قد لا تنجو... لا يوجد جراحون في الجوار ولكن يوجد روبوت جراحي مستقل متاح يمكنه إجراء هذا الإجراء باحتمالية عالية جداً للنجاح، هل ستغتنم الفرصة؟» هذا ما أجابني به طالب ما بعد الدكتوراه بجامعة جونز هوبكنز عبر البريد الإلكتروني، لدى سؤالي عن التطوير الجديد.

تعليم الروبوت بمقاطع فيديو للجراحة

لأول مرة في التاريخ، تمكن كيم وزملاؤه من تعليم الذكاء الاصطناعي استخدام آلة جراحة آلية لأداء مهام جراحية دقيقة، من خلال جعلها تشاهد آلاف الساعات من الإجراءات الفعلية التي تحدث في ردهات جراحية حقيقية. ويقول فريق البحث إنه تطور رائد يتجاوز حدوداً طبية محددة ويفتح الطريق لعصر جديد في الرعاية الصحية.

وفقاً لورقتهم البحثية المنشورة حديثاً، يقول الباحثون إن الذكاء الاصطناعي تمكن من تحقيق مستوى أداء مماثل لجراحي البشر دون برمجة مسبقة.

جراحة بتوظيف الروبوت

تدريب على العروض بدلاً من البرمجة

وبدلاً من محاولة برمجة الروبوت بشق الأنفس للعمل -وهو ما تقول ورقة البحث إنه فشل دائماً في الماضي- قاموا بتدريب هذا الذكاء الاصطناعي من خلال شيء يسمى التعلم بالتقليد، وهو فرع من الذكاء الاصطناعي حيث تراقب الآلة وتكرر الأفعال البشرية. سمح هذا للذكاء الاصطناعي بتعلم التسلسلات المعقدة للأفعال المطلوبة لإكمال المهام الجراحية عن طريق تقسيمها إلى مكونات حركية. وتترجم هذه المكونات إلى أفعال أبسط -مثل زوايا المفاصل ومواضعها ومساراتها- والتي يسهل فهمها وتكرارها وتكييفها أثناء الجراحة.

توظيف روبوت «دافنشي» للتدريب

استخدم كيم وزملاؤه نظام دافنشي الجراحي كأيدٍ وعيون لهذا الذكاء الاصطناعي. ولكن قبل استخدام المنصة الروبوتية الراسخة (التي يستخدمها الجراحون حالياً لإجراء عمليات دقيقة محلياً وعن بُعد) لإثبات نجاح الذكاء الاصطناعي الجديد، قاموا أيضاً بتشغيل محاكاة افتراضية. وقد سمح هذا بتكرار أسرع وتحقق من السلامة قبل تطبيق الإجراءات التي تم تعلمها على الأجهزة الفعلية.

«كل ما نحتاجه هو إدخال الصورة، ثم يجد نظام الذكاء الاصطناعي هذا الإجراء الصحيح»، كما يقول كيم. كانت روبوتات دافنشي أيضاً مصدر مقاطع الفيديو التي حللها الذكاء الاصطناعي، باستخدام أكثر من 10000 تسجيل تم التقاطها بواسطة كاميرات المعصم أثناء العمليات الجراحية التي يقودها الإنسان.

تعلّم 3 مهام جراحية

وكان الهدف تعلم ثلاث مهام جراحية: التعامل مع إبرة جراحية وتحديد موضعها، ورفع الأنسجة والتلاعب بها بعناية، والخياطة -كلها مهام معقدة تتطلب تحكماً دقيقاً وحساساً للغاية.

مكنت مجموعة البيانات واسعة النطاق هذه الذكاء الاصطناعي من تعلم الاختلافات الدقيقة بين الإجراءات الجراحية المتشابهة، مثل شدة التوتر المناسب اللازم للتعامل مع الأنسجة دون التسبب في ضرر.

تعد مقاطع الفيديو التدريبية هذه جزءاً صغيراً جداً من مستودع واسع النطاق للبيانات الجراحية. مع ما يقرب من 7000 روبوت دافنشي قيد الاستخدام في جميع أنحاء العالم، هناك مكتبة ضخمة من العروض الجراحية للمراقبة والتعلم منها، والتي يستخدمها فريق البحث الآن لتوسيع ذخيرة الذكاء الاصطناعي الجراحية لدراسة جديدة لم تُنشر بعد.

«في عملنا المتابع، والذي سنصدره قريباً، ندرس ما إذا كانت هذه النماذج يمكن أن تعمل في الإجراءات الجراحية طويلة المدى التي تنطوي على هياكل تشريحية غير مرئية»، يكتب كيم، في إشارة إلى الإجراءات الجراحية المعقدة التي تتطلب التكيف مع حالة المريض في أي وقت معين، مثل إجراء عملية جراحية على جرح داخلي خطير.

التحقق من صحة النموذج المطور

أثناء التطوير، عمل الفريق عن كثب مع الجراحين الممارسين لتقييم أداء النموذج وتقديم ملاحظات حاسمة (خاصة فيما يتعلق بالتعامل الدقيق مع الأنسجة)، والتي قام الروبوت بدمجها في عملية التعلم الخاصة به.

أخيراً، للتحقق من صحة النموذج، استخدموا مجموعة بيانات منفصلة غير مدرجة في التدريب الأولي لإنشاء محاكاة افتراضية، ما يضمن قدرة الذكاء الاصطناعي على التكيف مع السيناريوهات الجراحية الجديدة وغير المرئية قبل الشروع في اختبارها في الإجراءات المادية. أكد هذا التحقق المتبادل قدرة الروبوت على التعميم بدلاً من مجرد حفظ الإجراءات، وهو أمر بالغ الأهمية بالطبع نظراً للعدد المجهول المحتمل الذي قد ينشأ في غرفة العمليات.

جراح آلي «ذو خبرة»

كل شيء سار بشكل جميل إذ تعلم نموذج الروبوت هذه المهام إلى مستوى الجراحين ذوي الخبرة. يقول أكسل كريغر، الأستاذ المساعد في الهندسة الميكانيكية في جامعة جونز هوبكنز والمؤلف الرئيسي للدراسة، في بيان عبر البريد الإلكتروني: «إنه لأمر سحري حقاً أن يكون لدينا هذا النموذج حيث كل ما نقوم به هو تلقيمه مدخلات الكاميرا، ويمكنه التنبؤ بالحركات الروبوتية اللازمة للجراحة». «نعتقد أن هذا يمثل خطوة مهمة إلى الأمام نحو أفق جديد في مجال الروبوتات الطبية».

تطوير رائد

إن أحد مفاتيح هذا النجاح هو استخدام الحركات النسبية بدلاً من التعليمات المطلقة. ففي نظام دافنشي قد لا تنتهي الأذرع الآلية إلى حيث هي مقصودة تماماً بسبب التناقضات الطفيفة في حركة المفصل التي تتراكم على مدار عدة حركات ويمكن أن تؤدي في النهاية إلى أخطاء كبيرة -خاصة في بيئة حساسة مثل الجراحة. كان على الفريق إيجاد حل، لذا بدلاً من الاعتماد على هذه القياسات، قام بتدريب النموذج على التحرك بناءً على ما يلاحظه في الوقت الفعلي أثناء إجراء العملية.

لكن الابتكار الرئيسي هنا هو أن التعلم بالتقليد يزيل الحاجة إلى البرمجة اليدوية للحركات الفردية. قبل هذا الاختراق، كانت برمجة الروبوت للخياطة تتطلب ترميزاً يدوياً لكل حركة بالتفصيل. يقول كيم إن هذه الطريقة كانت أيضاً عرضة للخطأ وتشكل قيداً رئيسياً في تقدم الجراحة الروبوتية. إذ إنها حدت مما يمكن للروبوت فعله بسبب جهود التطوير، والافتقار إلى المرونة التي جعلت من الصعب للغاية على الروبوتات القيام بمهام جديدة.

ومع ذلك، يسمح التعلم بالتقليد للروبوت بالتكيف بسرعة مع أي شيء يمكن مشاهدته، والتعلم على غرار طالب الجراحة. «(نحن) نحتاج فقط إلى جمع بيانات التعلم التقليدي لإجراءات مختلفة، ويمكننا تدريب الروبوت على تعلمها في غضون يومين»، كما يقول كريغر. «هذا يسمح لنا بالتعجيل نحو هدف الاستقلالية مع تقليل الأخطاء الطبية وتحقيق جراحة أكثر دقة».

تقييم مدى النجاح

لقياس مدى نجاح الذكاء الاصطناعي، حدد الباحثون مقاييس الأداء الرئيسية، مثل الدقة في وضع الإبرة والاتساق في التلاعب بالأنسجة باستخدام مجموعة من البيئات الجراحية الوهمية المادية، والتي تضمنت محاكيات الأنسجة الاصطناعية والدمى الجراحية. وكانت النتائج مذهلة. يقول كريغر: «النموذج جيد جداً في تعلم الأشياء التي لم نعلمه إياها. على سبيل المثال، إذا أسقط الإبرة، فسوف يلتقطها تلقائياً ويستمر».

لا تعد هذه القدرة على التكيف مهمة فقط لمواصلة تعلم مهارات جديدة ولكنها أيضاً ضرورية للتعامل مع الأحداث غير المتوقعة في الجراحات الحية، مثل تمزق الشريان أو تغير العلامات الحيوية للمريض فجأة. بالإضافة إلى ذلك، أظهر النموذج كفاءة زمنية محسنة، ما أدى إلى تقليل وقت الانتهاء للمهام الجراحية القياسية مثل الخياطة بنحو 30 في المائة، وهو أمر واعد بشكل خاص للعمليات الحرجة من حيث الوقت.

ويتصور العلماء سيناريو حيث تساعد هذه الروبوتات الجراحين في المواقف عالية الضغط، وتعزيز قدراتهم وتقليل الخطأ البشري. سيؤثر جراحو الذكاء الاصطناعي المستقبليون بشكل كبير على توفر الرعاية الجراحية، مما يجعل التدخلات الطبية عالية الجودة متاحة لعدد أكبر.

اللوائح التنظيمية وأخلاقيات الطب

هناك أيضاً تحديات أخلاقية وتنظيمية يجب معالجتها قبل نشر مثل هذا الذكاء الاصطناعي في بيئات جراحية حقيقية دون إشراف بشري. فالقفزة نحو الروبوتات الجراحية المستقلة تثير مخاوف أخلاقية جديدة.

هناك قضية المساءلة: من سيكون مسؤولاً إذا حدثت مشكلة؟ الشركة التي صنعت الجراح الذكي؟ المهنيون الطبيون الذين يشرفون عليه (إذا كان هناك أي إشراف)؟ هناك أيضاً مسألة موافقة المريض، والتي ستتطلب تثقيف كل من الشخص الذي يخضع للجراحة والأشخاص المحيطين به حول ماهية هذا الذكاء الاصطناعي، وما الذي يمكنهم فعله بالضبط، وما هي المخاطر التي تشكلها الروبوتات مقارنة بالجراحين البشر.

يعترف كيم بأن المستقبل الآن في منطقة رمادية حيث يمكن للجميع مجرد التكهن بما يجب أن يحدث أو سيحدث. ستكون أيدي السلطات التنظيمية مشغولة، من معالجة المساءلة والمخاوف الأخلاقية عند السماح لجراحي الذكاء الاصطناعي بالعمل بشكل مستقل، إلى وضع معايير للحصول على موافقة مستنيرة من المرضى.

ولكن عند الاختيار بين إجراء عملية جراحية طارئة منقذة للحياة بواسطة جراح مستقل أو عدم تلقي العلاج لأن الجراح البشري غير متاح (مثلاً في مكان بعيد أو منطقة متخلفة)، يزعم كيم أن الخيار الأفضل واضح. يمكنني بسهولة أن أتخيل مستقبلاً قريباً حيث يبدأ الناس في اختيار روبوتات الذكاء الاصطناعي على نظرائهم من البشر - في ظل وجود دليل إحصائي على أن جراحي الذكاء الاصطناعي يعملون بأمان.

وبعيداً عن التحديات الأخلاقية والقانونية، هناك حاجة إلى المزيد من العمل لتمكين التنفيذ العملي. ستحتاج المستشفيات إلى الاستثمار في البنية الأساسية التي تدعم جراحة الروبوتات بالذكاء الاصطناعي، بما في ذلك الأجهزة المادية والخبرة الفنية للتشغيل والصيانة. بالإضافة إلى ذلك، سيكون تدريب الفرق الطبية على إدارة العملية أمراً بالغ الأهمية. فالأطباء سيحتاجون إلى فهم الآلة ومتى يكون التدخل ضرورياً، وفي النهاية تحويل الجراحين البشريين من المهام الجراحية المباشرة إلى أدوار تركز على الإشراف والسلامة.

جراحات بسيطة أولاً

على المستوى العملي، يتصور الباحثون تقدماً تدريجياً، بدءاً بجراحات أبسط وأقل خطورة مثل إصلاح الفتق والتقدم تدريجياً إلى عمليات أكثر تعقيداً. سيساعد النهج التدريجي في التحقق من موثوقية الروبوت مع معالجة المخاوف التنظيمية والأخلاقية بمرور الوقت، فضلاً عن مساعدة السكان على الثقة في الذكاء الاصطناعي لإجراء العمليات الحرجة للحياة.

يقول كريغر: «ما زلنا في المراحل الأولى من فهم ما يمكن أن تحققه هذه الآلات حقاً. الهدف النهائي هو الحصول على أنظمة جراحية مستقلة تماماً وموثوقة وقابلة للتكيف وقادرة على إجراء العمليات الجراحية التي تتطلب حالياً اختصاصياً مدرباً تدريباً عالياً».

* مجلة «فاست كومباني» خدمات «تريبيون ميديا»

اقرأ أيضاً