A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
الهدف من هذه الدراسة هو تطوير نموذج رقمي 3D جديد للعقيدات الرئوية التي تعمل كجسر اتصال بين الأطباء والمرضى وهي أيضا أداة متطورة للتشخيص المسبق والتقييم النذير.
أدخلت إعادة بناء العقيدات الرئوية ثلاثية الأبعاد (3D) باستخدام الصور الطبية مناهج تقنية جديدة لتشخيص وعلاج العقيدات الرئوية ، ويتم الاعتراف بهذه الأساليب تدريجيا واعتمادها من قبل الأطباء والمرضى. ومع ذلك ، فإن بناء نموذج رقمي 3D عالمي نسبيا للعقيدات الرئوية للتشخيص والعلاج يمثل تحديا بسبب اختلافات الجهاز وأوقات التصوير وأنواع العقيدات. الهدف من هذه الدراسة هو اقتراح نموذج رقمي 3D جديد للعقيدات الرئوية التي تعمل كجسر بين الأطباء والمرضى وهي أيضا أداة متطورة للتشخيص المسبق والتقييم النذير. تستخدم العديد من طرق الكشف عن العقيدات الرئوية التي تعتمد على الذكاء الاصطناعي تقنيات التعلم العميق لالتقاط السمات الإشعاعية للعقيدات الرئوية ، ويمكن لهذه الطرق تحقيق أداء جيد تحت المنحنى (AUC). ومع ذلك ، لا تزال الإيجابيات الكاذبة والسلبيات الكاذبة تمثل تحديا لأخصائيي الأشعة والأطباء. ولا يزال تفسير السمات والتعبير عنها من منظور تصنيف العقيدات الرئوية وفحصها غير مرضيين. في هذه الدراسة ، تم اقتراح طريقة لإعادة بناء 3D المستمر للرئة بأكملها في المواقف الأفقية والإكليلية من خلال الجمع بين تقنيات معالجة الصور الطبية الحالية. وبالمقارنة مع الطرق الأخرى القابلة للتطبيق، تسمح هذه الطريقة للمستخدمين بتحديد موقع العقيدات الرئوية بسرعة وتحديد خصائصها الأساسية مع مراقبة العقيدات الرئوية من وجهات نظر متعددة، وبالتالي توفير أداة سريرية أكثر فعالية لتشخيص العقيدات الرئوية وعلاجها.
إن معدل الإصابة العالمي بالعقيدات الرئوية متغير ، ولكن يقدر عموما أن حوالي 30٪ من البالغين لديهم عقيدة رئوية واحدة على الأقل مرئية في الصور الشعاعيةللصدر 1. معدل حدوث العقيدات الرئوية أعلى في مجموعات سكانية معينة ، مثل المدخنين الشرهين وأولئك الذين لديهم تاريخ من سرطان الرئة أو أمراض الرئة الأخرى. من المهم ملاحظة أنه ليست كل العقيدات الرئوية خبيثة ، ولكن من الضروري إجراء تقييم شامل لاستبعاد الورم الخبيث2. يعد الكشف المبكر عن سرطان الرئة وتشخيصه أمرا بالغ الأهمية لتحسين معدلات البقاء على قيد الحياة ، ويوصى بإجراء فحص منتظم باستخدام التصوير المقطعي المحوسب بجرعة منخفضة (LDCT) للأفراد المعرضين لمخاطر عالية. تستخدم العديد من طرق الكشف عن العقيدات الرئوية التي تعتمد على الذكاء الاصطناعيوالتعرف عليها 3،4،5،6،7 تقنيات التعلم العميق لالتقاط السمات الإشعاعية للعقيدات الرئوية ، ويمكن لهذه الطرق تحقيق منطقة جيدة تحت أداء المنحنى (AUC). ومع ذلك ، لا تزال الإيجابيات الكاذبة والسلبيات الكاذبة تمثل تحديا لأخصائيي الأشعة والأطباء. ولا يزال تفسير السمات والتعبير عنها من منظور تصنيف العقيدات الرئوية وفحصها غير مرضيين. في الوقت نفسه ، اكتسبت إعادة بناء 3D للعقيدات الرئوية على أساس LDCT اهتماما متزايدا كنموذج رقمي لأنواع مختلفة من العقيدات.
إعادة بناء 3D من العقيدات الرئوية هي عملية تولد تمثيل 3D لنمو صغير أو كتلة في الرئة. تتضمن هذه العملية عادة تطبيق تقنيات تحليل الصور الطبية التي تستفيد من كل من الخبرة الطبية ونهج ذكاء البيانات. يقدم النموذج الرقمي ثلاثي الأبعاد الناتج تصويرا أكثر تفصيلا ودقة للعقيدات ، مما يتيح تحسين التصور والتحليل لحجمها وشكلها وعلاقتها المكانية بأنسجة الرئة المحيطة8،9،10،11،12. يمكن أن تساعد هذه المعلومات في تشخيص ورصد العقيدات الرئوية ، وخاصة تلك التي يشتبه في أنها سرطانية. من خلال تسهيل تحليل أكثر دقة ، فإن إعادة بناء 3D للعقيدات الرئوية لديها القدرة على تعزيز دقة التشخيص وإبلاغ قرارات العلاج.
الإسقاط الأقصى للكثافة (MIP) هو تقنية شائعة في مجال إعادة بناء 3D للعقيدات الرئوية ويستخدم لإنشاء إسقاط 2D لصورة ثلاثية الأبعاد8،9،10،11،12 وهو مفيد بشكل خاص في تصور البيانات الحجمية المستخرجة من ملفات التصوير الرقمي والاتصالات في الطب (DICOM) الممسوحة ضوئيا بواسطة التصوير المقطعي المحوسب. تعمل تقنية MIP عن طريق اختيار voxels (أصغر وحدات بيانات حجم 3D) بأعلى كثافة على طول اتجاه العرض وإسقاطها على مستوى 2D. ينتج عن هذا صورة ثنائية الأبعاد تؤكد على الهياكل ذات الكثافة الأعلى وتقمع تلك ذات الكثافة المنخفضة ، مما يسهل تحديد وتحليل الميزات ذات الصلة9،10،11،12. ومع ذلك ، MIP لا يخلو من القيود. على سبيل المثال ، يمكن أن تؤدي عملية الإسقاط إلى فقدان المعلومات ، وقد لا تمثل صورة 2D الناتجة بدقة بنية 3D للكائن الأساسي. ومع ذلك ، لا يزال MIP أداة قيمة للتصوير الطبي والتصور ، ويستمر استخدامه في التطور مع التقدم في التكنولوجيا وقوة الحوسبة11.
في هذه الدراسة ، تم تطوير نموذج MIP متتالي لتصور العقيدات الرئوية وهو سهل الاستخدام وسهل الاستخدام لأخصائيي الأشعة والأطباء والمرضى ، ويسمح بتحديد وتقدير خصائص العقيدات الرئوية. تشمل المزايا الأساسية لنهج المعالجة هذا الجوانب التالية: (1) القضاء على الإيجابيات الكاذبة والسلبيات الكاذبة الناشئة عن التعرف على الأنماط ، مما يتيح التركيز على مساعدة الأطباء في الحصول على معلومات أكثر شمولا عن موقع وشكل وحجم 3D للعقيدات الرئوية ، وكذلك علاقتها بالأوعية الدموية المحيطة ؛ (2) تمكين الأطباء المتخصصين من اكتساب المعرفة المهنية بخصائص العقيدات الرئوية حتى بدون مساعدة أخصائيي الأشعة؛ و (3) تعزيز كفاءة التواصل بين الأطباء والمرضى وتقييم التشخيص.
ملاحظة: أثناء مرحلة المعالجة المسبقة للبيانات ، يجب فرز بيانات DICOM الأصلية واعتراضها لضمان التوافق مع الأجهزة المختلفة والنتائج المتسقة. يجب حجز قدرة كافية قابلة للتعديل لمعالجة الكثافة ، ومنظور 3D المستمر ضروري للمراقبة. في هذا البروتوكول ، يتم تقديم وصف منهجي لنهج البحث ، مع تفصيل حالة تتعلق بمريضة تبلغ من العمر 84 عاما تعاني من عقيدات رئوية. قدمت هذه المريضة موافقة مستنيرة على تشخيصها عبر النمذجة الرقمية وأذنت باستخدام بياناتها لأغراض البحث العلمي. وتستمد وظيفة إعادة بناء النموذج من أداة برامجيات PulmonaryNodule (انظر جدول المواد للحصول على التفاصيل). تم الحصول على تصريح أخلاقي من لجنة الأخلاقيات في مستشفى Dongzhimen ، التابعة لجامعة بكين للطب الصيني (DZMEC-KY-2019.90).
1. جمع البيانات وإعدادها
2. نموذج رقمي لإعادة الإعمار الأفقي 3D
ملاحظة: تقوم العملية الفرعية 3Dlung_Horizon بإجراء فحص شامل للعقيدات الرئوية من منظور أفقي.
3. بناء نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد لأي عقيدة محددة
ملاحظة: رقم الشريحة هو معلمة من 3D_Nodules الدالة ، والتي تعيد بناء نموذج رقمي 3D يمكن عرضه من كل منظور.
4. نموذج رقمي لإعادة الإعمار التاجي 3D
ملاحظة: يتم تنفيذ العملية الفرعية Build_3Dlung_Coronal لتقييم العقيدات الرئوية من منظور إكليلي بديل ، وبالتالي مساعدة الأطباء والمرضى في تطوير فهم أكثر دقة وشمولية لموقع وخصائص العقيدات.
5. إخراج فيديو 3D للعقيدات الرئوية السائدة
ملاحظة: إن تحويل النموذج الرقمي ثلاثي الأبعاد الأمثل للعقيدة الرئوية إلى فيديو ديناميكي ثلاثي الأبعاد يمكن الأطباء والمرضى من فهم الحالة بشكل أفضل وإصدار أحكام دقيقة ، وهو أمر بالغ الأهمية بشكل خاص لصياغة خطط علاج فعالة.
لجعل الطريقة قابلة للتطبيق على مجموعة واسعة من الأجهزة ، يجب إعادة تنظيم ترتيب التراص لكل مسح بناء على الإحداثيات الداخلية لنظام ملفات DICOM (الشكل 1) لإنشاء وحدة التخزين ثلاثية الأبعاد الصحيحة (الشكل 2). استنادا إلى بيانات الحجم الدقيقة ، استخدمنا إعادة البنا...
تتميز أجهزة LDCT المختلفة باختلافات كبيرة في تسلسل صور DICOM التي تنتجها ، خاصة فيما يتعلق بإدارة نظام الملفات. لذلك ، لإعادة بناء النموذج الرقمي 3D الرئيسي للعقيدة الرئوية في المراحل اللاحقة من البروتوكول ، فإن خطوة المعالجة المسبقة للبيانات مهمة بشكل خاص. في مرحلة إعداد البيانات والمعالجة ا?...
والأداة البرمجية لإعادة بناء نموذج العقيدات الرئوية، PulmonaryNodule، هي برمجيات تجارية من شركة بكين للانتروبيا الذكية للعلوم والتكنولوجيا المحدودة. تنتمي حقوق الملكية الفكرية لأداة البرنامج هذه إلى الشركة. ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للكشف عنه.
تم دعم هذا المنشور من قبل البرنامج الوطني الخامس لأبحاث المواهب الممتازة في الطب الصيني التقليدي الذي نظمته الإدارة الوطنية للطب الصيني التقليدي (http://www.natcm.gov.cn/renjiaosi/zhengcewenjian/2021-11-04/23082.html).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
MATLAB | MathWorks | 2022B | Computing and visualization |
Tools for Modeling | Intelligent Entropy | PulmonaryNodule V1.0 | Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd. Modeling for CT/MRI fusion |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved