שיטת ELITE שפיתחו חוקרים מהטכניון ומאוניברסיטאות בארצות הברית משלבת מודל מתמטי ורשת עצבית כדי לשחזר MRI דינמי של השד ברזולוציית זמן גבוהה, בלי לוותר על חדות התמונה. במחקר שנערך בקרב 54 נשים שופרה נראות הגידולים, אך החוקרים מדגישים כי נדרש אימות במחקרים גדולים ורב־מרכזיים
# בינה מלאכותית מאפשרת לעקוב אחר MRI של סרטן השד בקצב של תמונה בשנייה
שיטת ELITE שפיתחו חוקרים מהטכניון ומאוניברסיטאות בארצות הברית משלבת מודל מתמטי ורשת עצבית כדי לשחזר MRI דינמי של השד ברזולוציית זמן גבוהה, בלי לוותר על חדות התמונה. במחקר שנערך בקרב 54 נשים שופרה נראות הגידולים, אך החוקרים מדגישים כי נדרש אימות במחקרים גדולים ורב־מרכזיים
<!–more–>
אחת הבעיות המרכזיות בבדיקת MRI דינמית של סרטן השד היא הצורך לבחור בין תמונה חדה לבין צילום מהיר. כאשר הרופאים רוצים לראות פרטים קטנים ברקמה, איסוף הנתונים אורך זמן. כאשר הם רוצים לעקוב במהירות אחר חומר הניגוד הזורם בכלי הדם וברקמות, איכות התמונה עלולה להיפגע.
שיטה חדשה המשלבת מודלים מתמטיים ובינה מלאכותית מבקשת לצמצם את הפשרה הזאת. השיטה, המכונה ELITE, מאפשרת לשחזר סדרות של תמונות MRI דינמיות ברזולוציית זמן של עד תמונה אחת בשנייה, תוך הפחתת רעשים ועיוותים ושמירה על מידע הנוגע לשינויים המהירים ברקמה.
המחקר פורסם בכתב העת Nature Communications ונערך בידי חוקרים מהטכניון, ממכללת וייל קורנל לרפואה ומאוניברסיטת ניו יורק. המחבר המקשר הוא ד"ר אדי סולומון מהפקולטה להנדסה ביו־רפואית בטכניון.
לעקוב אחר חומר הניגוד
MRI דינמי עם חומר ניגוד, המכונה DCE-MRI, משמש בין היתר לבדיקת נשים המצויות בסיכון גבוה לסרטן השד. במהלך הבדיקה מוזרק חומר ניגוד לווריד, והסורק עוקב אחר כניסתו לרקמות ולאחר יציאתו מהן.
גידולים מפתחים לעיתים קרובות מערכת כלי דם צפופה ולא תקינה. משום כך, הקצב שבו חומר הניגוד נכנס לגידול, מצטבר בו ומתפנה ממנו עשוי לספק מידע על כלי הדם, זרימת הדם וחדירות הרקמה.
אולם בבדיקות רגילות עשויה לעבור דקה עד שתי דקות בין תמונה נפחית אחת לבאה אחריה. פרק זמן כזה מספיק כדי להשוות בין מראה הרקמה לפני הזרקת חומר הניגוד ולאחריה, אך הוא עלול להחמיץ שינויים מהירים המתרחשים בתוך שניות.
הגדלת קצב הצילום אינה פתרון פשוט. ככל שאוספים פחות מידע עבור כל תמונה, גדל הסיכון לרעש, לטשטוש ולעיוותים דמויי פסים. אלה עלולים להסתיר כלי דם או להקשות על הבחנה בגבולות הגידול.
לא כל חלקי התמונה משתנים באותה צורה
שיטת ELITE – ראשי תיבות של Enhanced Locally Low-rank Imaging for Tissue Contrast Enhancement – מבוססת על ההנחה שרקמות שונות משתנות באופן שונה לאחר הזרקת חומר הניגוד.
במקום להתייחס לכל התמונה כאל יחידה אחת, המערכת מחלקת אותה לאזורים כגון הגידול, רקמת השד הבלוטית, העור, שריר החזה, הלב והרקע. לכל אזור היא מחשבת דפוס זמן אופייני, המתאר כיצד עוצמת האות משתנה במהלך הבדיקה.
המודל המתמטי מצמצם את כמות המידע הדרושה לתיאור השינויים בכל אזור. לאחר מכן מופעלת רשת עצבית מסוג ResNet, שנועדה להסיר רעשים ועיוותים שנוצרים כאשר התמונות משוחזרות ממספר קטן מאוד של מדידות.
לדברי החוקרים, השילוב בין שני המרכיבים מאפשר לשחזר תמונות חדות יותר ולהפיק סדרות זמן צפופות, בלי לאבד את הדינמיקה של חומר הניגוד.
54 נשים ושתי רדיולוגיות
המחקר כלל 54 נשים שעברו בדיקות MRI אבחוניות של השד. אצל 25 מהן נמצאו גידולים ממאירים ואצל 29 נגעים שפירים. כל הנבדקות היו מעל גיל 18, ונשים שקיבלו טיפול כימותרפי לפני ניתוח לא נכללו במחקר.
שתי רדיולוגיות מומחיות בדימות השד בחנו את התמונות בלי לדעת באיזו שיטת שחזור נעשה שימוש. הן השוו בין ELITE, שיטת GRASP המיועדת לשחזור MRI מהיר, ושיטת VIBE המקובלת בבדיקות קליניות.
ברזולוציית זמן של 4.2 שניות לתמונה, ELITE הפיקה תמונות שבהן גבולות הנגעים וכלי הדם נראו חדים יותר מאשר בשחזור GRASP רגיל. מתוך 54 הנגעים, רדיולוגית אחת דירגה 50 כנראים בבירור בתמונות ELITE, והרדיולוגית השנייה דירגה כך 49 נגעים.
בשיטת GRASP הרגילה דורגו רק 37 ו־36 מהנגעים, בהתאמה, כנראים בבירור. בתמונות VIBE המקובלות דורגו 49 נגעים כנראים בבירור בידי כל אחת משתי הרדיולוגיות.
כאשר החוקרים הגדירו דירוג BI-RADS של 4 ומעלה כממצא חיובי, הרגישות של ELITE הייתה 92%, לעומת 88% בשתי השיטות האחרות. עם זאת, הסגוליות של ELITE לא הייתה גבוהה יותר: היא עמדה על כ־65.5%, בדומה ל־VIBE ונמוך יותר מהתוצאות של GRASP.
החוקרים מציינים כי הרדיולוגיות לא קיבלו מידע מבדיקות קודמות, מממוגרפיה או מאולטרה־סאונד, שבמצב קליני רגיל עשוי לשפר את היכולת להימנע מאזעקות שווא.
מ־120 שניות ל־4.2 שניות – ובניתוח הכמותי עד שנייה
בבדיקות VIBE המקובלות ששימשו במחקר נדרשו כ־120 שניות להפקת כל תמונה נפחית. ELITE הפיקה תמונות באיכות דומה ברזולוציית זמן של 4.2 שניות, המתאימה לבחינה חזותית של מבנה השד והגידול.
כאשר המטרה הייתה לנתח את זרימת חומר הניגוד באופן כמותי, החוקרים שחזרו את הנתונים ברזולוציה של שנייה אחת לתמונה. הדבר אפשר לעקוב טוב יותר אחר העלייה המהירה בריכוז חומר הניגוד באבי העורקים וברקמות.
אין פירוש הדבר שכל סריקת MRI מסתיימת בתוך שנייה. במחקר נמשכה הסריקה הרדיאלית הכוללת כשתי דקות וחצי. השיפור הוא במספר נקודות הזמן שאפשר להפיק מתוך הנתונים שנאספו וביכולת לעקוב אחר שינויים המתרחשים במהלכה.
הבינה המלאכותית אינה מאבחנת את הסרטן
תפקידה של הרשת העצבית במחקר אינו להחליט אם גידול הוא ממאיר. היא משמשת לשחזור התמונה: הסרת עיוותים, הפחתת רעש והשלמת מידע חסר שנוצר עקב הדגימה המהירה.
האבחון עצמו נותר בידי הרדיולוגים, המתייחסים למבנה הנגע, לקצב קליטת חומר הניגוד ולמידע רפואי נוסף.
הבחנה זו חשובה משום שהשימוש בבינה מלאכותית בדימות רפואי אינו מוגבל לאלגוריתמים המחליפים החלטה של רופא. במקרים רבים היא משמשת בשלב מוקדם יותר, כדי להפיק תמונה שימושית ממדידות חלקיות או רועשות.
אפשרות גם לדימות המוח והצוואר
החוקרים בדקו את השיטה גם על נתונים מדימות הראש, הצוואר והמוח. במקרים אלה היא שיפרה את ההפרדה בין רקמות וצמצמה עיוותים, תוך שמירה על השינויים בזמן בכלי הדם.
הדבר מעלה את האפשרות להשתמש בגישה גם בבדיקות דינמיות של איברים אחרים, שבהן יש חשיבות למעקב מהיר אחר חומר ניגוד. עם זאת, הבדיקות מחוץ לשד היו ראשוניות, ולא נערך עבורן ניסוי קליני רחב.
הדרך ליישום קליני עדיין ארוכה
למחקר כמה מגבלות. הוא נערך במרכז רפואי יחיד, כלל מספר קטן יחסית של נבדקות והשתמש בפרוטוקול סריקה ובמכשיר MRI מסוימים. כמו כן, המחקר כלל נשים בלבד, ולכן אין לדעת אם התוצאות תקפות באותה מידה גם לגברים הלוקים בסרטן השד.
החוקרים עצמם מגדירים את ELITE כשיטה הנמצאת בשלב מוקדם. לפני שניתן יהיה להכניסה לשימוש שגרתי יהיה צורך לבחון אותה בקרב אוכלוסיות גדולות יותר, בכמה מרכזים רפואיים, במכשירים של יצרנים שונים ובתנאי עבודה קליניים מגוונים.
למרות ההסתייגויות, המחקר מדגים כיצד שילוב בין פיזיקה של MRI, מתמטיקה ובינה מלאכותית עשוי להפיק מידע רב יותר מאותן מדידות. במקום להכריע בין תמונה חדה לבין מעקב מהיר, החוקרים מבקשים להשיג את שניהם יחד.
המאמר המדעי
למאמר המדעי: פתיחת המאמר המדעי
