تطوير تطبيق لتحديد موضع الأورام الدماغية

ملخص المشروع

طورت ساينس سوفت حلًا برمجيًا لقطاع الرعاية الصحية يهدف إلى تحسين التشخيص الآلي لسرطان الدماغ عن طريق استخدام خوارزميات الشبكة العصبية التلافيفية.

التحدي

كان الهدف من تطوير تطبيق التشخيص الطبي الآلي تحليل صور الرنين المغناطيسي المُحمَّلة إليه وتمييز المناطق المصابة بأجزاء مختلفة من الورم، بما في ذلك تحديد جميع أنواع الأنسجة وتصنيفها، مثل: الأنسجة الطبيعية، والأنسجة التي تحتوي على ﺳواﺋل متراكمة (اﻟوذﻣﺔ)، والأنسجة غير المعززة، والأنسجة النخرية التي تحتوي على خلايا ميتة، والأنسجة النشطة.

الحل

شملت مراحل المشروع إنشاء بنية برمجية مخصصة للشبكة العصبية التلافيفية، وإعداد مجموعات بيانات لتدريبها واختبارها، وتنفيذ تدريب الشبكة واختبارها، وتقييم دقتها.

أنشأ فريق ساينس سوفت، المكون من كبار مُهندسي ++C، بنية برمجية للشبكة العصبية التلافيفية تكونت من الطبقات التالية:

• 5 طبقات تلافيفية.
• طبقة واحدة لدالة التنشيط الخَطية ReLU.
• طبقة واحدة للتجميع.
• طبقة واحدة متصلة بالكامل.

وتضمنت عملية تحليل صور الرنين المغناطيسي الخطوات التالية:

• تقسيم صور الرنين المغناطيسي إلى 3 أقسام: XY، وXZ، وYZ.
• استخدام 3 مرشحات للصور، أو ما يُعرف بفلاتر ما بعد المعالجة، لتوضيح الصور وإزالة الشوائب البصرية منها.
• دمج 3 ملفات للنتائج في ملف واحد.
• تطبيق الفلتر النهائي لما بعد المعالجة على الملف المُدمج.

لتقييم أداء الشبكة العصبية التلافيفية، قارن فريقنا نتائج التطبيق بالتشخيص الحقيقي لصور الرنين المغناطيسي. وقد استخرج فريقنا بيانات التشخيص الحقيقي من مجموعات بيانات تصوير أجزاء الأورام الدماغية (BRATS)، التي قسَّمها وشخصها من 1 إلى 4 متخصصين واعتمدها خبراء في الأشعة العصبية. وكان الحد الأقصى لدقة الشبكة العصبية التلافيفية 87%.

مقارنة: التشخيص الحقيقي (الصورة العلوية) ونتائج المشروع (الصورة السفلية).

النتائج

طورت ساينس سوفت تطبيقًا قائمًا على إحدى الشبكات العصبية التلافيفية لتحليل صور الرنين المغناطيسي للدماغ آليًا، والكشف عن موضع الأورام الدماغية، وتحديد موقع مختلف أنواع الأنسجة وتصنيفها. يساعد هذا التطبيق المتخصصين في مجال الرعاية الصحية على تشخيص حالات سرطان الدماغ، وتخطيط العمليات الجراحية، وتتبع التقدم المحرز في رحلات العلاج.

التقنيات والأدوات

C++, Caffe framework, CMake, VTK, ITK.