كيفية تقليل حاجز علاج أمراض الدماغ بالموجات فوق الصوتية باستخدام الذكاء الاصطناعي

تقنية الموجات فوق الصوتية المركزة هي طريقة علاج غير جراحية تركز طاقة الموجات فوق الصوتية على بضعة ملليمترات من الدماغ، بما في ذلك المناطق العميقة، لعلاج الاضطرابات العصبية دون فتح الجمجمة.

وقد تم تطبيقه على علاج أمراض الدماغ المستعصية المختلفة مثل الاكتئاب ومرض آلزهايمر لأنه يقلل من التأثير على الأنسجة السليمة المحيطة ويقلل من الآثار الجانبية مثل المضاعفات والالتهابات، وفقًا لما تم نشره في موقع ميديكال إكسبريس.

ومع ذلك، فإن استخدامه كان محدودًا حتى الآن لأنه من الصعب عكس تشويه الموجات فوق الصوتية الناجم عن الأشكال المختلفة لجماجم المرضى المختلفين في الوقت الفعلي.

حتى الآن، لم يتم التحقق من صحة التطبيق السريري لنماذج محاكاة الذكاء الاصطناعي في مجال تكنولوجيا العلاج بالموجات فوق الصوتية المركزة غير الجراحية.

قام الآن فريق بحث بقيادة الدكتور كيم هيونج مين من مركز أبحاث الإلكترونيات الحيوية في المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا (KIST) بتطوير تقنية محاكاة صوتية في الوقت الحقيقي تعتمد على الذكاء الاصطناعي التوليدي للتنبؤ وتصحيح تشويه تركيز الموجات فوق الصوتية الموقف الناجم عن الجمجمة في الوقت الحقيقي أثناء العلاج بالموجات فوق الصوتية المركزة.

نشرت الدراسة في مجلة NeuroImage.

للتنبؤ بموقع التركيز الصوتي غير المرئي، تُستخدم حاليًا أنظمة الملاحة المعتمدة على الصور الطبية الملتقطة قبل العلاج، والتي توفر معلومات حول الموقع النسبي للمريض ومحول الطاقة بالموجات فوق الصوتية.

ومع ذلك، فهي محدودة بسبب عدم قدرتها على تفسير تشويه الموجات فوق الصوتية الناجم عن الجمجمة، وعلى الرغم من استخدام تقنيات المحاكاة المختلفة للتعويض عن ذلك، إلا أنها لا تزال تتطلب وقتًا حسابيًا كبيرًا، مما يجعل من الصعب تطبيقها في الممارسة السريرية الفعلية.

محاكاة الموجات فوق الصوتية المركزة

قام فريق البحث بتطوير تقنية محاكاة الموجات فوق الصوتية المركزة في الوقت الفعلي من خلال نموذج ذكاء اصطناعي يعتمد على الشبكة العصبية التوليدية العدائية (GAN)، وهو نموذج للتعلم العميق يستخدم على نطاق واسع لتوليد الصور في المجال الطبي.

تعمل هذه التقنية على تقليل وقت تحديث معلومات المحاكاة ثلاثية الأبعاد التي تعكس التغيرات في الموجات الصوتية فوق الصوتية من 14 ثانية إلى 0.1 ثانية، بينما تظهر متوسط ​​الحد الأقصى لخطأ الضغط الصوتي أقل من 7% وخطأ الموضع البؤري أقل من 6 مم، وكلاهما والتي تقع ضمن نطاق الخطأ في تقنيات المحاكاة الحالية، مما يزيد من إمكانية التطبيق السريري.

وطوّر فريق البحث أيضًا نظام ملاحة طبي قائم على الصور للتحقق من أداء التكنولوجيا المطورة من أجل نشرها بسرعة في الممارسة السريرية في العالم الحقيقي.

يمكن للنظام توفير محاكاة صوتية في الوقت الفعلي بمعدل 5 هرتز اعتمادًا على موضع محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية، ونجح في التنبؤ بموضع طاقة الموجات فوق الصوتية وتركيزها داخل الجمجمة في الوقت الفعلي أثناء العلاج بالموجات فوق الصوتية المركزة.

في السابق، نظرًا لطول وقت الحساب، كان لا بد من وضع محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية بدقة في موقع مخطط مسبقًا للاستفادة من نتائج المحاكاة.

ومع ذلك، مع نظام الملاحة الموجه بالمحاكاة المطور حديثًا، أصبح من الممكن الآن ضبط تركيز الموجات فوق الصوتية بناءً على نتائج المحاكاة الصوتية التي تم الحصول عليها في الوقت الفعلي.

ومن المتوقع في المستقبل تحسين دقة الموجات فوق الصوتية المركزة وتوفير علاج آمن للمرضى من خلال القدرة على الاستجابة السريعة للمواقف غير المتوقعة التي قد تحدث أثناء عملية العلاج.

وقال الدكتور كيم هيونجمين من KIST: «مع تحسن دقة وسلامة العلاج المركز لأمراض الدماغ بالموجات فوق الصوتية من خلال هذا البحث، ستظهر المزيد من التطبيقات السريرية».

وأضاف: «بالنسبة للاستخدام العملي، نخطط للتحقق من النظام من خلال تنويع بيئة صوتنة الموجات فوق الصوتية، مثل محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية متعددة المصفوفات».