يمكن للشبكة العصبية الاصطناعية ملء المعلومات المفقودة في صور تصوير الأعضاء مثل الدماغ
فحص التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) هو فحص يستخدم مجالًا مغناطيسيًا قويًا وموجات الراديو لإنتاج صور دقيقة (وحتى ثلاثية الأبعاد) للأعضاء والأوعية الدموية التي تم فحصها للتشخيص أو البحث الطبي. يؤثر المجال المغناطيسي وموجات الراديو على دوران البروتونات في نوى ذرات الهيدروجين الموجودة في جزيئات الماء في الجسم. يتم التصوير عن طريق إرسال سلسلة من النبضات (النبضات) من موجات الراديو التي تخلق رنينًا مغناطيسيًا وبالتالي تتسبب في خروج البروتونات من حالة التوازن والانتقال إلى حالة طاقة أعلى. بعد انتهاء كل نبضة، تحدث عمليات اضمحلال وانبعاث طاقة تعود فيها البروتونات إلى حالتها الأولية وتنتج حركة تسبب إشارة كهرومغناطيسية، وتستقبل ملفات الإدخال الخاصة بالجهاز مثل هذه الإشارة لكل نبضة. للحصول على صور دقيقة ومفصلة، يلزم وجود العديد من الإشارات، وبالتالي تكون سلسلة النبضات طويلة. ولهذا السبب يستغرق فحص التصوير بالرنين المغناطيسي وقتًا طويلاً نسبيًا.
البروفيسور تامي ريكلين رافيف من كلية الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسوب في جامعة بن غوريون يتعامل مع معالجة وتحليل الصور الطبية والبيولوجية، وخاصة صور التصوير بالرنين المغناطيسي للدماغ. ويستخدم لهذا الغرض أدوات من مجال الذكاء الاصطناعي، مثل الشبكات العصبية الاصطناعية. هذه الشبكات هي نموذج رياضي حسابي تم تطويره مستوحى من شبكات الخلايا العصبية الموجودة في الدماغ البشري. وعلى غرار الدماغ، فإنها "تكتسب الذكاء" من خلال التعلم من الأمثلة، وبالتالي يمكنها أداء مجموعة متنوعة من المهام الحسابية. وهي تتكون من طبقات (الإدخال والمخرجات والوسيطة) من العديد من وحدات المعلومات (الخلايا العصبية) المرتبطة ببعضها البعض وتنقل البيانات الرقمية من واحدة إلى أخرى. في عملية التعلم، يتم تحديث الأرقام التي تمثل قوة الاتصالات بين وحدات المعلومات. ويمكن استخدام هذه الشبكات في جميع تطبيقات الكمبيوتر تقريبًا، بما في ذلك فك رموز المحاكاة البيولوجية والطبية وتحسين جودتها. الحصول على صور الرنين
"يتناول الجزء الرئيسي من بحثي تحليل صور التصوير الطبي - على سبيل المثال، الكشف عن الأورام والأمراض (على سبيل المثال في خلايا الدماغ) التي تسبب الشيخوخة، ومرض الزهايمر، والأمراض العصبية والنفسية. "لهذا السبب فإن العديد من شركائي في البحث هم أطباء وعلماء أعصاب"، يوضح البروفيسور ريكلين رافيف.
ويهدف البحث الأخير الذي أجرته البروفيسورة ريكلين رافيف وفريقها، والذي حصل على منحة من مؤسسة العلوم الوطنية، إلى إيجاد طريقة لتقصير عملية الحصول على صور للأعضاء (مثل الدماغ) في التصوير بالرنين المغناطيسي. ووفقا لها، فإن "المرضى، بما في ذلك الأطفال والبالغين والمرضى، يبقون داخل جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي لفترة طويلة، مما يسبب لهم عدم الراحة ورهاب الأماكن المغلقة، ومن أجل إنتاج صور واضحة وغير واضحة، يجب عليهم الاستلقاء دون حراك وأحيانا حتى حبس أنفاسهم". لفترة طويلة. ولهذا السبب أردنا العثور على تقنية من شأنها تقليل عدد نبضات موجات الراديو، والتي من شأنها تسريع عملية الحصول على الصور ولكن في نفس الوقت الحفاظ على جودتها. ولهذا الغرض، قررنا استخدام الشبكات العصبية الاصطناعية، التي يمكنها، من خلال التعلم، استكمال المعلومات التي لم تحصل عليها آلة التصوير بالرنين المغناطيسي."
أخذ الباحثون صورًا للدماغ أنتجها التصوير بالرنين المغناطيسي، وخفضوا بعض ترددات الرنين الخاصة بها. وبهذه الطريقة قاموا بإنشاء صور تحتوي على جزء فقط من المعلومات الأصلية، كما لو كان الأشخاص داخل الجهاز حوالي ربع أو خمس الوقت المعتاد فقط، وكل فحص للدماغ خضعوا له استمر حوالي دقيقة بدلاً من خمس دقائق. وفي الوقت نفسه، قاموا بتطوير شبكة عصبية اصطناعية مخصصة، تم تدريبها باستخدام أساليب التعلم العميق، لاستكمال الترددات التي تمت إزالتها.
أخذ الباحثون صورًا للدماغ أنتجها التصوير بالرنين المغناطيسي، وخفضوا بعض ترددات الرنين الخاصة بها. وبهذه الطريقة قاموا بإنشاء صور تحتوي على جزء فقط من المعلومات الأصلية، كما لو كان الأشخاص داخل الجهاز حوالي ربع أو خمس الوقت المعتاد فقط، وكل فحص للدماغ خضعوا له استمر حوالي دقيقة بدلاً من خمس دقائق. وفي الوقت نفسه، قاموا بتطوير شبكة عصبية اصطناعية مخصصة، تم تدريبها باستخدام أساليب التعلم العميق، لإكمال الترددات المحذوفة للحصول على صور عالية الجودة. للتأكد من أن الشبكة العصبية أكملت المعلومات الصحيحة، قام الباحثون بفحص الصور المعاد بناؤها مقارنة بالصور الأصلية وحسبوا الفرق بينها وفقا للمقاييس المقبولة (الصيغ القائمة على نسبة الإشارة إلى الضوضاء، والتي، من بين أمور أخرى) ، تستخدم لحساب جودة ضغط الصور الرقمية). والتي سوف تنتج صور الرنين
"غالبًا ما يخشى أخصائيو الأشعة من احتمالية أن تتوصل الشبكة العصبية إلى معلومات غير موجودة (مثل الورم) أو بدلاً من ذلك تجاهل أو إخفاء المعلومات السريرية الأساسية. لذلك، لاختبار الموثوقية السريرية للصور المعاد بناؤها، قمنا بفحصها من خلال عمليات المسح الجزئي للمرضى الذين يعانون من التصلب المتعدد، وهو المرض الذي يتجلى أيضًا في آفات (صغيرة نسبيًا) في المادة البيضاء للدماغ. في عملية التحقق، قمنا بفصل مناطق الإصابة عن أنسجة المخ السليمة في كل من الصور الأصلية والمعاد بناؤها، وقارنا النتائج وأظهرنا أن الاختلافات صغيرة جدًا. ومن هذا يمكن أن نفهم أنه حتى لو كانت الصورة المستعادة لا تبدو تمامًا مثل الصورة الأصلية، فيمكن للطبيب أن يحصل منها على المعلومات السريرية التي يحتاجها - مثل موقع الآفات وحجمها وحدودها وحالتها - و وهذا يكفي، وهذا هو المقياس الصحيح للاستخدام. الفكرة هي استعادة صورة التردد الكاملة دون فقدان المعلومات السريرية أو "اختراعها" - هذا هو التحدي،" يخلص البروفيسور ريكلين رافيف.
الحياة نفسها:
البروفيسور تامي ريكلين رافيف، متزوج وله أربعة أطفال، يسكن في رمات غان. يهدف إلى زيادة نسبة النساء في مواضيع العلوم الدقيقة والهندسة، وخاصة الهندسة الكهربائية ("سأكون سعيدا لرؤية المزيد من الطالبات معنا").
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
