استخدام الشبكات العصبية للاعتراف بالبراءات في الصور الرجعية للمرضى الداء

ويظل مرض الاضطرابات الرئوية من بين أكثر المضاعفات التي تنجم عن ذلك من المضاعفات التي تحدثها المظاهر الوبائية للسكر، والتي تؤثر على نحو ما يتراوح بين ثلاثة أشخاص يعانون من مرض السكر على الصعيد العالمي، وهي السبب الرئيسي في العمى الذي يمكن الوقاية منه لدى البالغين في سن العمل، وتتقدم الحالة بهدوء من خلال مراحل من الاكتشاف اللاإحيائي للإصابة بالمرض إلى جانب الاضطرابات الوبائية

فهم الشبكات العصبية في مجال التصوير الطبي

والشبكات العصبية هي فئة من نماذج التعلم الآلات التي تستمد من الشبكات العصبية البيولوجية للدماغ البشري، وهي تتألف في جوهرها من طبقات من العوارض المترابطة التي تقوم بتصنيف بيانات المدخلات، وتتعلم السمات الهرمية، وتنتج النواتج، وفي التصوير الطبي، فإن أكثر البدائل نجاحاً هي الشبكة العصبية المتجانسة، وهي مصممة خصيصاً لمعالجة البيانات ذات التوجهات الجامدة، وهي عبارة عن أنماط مصممة في مجال الاختراق.

وقد بدأت ثورة التعلم العميق الحديثة في عام 2012 عندما أظهرت اللكسنيت درجة عالية من الدقة في تصنيف الصور، ومنذ ذلك الحين، أدت هياكل مثل شبكة ريسنت، ومؤسسة الاستقبال، وشبكة الكفاءة إلى زيادة الأداء، وعادة ما يتم تدريب هذه النماذج على عشرات الآلاف من صور السحب غير الصحيحة التي تطبعها أرقام قياس العين التي ينوّه بها خبراء في مجال التكيّف مع التخلف.

ومن بين الابتكارات الرئيسية في هذا المجال التعلم في مجال النقل، وبدلا من تدريب شبكة CNN من الصفر، التي تتطلب مجموعات بيانات ضخمة وموارد حاسوبية، يبدأ الباحثون بشبكة مدربة مسبقا على مجموعة بيانات عامة كبيرة مثل شبكة إيمغي، ثم تضبط الأوزان على الصور الملتقطة من العينات، ويقلل هذا النهج بشكل كبير من وقت التدريب ومتطلبات البيانات ويحقق درجة عالية من الدقة.

ويعود نجاح الشبكات العصبية في الصور المتقطعة عن طريق تحليلها إلى قدرتها على تعلم السمات التي تتطابق مع العلامات المرضية المرموقة للاضطرابات الرئوية: الظواهر العصبية الدقيقة (الآلام الفوقية الاصطناعية التي تُعد في أغطية العينات) والنزيف غير الضار (الدم أو اللافتات المشتعلة بالدمغ)

كيف للشبكات العصبية أن تعترف بـ (باتير) في الصور المُتقاربة

وعادة ما يتبع خط الأنابيب لتحليل الصور الرجعية على الشبكة العصبية تسلسلا منظما، أولا، الصور التي تستخدم فيها صناديق المدخلات تجهز مسبقا لتطبيع اللون والمقارنة والحجم، وهذه الخطوة حاسمة لأن الصور من مختلف الكاميرات وفي ظل ظروف مختلفة من التضليل يمكن أن تتباين تباينا كبيرا، وتشمل خطوات التجهيز الموحّد إعادة التوازن إلى قرار موحد (مثل 512512 كيلوباست)، وإعادة برمجة السود، وتخفيض.

ثم تُضفي الصورة المسبقة على الشبكة العصبية، ففي شبكة CNN، تُمر الصورة عبر سلسلة من الطبقات الملتوية، ويُطبق كل منها مجموعة من المرشّحات القابلة للتعلم، وتُحدّد الطبقات المبكرة من الملامح المنخفضة المستوى مثل الحوافات وكميات الألوان، وتُجمع الطبقات العميقة بين هذه الملامح في المستوى المتوسط (مثل الأشكال التعميمية التي قد تمثل سمات ترجمة مصغرة) وفي نهاية المطاف أنماط عالية.

وبعد عدة مجموعات من الثورات والمجمعات، ترسم الشبكة خرائط السمات الناتجة وتمررها من خلال طبقة أو أكثر صلة اتصالاً كاملاً، تؤدي التصنيف النهائي، وتستخدم طبقة الإنتاج عادة وظيفة تنشيطية غير قابلة للتعديل لإنتاج احتمالات عبر فئات محددة مسبقاً، مثل " عدم التعاطف " ، و " نزع السلاح والتسريح وإعادة الإدماج " ، و " عدم وجود أي إنتاج متجانس " .

ومن بين النهج المشترك المتزايد استخدام آليات الاهتمام، التي تتيح للشبكة تركيز مواردها الحاسوبية على أهم المناطق التي توجد فيها الصور - حيث يحتمل أن تكون هناك عيوب طبية، كما يمكن أن توفر خرائط الاهتمام درجة من إمكانية التفسير بإبراز الأكياس التي تؤثر على قرار الشبكة، ومساعدة المستوصفين على التحقق من أن النموذج يرتكز على علامات طبية حقيقية بدلا من الترابطات الناقصة.

ويمكن للشبكة العصبية، بعد تدريبها، أن تحلل صورة جديدة عن طريق الارتداد في ثوان، وهذه السرعة هي مغيرة للألعاب في برامج الفحص الواسعة النطاق، فعلى سبيل المثال، يمكن لكاميرا واحدة لجمع الأموال ترتبط بنظام سحابي للتوحيد القياسي أن تجهز مئات الصور في الساعة، وأن تبرز الصور التي تتطلب إجراء استعراض فوري لعلم الشيخوخة، وأن تُنتج تلقائيا تقارير منظمة، ويمكن أن تشمل النواتج درجة حرارة إلكترونية، وسجلا للثقة، بل وتوصية.

التطبيقات والأدلة السريرية

وقد أثبتت دراسات عديدة أداء التشخيص للشبكات العصبية لفحص الاضطرابات الرئوية، وفي دراسة تاريخية لعام 2016 نشرت في JAMA ، طورت غولشان وآخرون خلية تعلُّم عميق حققت منطقة تحت شعار التشغيل المتلقِّي تبلغ 0.991 في المائة على شكل بيانات تزيد على 000 10 من الصور المصورة.

وفي عام 2018، قامت إدارة الأغذية والمخدرات في الولايات المتحدة بصنع التاريخ من خلال الموافقة على أول نظام مستقل لاكتشاف مرض الاضطرابات الرئوية (Dx-Dx-DR) (المعروف حالياً باسم شركة LumineticsCore)(37).

وقد بدأ نشر الأطفال في العالم الحقيقي في مختلف الظروف، ففي المملكة المتحدة، على سبيل المثال، قام برنامج الفحص الطبي للكشف عن أمراض السكر في دائرة الصحة الوطنية بتجريب نظم التدرج القائمة على أساس AI لتقليل العبء على تلاميذ الصفوف البشرية، وفي الهند حيث يرتفع معدل انتشار مرض السكري ونسبة طبيب الأسنان إلى المرضى منخفضة للغاية، تم نشر نظم فحص الفيروسات العكوسة في شاحنات متنقلة وصحية أولية.

وبالإضافة إلى التصنيف الثنائي، يجري الآن تدريب الشبكات العصبية لأداء مهام أكثر غرابة: التنبؤ بمخاطر التقدم نحو نزع السلاح والتسريح وإعادة الإدماج، وتقدير احتمال حدوث إيديما عضلي السكري، بل وتحديد عوامل الخطر العامة مثل التحكم في غلوك الدم والوظيفة الكلية من الصور القاعية وحدها - وهي حقل يعرف باسم " الأوعية الدموية " ، وتشير هذه التطورات إلى أن الشبكات العصبية يمكن أن تستخرج معلومات أكثر من ذي قبل.

مزايا استخدام الشبكات العصبية للتحليلات الرجعية

ويمكن أن يُعد التحليل الرجعي القائم على الشبكة العصبية متعدد الأوجه ويتجاوز الدقة الأولية، وأكثر الفوائد المباشرة هي السرعة ، ويمكن أن يُجهز نموذج مُدرب صورة واحدة من صناديق التمويل في مُهلة، مما يتيح إجراء فحص آني في نقطة الرعاية، وبالنسبة لبرامج الفحص على مستوى السكان، فإن هذا التدرج في الصف الواحد يمكن أن يتحول إلى عشرات اليدوية التقليدية التي تتطلب قراءا.

كما أن تلاميذ الصف الإنساني، حتى الخبراء، يظهرون تفاوتاً بين الرتب ويمكن أن يعانون من الإهمال، مما يؤدي إلى تشخيصات خاطئة، فالشبكات العصبية، بمجرد التحقق منها على الوجه الصحيح، تقدم نتائج قابلة للتكرار كل مرة، مع مراعاة الحساسية والخصوصية التي يمكن أن تتنافس أو تتجاوز الأداء البشري.

[(FLT:0] Accessibility) is maybe the most impactful advantage. Diabetes is a global epidemic, disproportionately affecting low- and middle-income countries where ophthalmologists are scarce. AI-based screening can be deployed via telemedicine, allowing fundus images to be captured by non-specialist technicians and analyzed by a remote

(أ) إن الفعالية القطرية [(FLT:1]) هي ميزة رئيسية أخرى، وبينما تطوّر وتدرّب شبكة عصبية تتطلب استثمارات كبيرة في البداية، فإن التكلفة الهامشية لكل مريض يجري فحصه تهبط بشكل كبير بمجرد نشر النظام، وبالنسبة لبرامج الفحص الكبيرة، يمكن أن تخفض التكلفة الإجمالية عن طريق تقليل الحاجة إلى تلاميذ الصف الإنساني، وتسريع سير العمل، ومنع إجراء فحص مُخفّف التكلفة من أجل إجراء فحص أعمى قابل للمنع.

Integration with electronic health records] and population health management systems allows automated follow-up scheduling, risk stratification, and outcome tracking. AI systems can be programmed to flag high-risk patients for immediate ophthalmologist referral while automatically sending low-risk patients reminders for their next annual screening. This closed-loop system improves adherence and ensures

التحديات والحدود

وعلى الرغم من التقدم الملحوظ الذي أحرزته الشبكات العصبية، يجب التصدي للعديد من التحديات قبل أن تصبح معياراً عالمياً لفحص التخلف عن الداء، والأهم من ذلك هو الحاجة إلى إلى مجموعة بيانات متنوعة ومشروحة جيداً .() وقد تؤدي النماذج التي تم تدريبها بشكل رئيسي على الصور من أصل إثني أو نوع الكاميرا أو حالة الإضاءة صورة سيئة عند نشرها في عدد مختلف من السكان.

(أ) إن إمكانية التنبؤ والثقة ] هي شواغل مستمرة، وكثيراً ما توصف الشبكات العصبية بأنها " صناديق سوداء " ، لأنه حتى مبدئيها لا يمكن أن يفسروا دائماً سبب تصنيف صورة معينة بطريقة معينة، وفي الطب، حيث تكون للقرارات عواقب على الحياة، وفي العيادات والمرضى على حد سواء، فإن تقنيات الاستطلاع بالآفات الضوئية، مثل خرائط التبصر.

إن نوعية التعليم وقابلية الاحتياز تشكل عقبات عملية، فالشبكات العصبية حساسة بالنسبة للصور الفاسدة التي لا تزال غير مهيأة، أو مضاعفات العين، أو الظل الاصطناعي، أو التحلل الحاد للوباء يمكن أن يسبب نواتج خاطئة، وتشمل نظم كثيرة موزعة نماذج تقييمية ذات جودة صورية ترفض الصور غير الكافية قبل التحليل.

ولا تزال هناك طرق تنظيمية واسترداد التكاليف قيد التحديد بالنسبة للمبادرة الطبية، حيث توجد لدى كل وكالة تنظيمية في البلد شروط مختلفة للموافقة عليها، والمراقبة اللاحقة للسوق، والتعلم المستمر، وقد وضعت هيئة تنمية الأعمال الحرة إطاراً لفرضيات " غير مقفلة " لا تتغير بعد النشر، بل تتباين نماذج الفرز التنظيمي " المخففة " التي تستكمل مع البيانات الجديدة.

(أ) كثيراً ما يثبت إدماجها في سير العمل السريري [(FLT:1]) صعوبة أكبر من منظمة العفو الدولية نفسها، ولا يمكن لبرنامج الفحص أن يضع ببساطة نظاماً للكشف عن الأمراض في عيادة؛ ويجب أن يدرب التقنيين، وأن يتعامل مع البيانات الإيجابية الزائفة (التي تتطلب إحالات غير ضرورية وأخصائيين في الحمولة المفرطة)، وأن يدير مسارات زائفة (تؤدي إلى تأخير العلاج).

الاتجاهات المستقبلية

ولا تظهر سرعة الابتكار في مجال التحليل الرجعي القائم على الشبكة العصبية أي علامات على التباطؤ، ومن الاتجاهات الواعدة تطوير ]] مجازفة متعددة، و](FLT:1]) تجمع بين التصوير الصاخب وغير ذلك من طرائق التصوير مثل رسم الخرائط الاصطناعية الضوئية، والتصوير المرئي على نطاق واسع، ورسم الخرائط الموحّدة للصور الفلورية.

(أ) تهدف أساليب التعلم ذاتياً وقلة السمع إلى الحد من الاعتماد على مجموعات البيانات الكبيرة المسمّاة.() وتُدرب شبكات التعلم التي تُشرف على نفسها للتنبؤ بأجزاء من الصورة أو حل مهام الذرائع (مثل التنبؤ باللون أو التناوب) ثم تُعدُّ نماذج دقيقة لمهمة التصنيف المستهدفة.() ويمكِّن التعلم من الطلقات الضئيلة من نموذج لتعلم أنواع جديدة من مسارات الصنع.

(د) يتيح التعلم الموحد نهجاً يحافظ على خصوصيات الحياة في التدريب على مختلف المؤسسات، وفي التعليم الاتحادي، يُجرى الزيارات النموذجية لكل موقع، ويُستخلص من البيانات المحلية، ويُعيد أوزاناً مستكملة إلى خادم مركزي دون أي بيانات عن المرضى الخام يغادر المستشفى، مما يتيح للنموذج الاستفادة من مختلف السكان مع الامتثال في الوقت نفسه لأنظمة حماية البيانات مثل نماذج التجارب التي يُعاد تقييمها في مرحلة ما بعد الولادة.

كما أن نشر الشبكات العصبية يمضي بسرعة، كما أن هياكل الوزن الخفيف (مثل شبكة موبيل، وشبكة الإنترنت الفعالة، وأجهزة التصوير المتأصلة على الإنترنت، والصور التي تُستخدم على النحو الأمثل في موقع تينسورفلوفلو ليت أو عملية الأمم المتحدة في سن الـ (UNNX) يمكن أن تُجرى مباشرة على كاميرات ريال أو الهواتف النقالة، مما يزيل الحاجة إلى الاتصال السحابي.

وأخيراً، من المرجح أن تصبح نظم الفحص المستقبلية معيارية، لا يمكن أن تقدم أيضاً تفسيراً مرئياً للمقرر، وفترة للثقة، وقائمة بالتشخيصات المتمايزة، ويمكن للمصابين بعد ذلك استعراض التعليل الذي يقوم به معهد العفو الدولي، أو أن يقدموا إما تفسيراً مرئياً للقرار، أو أن يكون ذلك مفصولاً مرئياً، أو قائمة بالتشخيصات المتمايزة.

خاتمة

إن الشبكات العصبية قد غيرت بصورة أساسية النهج المتبع في فحص الاضطرابات الرئوية، وما بدأ كفضول بحثي هو الآن أداة مثبتة طبياً ومعتمدة على التنظيم، ومتزايدة الانتشار، ومن خلال التعرف على النمط في الصور المائلة، فإن هذه النماذج تعالج الاختناقات الحاسمة لمحدودية الخبرة البشرية، وتخضع فحوص عالية الجودة للسكان الذين لم يكن لديهم إمكانية الوصول إليها في السابق، وفي حين أن التحديات المتصلة بتنوع البيانات، والتفسيرها، والتكامل،