تومورهای مغزی یک مشکل مهم برای سلامتی در سراسر جهان هستند. به طور کلی ، آنها تومورهای بدخیمی هستند که بر روی انسان تأثیر می گذارند و در برابر تمام روشهای درمانی مقاوم میباشند. رگ زایی با تأمین اکسیژن و مواد مغذی برای حمایت از افزایش تکثیر سلولی و متابولیسم و حذف مواد زائد ، زمینه رشد کل تومور را فراهم می کند. با این حال هنگامی که تومورهای بدخیم بسیار کوچک هستند ، برای زنده ماندن اساساً به انتشار متکی میباشند و اگر قرار باشد توموری بیش از اندازه چند میلی متر رشد کند ، به آنژیوژنز احتیاج است. در درمان تومورهای مغزی ، مداخله جراح همچنان یک گزینه درمانی معمول و موثر است. پیشرفت های اخیر در تصویربرداری عصبی و تصویربرداری تومور مغزی ، باعث شد تا جراحان مغز و اعصاب ابزار جدیدی را با هدف به حداکثر رساندن میزان حجم برش با حداقل آسیب به مناطق مهم عملکردی، برای غلبه بر چالش تمایز بافت سالم از بافت نفوذ یافته به تومور فراهم کنند.
چه پزشکانی تصویربرداری از مغز را انجام می دهند؟ تصویربرداری از مغز به جراحان مغز و اعصاب در مانیتورینگ افرادی که دارای مجموعه ای از مشکلات مغز و اعصاب هستند، کمک می کند.
مدالیته های تصویربرداری تومور مغزی
- دیفیوژن
- تصویربرداری تنسور دیفیوژن (DTI)
- IVIM
- MRS
- DTI
- IVIM
- MRS
- DSC (پرفیوژن)
- T1
- T2
- P.D
چگونه هوش مصنوعی باعث بهبود تشخیص سرطان می شود؟ در افرادی که فقط یک اسکن در دسترس داشتند ، هوش مصنوعی در مقایسه با شش رادیولوژیست که CT را نیز برای ارزیابی خطر ابتلا به سرطان ریه بررسی کردند ، بهتر میباشد. هوش مصنوعی تعداد مثبت کاذب را 11٪ و منفی کاذب را 5٪ کاهش می دهد. وقتی دو اسکن انجام شد ، رادیولوژیست ها همان کار رایانه را انجام دادند.
دیفیوژن :
تصویربرداری دیفیوژن، که اجازه آنالیز monoexponential را میدهد و اطلاعات دیفیوژن جهت دار را فراهم میسازد ، به طور معمول در تصویربرداری تومور مغزی و بیماران تومور مغزی انجام میشود. روشهای پیشرفته تر برای دستیابی به پذیرش بالینی نیاز به بهبود سرعت حاصل و رزولوشن مکانی دارند. برای اکثر کاربردهای بالینی تصویربرداری دیفیوژن در تصویربرداری تومور مغزی ، فرض بر این است که سیگنال دیفیوژن در مقابل فاکتور وزنی دیفیوژن به صورت تکی از بین میرود. این چارچوب ، اندازه گیری ضریب دیفیوژن تکی در تومورهای مغزی ، طبقه بندی تقریبی نوع تومور و تشخیص قطعی برخی تومورها را فراهم می کند. در بیشتر تومورهای مغزی ، وقتی با بافت طبیعی مغز مقایسه می شود ، ضریب دیفیوژن افزایش می یابد.
دیفیوژن محدود در مغز به چه معناست؟ برای بسیاری از اختلالات ، چندین فرآیند ممکن است به طور هماهنگ برای کاهش ADC عمل کنند. دیفیوژن محدود معمولاً طی 30-120 دقیقه پس از انفارکتوس مغزی اتفاق می افتد و 10-14 روز به حالت طبیعی برمی گردد. تصور می شود مکانیسم های اصلی عبارتند از: افزایش آب داخل سلول.
تصویربرداری تنسور دیفیوژن (DTI):
بیشتر مطالعات DTI در تصویربرداری تومور مغزی بر آنالیز قسمتهای مختلف تومور با استفاده از معیارهای مختلف DTI متمرکز شده است. اما اندازه گیری تغییرات واکنشی و نفوذی در بافت اطراف تومور اغلب مفید است. DTI خصوصیات دیفیوژن آب بافت عصبی را اندازه گیری می کند و می تواند برای تقریب ترکتهای ماده سفید تشریحی مربوط به عملکرد در مغز مورد استفاده قرار گیرد. مولکول های آب ، اجزای اصلی مغز ، در حرکت مداوم هستند که ناشی از نوسانات حرارتی تصادفی است. با استفاده از یک جفت شیب میدان مغناطیسی تخلیه و تغییر شکل ، تصویربرداری ام ار ای ممکن است به حرکت (دیفیوژن) در جهت شیب میدان حساس شود. این شکل پالس شیب اغلب به عنوان وزن دهی دیفیوژن شناخته می شود. برنامه های جدید تصویربرداری از تنسور دیفیوژن (DTI) و تراکتوگرافی مشتق شده از (DTI) نشان داده اند که قبل از عمل ، تصویربرداری غیرتهاجمی از مناطق قشر واضح و دستگاه های مربوط به ماده سفید در طول برنامه ریزی جراحی برای کاهش نقص بعد از عمل بسیار مهم است.
ناهمگنی کوچک (FA) در مغز چیست؟ سابقه و هدف: FA اندازه گیری مفیدی برای اتصال در مغز است که می تواند از مجموعه داده های تصویربرداری تنسور دیفیوژن (DTI) حاصل شود. روابط بین طیف وسیعی از اقدامات شناختی و FA با استفاده از آنالیز منطقه ای و مبتنی بر واکسل بررسی میشود.
IVIM :
آنالیز پیشرفته مبتنی بر مدل IVIM از داده های DWI مقادیر چندتایی بدون کنتراست می تواند برای توصیف نفوذ و حجم پرفیوژن از یک جز بافتی که به سرعت پخش میشود ، استفاده شود. همچنین تفاوت قابل توجه بین تومورهای درجه پایین و بالا ، برخی از ارتباطات با حجم خون مویرگی از PWI را نشان میدهد. IVIM یک ابزار تصویربرداری جدید و یک روش جایگزین برای حساسیت دینامیک MRI است که در حال حاضر در تصویربرداری تومور مغزی مورد توجه زیادی قرار گرفته است. این امر تا حدی به این دلیل است که نیازی به استفاده از ماده حاجب ندارد و به ویژگیهای ذاتی حرکت در مویرگهای چرخش متکی است. IVIM نسبت به حرکت منسجمی که از عروق مویرگی کوچک نشأت می گیرد حساس تر است ، در حالی که سیگنال کنتراست حساسیت دینامیکی نیز با ورود شریان ها و رگ های بزرگ آلوده می شود و ممکن است منجر به تخمین بیش از حد حجم خون شود. اگرچه محدودیت هایی به دلیل ناهمگنی نمونه در نظر گرفته شده در مطالعات وجود دارد ، IVIM نشان داده است که یک نشانگر زیستی رادیولوژیکی غیرتهاجمی دقیق است که برای تشخیص تومورهای گلیال درجه پایین و بالا در تصویربرداری تومور مغزی مفید است.
چه تصویری تومورها را نشان می دهد؟ CT (توموگرافی کامپیوتری) و MRI (تصویربرداری تشدید مغناطیسی) هر دو برای تشخیص و مرحله بندی سرطان استفاده می شوند. بسیاری از مردم از تفاوت بین این دو روش یا دلیل انتخاب یکی از روشهای دیگر اطلاع ندارند.
MRS
طیف سنجی تشدید مغناطیسی (MRS) یک روش مهم در درجه بندی و تصویربرداری تومور مغزی است. درجه بندی تومورها با MRS مزیتی بعنوان اضافی بودن یک روش تشخیصی غیرتهاجمی است. MRS یک روش مهم برای ارزیابی نوع و درجه تومور و همچنین هدف گیری و ارزیابی پاسخ به درمان است. برای طیف سنجی ام ار دو طبقه از روش های لوکال سازی فضایی وجود دارد: تکنیک های تک واکسل (SV) (روشهایی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند) که همزمان طیف هایی از یک منطقه از مغز را ضبط می کنند، یا تکنیک های چند واکسل (تصویربرداری طیف سنجی MRSI) ، که “تصویربرداری شیفت شیمیایی” نیز نامیده می شود، طیفی را از مناطق مختلف ثبت کرده و در نتیجه توزیع فضایی متابولیت ها را در مغز ترسیم می کند. تصویربرداری MRS معمولاً در ابعاد 2 یا 3 بعدی انجام می شود ، اما معمولاً شامل پوشش کامل مغز نیست.
DSC
اندازه گیری های DSC در ام ار ای تومور rCBV به طور گسترده ای در نورو آنکولوژی برای تصویربرداری تومور مغزی، درجه بندی گلیوم ، پیش بینی پروگناسیس و افتراق تومور عود کننده از نکروز رادییشن استفاده شده است. اگرچه طبقه بندی WHO به عنوان استاندارد طلایی در پروگناسیس و درمان تومورهای مغزی باقی مانده است ، DSC ام ار ای می تواند به پیش بینی درجه گلیوم و در نتیجه درمان مستقیم کمک کند. DSC ام ار ای همچنین می تواند به صورت لوکال راهنمای بایوپسی و درمان بر اساس بخشی از تومور که تهاجمی ترین به نظر می رسد، باشد. با تصویربرداری DSC می توان زمان پیشرفت بیماران مبتلا به گلیوبلاستوما را پیش بینی کرد.
سی تی اسکن پرفیوژن مغز چیست؟ در توموگرافی کامپیوتری (CT) پرفیوژن سر، از تجهیزات مخصوص اشعه ایکس استفاده می شود تا نشان دهد کدام مناطق از مغز به اندازه کافی با خون تأمین می شود و اطلاعات دقیق در مورد جریان خون در مغز را فراهم می کند. پرفیوژن CT سریع ، بدون درد ، غیرتهاجمی و دقیق است.
T1
با استفاده از مقادیر T1 مطلق در مغز قبل و بعد از تزریق وریدی ماده حاجب ، می توان اندازه گیری غلظت ماده حاجب به ازای واکسل تومور را محاسبه کرد. همچنین زمان آرامش T1 در هنگام تزریق ماده حاجب می توان برای تعیین عینی تومورهای مغز و ردیابی جذب کنتراست مبتنی بر گادولینیم در طول زمان استفاده کرد. تصویرهای پارامتریک b1 شناسایی مناطق تقویت کنتراست و در نتیجه موقعیت تومور را آسان می کند. دو برابر شدن دوز معمول ماده حاجب در انسان منجر به مشخص تر شدن این تومورها می شود. بنابراین ، تصویربرداری T1 از تومورهای مغزی به دوز گادولینیوم وابسته است و تشخیص تومورها را با MRI بهبود می بخشد. روش تصویربرداری کمی دینامیک T1 همچنین امکان ارزیابی کمی عوامل مختلف کنتراست MRI را در آینده فراهم می کند.
T1 در MRI به چه معناست؟ T1 (زمان آرامش طولی) ثابت زمانی است که سرعت بازگشت پروتونهای برانگیخته به تعادل را تعیین می کند. این اندازه گیری، زمان صرف شده برای چرخش مجدد پروتون ها با میدان مغناطیسی خارجی است.
T2
اسکن ام ار ای با وزن T2 برای آنالیز بافت مغز بیمار در تصویربرداری تومور مغزی استفاده می شود. این روش مبتنی بر این واقعیت است که بافتهای آسیب شناختی و طبیعی دارای زمان آرامش T2 متفاوت هستند. تصاویر T2 به عنوان “اسکن آسیب شناسی” شناخته می شوند. نشان داده شده است که اندازه گیری تغییر در T2 اطلاعات مهمی در مورد تحرک و محیط شیمیایی بافتهای مورد علاقه فراهم می کند. با اندازه گیری های فانتوم برای تهیه تصویر دقیق T2 ، لازم است دامنه زمان آرامش T2 مغز انسان پوشش داده شود. اهمیت توالی تصویربرداری T2 می تواند برای کنترل پیشرفت تومور تحت درمان ضد رگ زایی مناسب باشد. فالو آپ پیشرفت تومور را با استفاده از تصاویر T2 و با افزایش زمان آرامش T2 در بافت مغز سالم میتوان مانیتور کرد.
T2 در MRI به چه معناست؟ T2 (زمان آرامش عرضی) ثابت زمانی است که سرعت رسیدن پروتونهای برانگیخته به تعادل یا خارج شدن از فاز با یکدیگر را تعیین می کند. این اندازه گیری زمانی است که برای پروتون های در حال چرخش لازم است تا انسجام فاز را در بین هسته های عمود بر میدان اصلی از دست بدهند.
P.D (پروتون دنسیتی):
P.D به تعداد هسته های هیدروژن در واحد حجم اشاره دارد. منطقه ای با تعداد چرخش بیشتر به مغناطش بیشتر و در نتیجه سیگنال بیشتری نسبت به یک منطقه معادل حاوی چرخش کمتر کمک می کند. تصاویر P.D به گونه ای طراحی شده اند که صرفاً این تغییر چگالی اساسی را نشان دهند. این تصاویر برای از بین بردن کنتراست با وزن T1 و مقدار TE بسیار کوتاه برای از بین بردن کنتراست با وزن T2 به مقدار TR بسیار طولانی متکی هستند. TR طولانی امکان بازیابی مغناطیس کامل برای همه بافتها را فراهم می کند. تصویر حاصل درنهایت توزیع فضایی تراکم پروتون را در سراسر بیمار ، بدون کنتراست وزن دار T1- یا T2 اضافی منعکس می کند. PD ممکن است با توالی های مختلف پالس اندازه گیری و ترسیم شود. استفاده از تصاویر دسته بندی شده T1 ، T2 و PD ممکن است برای تقسیم بندی و حجم سازی ، تولید هیستوگرام توزیع و همچنین استخراج تصاویر MR مصنوعی ، پس از پردازش انجام شود. در تومورها مشخص شد که PD بالاتر از ماده سفید طبیعی است ، اگرچه این مقادیر، حتی اگر همراه با مقادیر T1 و T2 استفاده شود، انواع مختلف تومور را متمایز نمی سازد. دامنه مقادیر طبیعی اندازه گیری شده برای ماده خاکستری زیاد بوده ، و دقت ضعیف (تکرارپذیری) در روش اندازه گیری ممکن است در این شکست نقش داشته باشد. همبستگی زیاد بین PD و T1 ، به این معنی است که PD هیچ اطلاعات اضافی را ارائه نمی دهد.
تصویر پروتون دنسیتی (PD) چیست؟ تصاویر وزنی با PD ، در مقایسه با خصوصیات مغناطیسی هسته هیدروژن ، به تعداد هسته های منطقه تصویربرداری شده (تعداد پروتون های هیدروژن) مربوط می شود. آنها از اولین پژواک تولید می شوند. تصاویر وزنی PD زمانی حاصل می شوند که سهم کنتراست T1 و T2 به حداقل برسد.
یادگیری ماشین:
کاربرد آنالیز کمی سازی تصاویر ام آر مانند رادیومیک برای پیش بینی خروجی های بالینی در تصویربرداری تومور مغزی به اثبات رسیده است. یکی از مناطق مورد علاقه برای آنالیز، تومورهای مغزی ، به ویژه گلیوبلاستوما مولتی فرم (GBM) است. طبقه بندی تومور یک مرحله مهم پایپ لاین در آنالیز این آسیب شناسی است. روش هایی مانند شبکه های عصبی کانولوشن (CNN) که پایپ لاین یادگیری ماشین هستند ، از روند بیولوژیکی سلول های عصبی (به نام گره ها) و سیناپس ها (اتصالات) الگو گرفته اند و مورد توجه بوده اند. با معرفی روشهایی برای آنالیز کمی گلیومها با روشهای محاسباتی، مرز جدیدی برای رادیولوژی به وجود می آید. برای رادیولوژیست ها مهم است که در جریان پیشرفت های یادگیری ماشین باشند. شبکه های عصبی کانولوشن یک ساختار منحصر به فرد یادگیری ماشین در تصویربرداری تومور مغزی میباشد که در اصل از قشر بینایی انسان الگو گرفته شده است. مغز به دلیل فراوانی روش تقسیم بندی مورد مطالعه قرار میگیرد. یادگیری ماشین در تصویربرداری تومور مغزی به سرعت در حال توسعه است و به طور فزاینده در کنفرانس های بین المللی ارائه می شود و یک چشم انداز آموزشی برای رادیولوژیست ها میباشد. الگوریتم های یادگیری ماشین (ML) برای طبقه بندی تصویر مغز MR یا به صورت عادی یا غیر عادی استفاده می شوند. هدف اصلی الگوریتم های ML یادگیری خودکار و تصمیم گیری هوشمندانه است. استفاده از تکنیک های یادگیری ماشین که الگوی تومور مغزی را یاد می گیرند مفید است زیرا طبقه بندی دستی زمان بر است و مستعد ابتلا به خطاها یا اشتباهات انسانی است.
تصاویر یادگیری ماشین (ماشین لرنینگ) چیست؟ طبقه بندی تصاویر یک مسئله یادگیری تحت نظارت است: مجموعه ای از کلاسهای هدف (اشیا را برای شناسایی در تصاویر) تعریف کنید و با استفاده از عکسهای دارای برچسب ، یک مدل را برای شناسایی آنها آموزش دهید. مدل های اولیه دید رایانه ای به داده های پیکسل خام به عنوان ورودی مدل متکی بودند.
