באמצעות תמונה בודדת שצולמה על ידי מצלמת קפסולה אנדוסקופית, מדענים הצליחו ליצור מודל תלת מימדי של המעי הגס. שיטה חדשה זו מספקת תמונות הרבה יותר טובות ויכולה לעזור למומחים לזהות מחלות מהר יותר.
העבודה שלנו מראה שאפשר ליצור מחדש מודל תלת מימדי (3D) מדויק למדי של המעי הגס של חלק מהמטופלים על סמך תמונה בודדת שצולמה במצלמת אנדוסקופית קפסולה – גם אם זו תמונה באיכות נמוכה".
Pål Anders Floor, חוקר, המחלקה למדעי המחשב, NTNU
המטרה: תמונות טובות יותר, אבחונים מהירים יותר
הוא עובד כבר כמה שנים על שימוש בתמונות ממצלמות אנדוסקופית קפסולה כדי לשחזר מודל תלת מימדי כמעט זהה של המעיים. מצלמות אלו היו בשימוש לראשונה לפני יותר מ-20 שנה, אך תמונות באיכות נמוכה ורעשי תמונה מנעו מהטכנולוגיה החכמה הזו להמריא באמת. המחקר החדש, "שחזור תלת מימדי מבוסס תמונה בודדת של תמונות אנדוסקופיות," פורסם לאחרונה ב- Journal of Imaging. זהו חלק ממחקר הדוקטורט שמבצע בילאל אחמד, בהנחיית פלור ופרופסור איבר פארופ.
המטרה העיקרית של מחקר זה היא לשפר את התמונות שבהן משתמשים מומחים כדי לזהות חריגות בדרכי העיכול של מטופליהם. לאחר מכן, הם יכולים לזהות מחלות בקלות רבה יותר ולבצע אבחנה מהירה יותר. אלו צעדים חשובים בדרך אל המטרה הסופית: מאבק בסרטן המעי, סוג הסרטן השני בשכיחותו בנורבגיה.
מעי גומי, אנדוסקופ ומתמטיקה
באמצעות מעי גס מלאכותי, תמונות בודדות שצולמו באנדוסקופיה ואלגוריתם מיוחד, הצליחו חוקרי NTNU לשחזר מודל מעי תלת מימדי. האנדוסקופ עושה את אותה עבודה כמו מצלמת קפסולה – עם כמה הבדלים חשובים: התמונות ברזולוציה גבוהה יותר וניתן לכוונן את בהירות המצלמה באופן ידני.
האלגוריתם שבו השתמשו החוקרים נקרא אלגוריתם צורה מהצללה (SFS). זהו מודל מתמטי שניתן להשתמש בו כדי לשחזר צורה תלת מימדית מתמונה דו מימדית אחת.
עותק מעי אמיתי שנוצר מחדש במחשב
אם אלגוריתמים מוזנים בתמונות רועשות, או כאשר הצבע מעוות, השגיאות יתפשטו למודל התלת מימד.
"אנו מראים שעל ידי כיול ועיבוד מקדים של התמונות, אנו יכולים להשיג מודל תלת מימד טוב המבוסס על תמונה אחת בלבד – גם אם התמונה מלאה ברעש ועיוות חזותי", אמר פלור.
יתרונות גדולים לרופאים
פלור ועמיתיו עבדו גם על פיתוח מודלים תלת מימדיים המבוססים על רצפים הכוללים מספר תמונות שצולמו במצלמות קפסולה. זה מאפשר למודלים ליצור מחדש חלקים ארוכים יותר של המעי הגס. המודלים אמורים לאפשר לגלות היכן בדיוק במעיים יש חריגות וסימני מחלה.
"הראינו בעבר שרופאים מוצאים מודל זה שימושי בעת הערכת חולים, יחד עם קבלת סרטון ממצלמת קפסולה. כעת הראינו שאנו יכולים לחשב מודלים תלת מימדיים מדויקים יחסית באמצעות תמונות אמיתיות וטכנולוגיה שכבר קיימת", רצפה אמר.
טוב יותר, מהיר יותר, מדויק יותר
בעבודתם החדשה משחזרים החוקרים תמונות מעיים תלת מימדיות ואיכותיות יחסית על בסיס מקור גרוע למדי. המאמצים המשולבים שלהם מאפשרים להם לשחזר את הגיאומטריה של מעי שלם.
"ניתן להשתמש במודל התלת מימד כדי להתאים את התאורה בתמונה מקורית כך שאזורים כהים יותר מוארים טוב יותר וניתן יהיה לראות יותר פרטים", אמר פלור.
"לכולנו יש מעי גס, אבל האנטומיה והגיאומטריה של המעי שלך כנראה שונים לגמרי משל השכן שלך. ניתן להתאים מודלים תלת מימדיים חדשים לכל מטופל. הם מאפשרים למומחים לבחון את מערכת העיכול מזוויות שונות במחשב ולאפשר אותם לתכנן טוב יותר ולקבוע היכן בדיוק צריכה להתערב רופאים יכולים גם להתאמן לפני הליכים קשים במיוחד, ולעזור להפחית את הסיכון שמשהו ישתבש", אומר פלור.
צעד אחד קדימה לאורך השביל
השאלה הגדולה היא האם השיטות החדשות הללו יכולות להיות פריצת דרך במאבק בסרטן המעי.
"מוקדם מדי להסיק מסקנות ברורות כלשהן. ראשית, עלינו לחדד את מה שפיתחנו ולעשות מחקר נוסף. יכול לקחת לא מעט זמן להגיע לתוצאות שהן תקפות סטטיסטית".
בראש סטטיסטיקת הסרטן
נתונים ממרשם הסרטן של נורבגיה (בנורבגית) מראים שנורווגיה נמצאת בראש הסטטיסטיקה העולמית לגבי שכיחות ומקרי מוות מסרטן המעי. זוהי צורת הסרטן השנייה הנפוצה ביותר בארץ, עם 4,912 אבחנות של סרטן המעי הגס בשנת 2023.
לחוקרים היו בתחילה ציפיות גבוהות מאוד לגבי אנדוסקופית קפסולה אלחוטית (WCE). חשבו שהקפסולות הקטנות יכולות להחליף את הקולונוסקופיה והגסטרוסקופיה המסורתית, שלחלק מהאנשים הם כל כך כואבים עד שהם מסרבים לעבור אותן.
מצלמה בקפסולה
מצלמות קפסולות, לעומת זאת, יכולות לחקור את כל הפינות במעיים, כמעט באופן בלתי מורגש וללא כאב, בזמן שהמטופל מתנהל בחיי היומיום שלו. ברגע שהיא נבלעת, הקפסולה עם המצלמה מתחילה את המסע המפרך שלה דרך מערכת העיכול. המסע הזה יכול לקחת שעות רבות, ועל הדרך הוא משדר עשרות אלפי תמונות. עד כמה שזה טוב, החידוש הזה לא עובד באותה מידה עבור כל מערכת העיכול. מצלמת הקפסולה היא האפשרות הטובה ביותר לסינון המעי הדק. מבחינת המעי הגס, עדיין יש דרך לעבור לפני שהוא יכול להחליף קולונוסקופיה.
זה בין השאר בגלל שלוקח הרבה זמן לסקור ולנתח כמויות גדולות כל כך של נתונים, מה שאומר שקיימת אפשרות ברורה שסימני מחלה עלולים להתפספס. הקפסולה עוקבת אחר תנועות המעי, מתקדמת בהתקפים ומתחילים. אבל לפעמים המצלמה עוברת פתאום על פני פוליפ מבלי "לראות" אותו.
חסרים פרטים חשובים
לכן ייתכן שתצלם רק תמונה אחת של אתר קריטי עם סימני מחלה. גם הראות בתוך המעי מגוונת מאוד, לרוב עם מעט אור וכל מיני פסולת. לתמונות יש גם רזולוציה גרועה, ואין ערובה שמה שיכול להיות התמונה החשובה ביותר תהיה חדה וברורה.
כאן טמונה החשיבות של היכולת לשחזר מודל תלת מימדי המבוסס על תמונה אחת בלבד, כפי שעשו כעת פלור ועמיתיו. דגמי התלת מימד החדשים יוכלו לעזור להפוך את בדיקות מערכת העיכול למדוייקות יותר ופחות תובעניות – ובסופו של דבר להוביל לטיפול טוב יותר.
ניתן להשתמש בתחומים רבים
Floor ועמיתיו הגישו מספר המלצות כיצד ניתן לשפר את עיצוב הטכנולוגיה כדי לקבל תמונות באיכות גבוהה עוד יותר. הם גם מאמינים שניתן להעביר את הטכניקה בקלות לאזורים אחרים שבהם יעזור ליצור צורות ומודלים תלת מימדיים מתמונות.
החוקרים כתבו שזה יכול לכלול מורשת תרבותית, רובוטיקה ואבחון רפואי, אם להזכיר רק כמה.
המאמץ הוא חלק מחבילת עבודה 2 בפרויקט של מועצת המחקר של נורבגיה שכותרתו "זיהוי פתולוגיה משופר בתמונות אנדוסקופיה אלחוטיות של קפסולה באמצעות בינה מלאכותית ושחזור תלת מימד (CAPSULE).
Floor משבח את שיתוף הפעולה עם Innlandet Hospital Trust, Gjøvik, ואומר שזה היה מכריע להתקדמות הפרויקט. המומחים שלהם מילאו תפקיד מכריע, הן בבחירת המתודולוגיה והן בהערכת המודלים לאורך הדרך.
"ללא המשוב של הרופאים הללו, היינו בעיקר מגששים בחושך", אמר.
