محاكاة المجال الكهربائي الخاصة بالمريض في العلاج الكيميائي الكهربائي للنقائل الشوكية

كيف يحاكي بروتوكول ما المجالات الكهربائية الخاصة بالمريض أثناء العلاج الكيميائي الكهربائي للعمود الفقري ومقارنتها مع حالة أحادي النواة بعد العلاج. نادراً ما تقوم تدفقات العمل الحالية بالتحقق من صحة المجالات الكهربائية المحاكاة مقابل الاستجابة العلاجية ثلاثية الأبعاد في أمراض النقائل الشوكية. بعد استيراد البيانات إلى برنامج 3D Slicer وتعيين CTI كحجم مرجعي، افتح وحدة محرر المقاطع وأنشئ مقطعاً باسم العظم القشري.

استخدم أداة العتبة (threshold tool) في برنامج CTI لعزل العظم القشري عالي الكثافة. ثم قم بتنقيح الجزء المقطَع يدويًا باستخدام أدوات المقص أو الطلاء حسب الحاجة. أنشئ جزءًا مقطَعًا باسم Fat.

استخدم أداة العتبة (Threshold) لتحديد الدهون منخفضة الكثافة في الفراغ حول الكُلوي أو تحت الجلد. بعد ذلك، قم بإنشاء مقطع للقرص الفقري واستخدم أداة الرسم ثلاثي الأبعاد (3D Paint) في المقاطع المحورية والسهمية والإكليلية. اختر المنطقة خارج جميع المقاطع المرئية لقصر عملية الرسم على الفوكسلات الفارغة وتجنب الكتابة فوق المقاطع الموجودة.

بعد ذلك، قم بإعداد جزء من العظم الإسفنجي لتمثيل العظم الإسفنجي الفقري. استخدم أداة 3D Paint لملء الحجرات التربيقية الداخلية، وحدد جميع الأجزاء المرئية خارجها كما تم وصفه سابقاً. أنشئ جزءاً باسم النخاع الشوكي واستخدم أداة 3D Paint لتحديد محيط النخاع يدوياً في المقاطع المحورية من الأعلى إلى الأسفل وصولاً إلى المستويات المعالجة.

بعد ذلك، قم بتحديد مقطع باسم السائل الدماغي النخاعي. استخدم أداة التلوين ثلاثي الأبعاد (3D Paint) لملء حيز السائل الدماغي النخاعي المحيط بالنخاع الشوكي داخل الكيس السحائي، وقم أيضاً بتحديد المنطقة خارج جميع المقاطع المرئية لتجنب الكتابة فوق المقاطع الموجودة. أنشئ مقاطع إضافية للإسمنت، أو الملفات، أو الرئتين في حال وجودها.

استخدم أداة العتبة (threshold tool) لتحديد الأسمنت أو الملفات عالية الكثافة وبرنشيمة الرئة منخفضة الكثافة. قم بإجراء التصحيح اليدوي عند الحاجة. ثم احفظ مشهد Slicer المحدث.

استورد حجم التصوير بالرنين المغناطيسي السابق للإجراء، MRIp، إلى مشهد Slicer. استخدم وحدة Transforms لإجراء تسجيل صلب (rigid registration) لـ MRIp على CTI باستخدام المعالم العظمية الفقارية عند المستوى المعالج لتوجيه عملية التسجيل. قم بتطبيق التحويل (Transform) على MRIp وقيم التسجيل المشترك بصرياً في المستويين المحوري والسهمي.

اقبل التسجيل فقط إذا كان المحاذاة المرئية وخطأ تسجيل الهدف أقل من 2.5 millimeters. ثم أنشئ جزءاً جديداً باسم Tumor. استخدم أداة Paint على MRIp لتحديد مدى إصابة الورم فوق الجافية والفقرات يدوياً في الخط الأساسي.

قم بتطبيق التنعيم الاختياري على قطعة الورم للحصول على حجم ثلاثي الأبعاد متماسك دون وجود فجوات. ثم احفظ مشهد Slicer المحدث. استورد حجم التصوير المقطعي المحوسب أثناء الإجراء مع إبرة CTA إلى مشهد 3D Slicer.

استخدم وحدة التحويلات (transforms module) لإجراء التسجيل الصلب (rigid registration) لصور CTA على صور CTI. اعتمد على نفس المعالم العظمية الفقارية المستخدمة في الخطوة السابقة لضمان المحاذاة الصحيحة. قم بتشغيل وحدة AI4DEEP وأنشئ إبرة افتراضية واحدة لكل قطب كهربائي، بدءاً من طرف القطب النشط.

تحقق في المساقط المحورية والإكليلية والسهمية من أن كل رقم قطب كهربائي يتطابق بدقة مع طرف نشط مادي واحد. احفظ المشهد المحدث الذي يحتوي على التراكيب التشريحية، وتقسيم الورم، والهندسة الكهربائية. في واجهة AI4DEEP، قم بتعيين كل مقطع تشريحي إلى فئة الأنسجة المقابلة ذات الموصلية الكهربائية المحددة مسبقاً.

اضبط نسيج الخلفية الافتراضي على موصلية العضلات بحيث يتم التعامل مع جميع الـ voxels غير المقسمة على أنها عضلات. تحقق من لوحة ملخص AI4DEEP للتأكد منما يتماشى كل جزء مع نوع النسيج والموصلية المتوقعين. ثم احفظ الإعدادات.

في واجهة AI4DEEP، حدد طول الطرف النشط لكل قطب كهربائي وفقاً للإجراء السريري، واضبط قطر القطب على 1.8 millimeters. أدخل سعة المجال الكهربائي المطبقة سريرياً بوحدة volts per centimeter. ثم حدد أزواج الأقطاب الكهربائية التي تم تنشيطها أثناء العلاج.

اجعل برنامج AI4DEEP يحسب الجهد المطبق لكل زوج من الأقطاب الكهربائية بناءً على المسافة الفاصلة بين الأقطاب، مع ضمان الالتزام بنسبة الجهد إلى المسافة المطلوبة بوحدة فولت لكل سنتيمتر. اضبط عدد النبضات على ثمانٍ ومدة النبضة على 100 microseconds وفقاً للبروتوكول السريري. ثم احفظ إعدادات AI4DEEP.

في واجهة AI4DEEP، ابدأ حساب المجال الكهروسكوني باستخدام التشريح والموصلية ومعاملات الأقطاب الكهربائية التي تم تكوينها. وبمجرد أن يقوم البرنامج بإنشاء التكوين الهندسي وحل الجهد الكهروسكوني الخطي، احفظ مخرجات المحاكاة ومشهد Slicer المحدث. وفي واجهة AI4DEEP، اختر خيار إنشاء الأسطح المتساوية للمجال الكهربائي من المجال الذي تمت محاكاته.

اختر نطاقاً من عتبات تساوي الجرعة (isodose thresholds) وقم بإنشاء خرائط تساوي الجرعة ثلاثية الأبعاد المقابلة لها. اعرض خرائط تساوي الجرعة الفردية في عرض ثلاثي الأبعاد لمراقبة التوزيع المكاني للمجال. يتراوح المجال عادةً من اللون الأصفر الشاحب عند السعات المنخفضة إلى اللون الأحمر عند السعات العالية.

لكل خط تساوي جرعة، سجل قيم نسبة تغطية الورم التي يتم حسابها تلقائيًا بناءً على التداخل بين حجم خط تساوي الجرعة وتقسيم الورم. احفظ جميع قطاعات أو نماذج خطوط تساوي الجرعة وقيم تغطية الورم للتحليل اللاحق. قم بإجراء تصوير بالرنين المغناطيسي للمتابعة بعد ستة أسابيع من العلاج الكيميائي الكهربائي وكل شهرين بعد ذلك.

اختر مسح الرنين المغناطيسي (MRI) الذي يظهر أكبر حجم للنخر أو أفضل استجابة إشعاعية لعملية التجزئة، وذلك لمراعاة الاستجابة العلاجية المتأخرة وغير المتجانسة. قم باستيراد تسلسل T1 المحوري المكبوت الدهون والمعزز بالتباين بعد العلاج، والمتمركز حول مستويات الرنين المغناطيسي المعالجة، إلى برنامج 3D Slicer. أجرِ تسجيلًا صلبًا لصور الرنين المغناطيسي على التصوير المقطعي المحوسب (CTI) باستخدام نفس المعالم الفقارية المحددة مسبقًا والتي استُخدمت سابقًا.

قم بتطبيق التحويل. احسب خطأ التسجيل المستهدف باستخدام نفس المعالم المرجعية، وتأكد من أنه أقل من أو يساوي 2.5 millimeters لتوثيق دقة التسجيل. أنشئ مقطعاً جديداً باسم Tumor necrosis.

استخدم أداة الرسم (Paint) لتحديد الجزء النخري غير المعزز من الورم يدوياً في مقاطع التصوير بالرنين المغناطيسي بعد العلاج الكيميائي الكهربائي، شريحة تلو الأخرى. قم بتطبيق تنعيم اختياري على شريحة النخر الورمي للحصول على حجم متصل ومتماسك. ثم أجرِ مقارنة كمية بين المجال المحاكى والنخر.

أظهرت متوسطات معاملات تشابه دايس (Dice similarity coefficients) علاقة على شكل جرس عبر المجموعة. ووصلت القيم إلى ذروتها بين 160 و 200 فولت لكل سنتيمتر، وانخفضت تغطية الورم تدريجيًا مع زيادة العتبات. ولوحظ تباين ملحوظ بين الحالات، حيث تراوحت أفضل قيم دايس بين 0.0156 و 0.7684، بينما تراوحت قيم Iso المقابلة لها بين 100 و 500 فولت لكل سنتيمتر.

أظهر تراكب تمثيلي وجود تطابق مكاني بين تنخر الورم بعد العلاج وحجم الجرعة المتساوية البالغ 200 volt per centimeter. أظهر مريض يبلغ من العمر 59 عاماً مصاب بنقائل فوق الجافية في الفقرة القطنية الثالثة (L3) ناتجة عن سرطان القنوات الصفراوية تنخراً في الورم بنسبة أقل من 5% وعدم حدوث أي تحسن بعد العلاج الكيميائي الكهربائي الأولي. وأظهرت المحاكاة الاسترجاعية باستخدام AI4DEEP عدم كفاية تغطية الورم عند عتبة 200 volts per centimeter.

أدت إعادة العلاج مع تعديل تكوين الأقطاب الكهربائية إلى تغطية الورم بنسبة تزيد عن 90%، مما أدى إلى استجابة إشعاعية وسريرية كاملة. أصيب مريض يبلغ من العمر 67 عاماً يعاني من سرطان الخلايا الكلوية الصافية ومرض فوق الجافية في الفقرات L5-S1 باعتلال الجذور العصبية في الجانب الأيمن بعد العلاج الكيميائي الكهربائي. أظهرت محاكاة AI4DEEP امتداد المجال الكهربائي بقوة 300 volts per centimeter إلى الثقبة S1 اليمنى، وهو ما يتوافق مع إصابة جذر العصب S1 الأيمن التي تم تأكيدها بواسطة التصوير بالرنين المغناطيسي بعد العملية الجراحية.

يتمثل التحدي الرئيسي في تحديد عتبة جرعة الإشعاع (isodose threshold) ذات الصلة لكل علاج وعضو وسياق سريري. ويمكن أن تهدف التحليلات الإضافية إلى اختبار التجزئة التلقائية، وعدم اليقين في التسجيل، وعلاقات الاستجابة للجرعة بين عتبات المجال الكهربائي. كما ينبغي أن تعمل الدراسات المستقبلية على التحقق من صحة هذه النتائج الأولية في مجموعات أكبر من حالات النقائل النخاعية ودواعي استخدام أخرى للعلاج الكيميائي الكهربائي.