ساينس ألرت

يُطلق على التقنية الرئيسية لتحديد ما إذا كان شخص ما مصابا بفيروس "كوفيد" اختبار النسخ العكسي لتفاعل البوليميراز المتسلسل - أو RT-PCR.

ويمكن أن تحدد هذه العملية ما إذا كانت المادة الوراثية للفيروس التاجي موجودة في عينة مأخوذة من شخص، وعادة ما تجمع مسحة من داخل الأنف أو الحلق.

ويتم إجراء هذا الاختبار عادة في المختبر، والموارد المطلوبة تعني أن القيام به على نطاق واسع يمثل تحديا كبيرا.

وعلاوة على ذلك، فإن اختبار PCR ليس سريعا جدا. ويستغرق الأمر عادة حوالي ساعتين، ويطول إذا لزم الأمر وقتا إضافيا لنقل عينة الاختبار إلى معمل مناسب للاختبار.

وفي كثير من الحالات، يجب أن يحدث تأكيد إصابة شخص ما بالفيروس بسرعة أكبر. وعندما يكون لدى شخص ما "كوفيد" شديد، يجب أن يبدأ العلاج على الفور. ومن المحتمل أن ينقذ التشخيص السريع للمرض الأرواح.

لذلك، حقق فريق نعيم رمزان، أستاذ هندسة الحاسبات، بجامعة غرب اسكتلندا؛ وغابرييل أوكولو، مرشح دكتوراه، كلية الحوسبة والهندسة والعلوم الفيزيائية، بجامعة غرب اسكتلندا، وستاموس كاتسيجيانيس، أستاذ مساعد في علوم الكمبيوتر، بجامعة دورهام، فيما إذا كان يمكن توفير بديل سريع وموثوق به لاختبار تفاعل البوليميراز المتسلسل باستخدام معدات المستشفيات المتاحة بشكل شائع - أي الآلات المتوفرة في قسم التصوير الشعاعي.

ويمكن لأخصائيي الأشعة تحليل تقنيات تصوير الصدر - مثل التصوير المقطعي المحوسب (CT) أو الأشعة السينية - للبحث عن العلامات المرئية لعدوى "كوفيد".

ووجدت التحقيقات في وقت مبكر من الوباء أن التشوهات ظهرت في صور التصوير الشعاعي للصدر للمرضى المصابين بالفيروس، ما دفع منظمة الصحة العالمية إلى التوصية باستخدام التصوير الشعاعي لتشخيص "كوفيد" عندما لا يكون اختبار PCR متاحا، خاصة للمرضى الخطرين.

ويتطلب استخدام الأشعة السينية والتصوير المقطعي المحوسب للتشخيص أن يقوم اختصاصيو الأشعة بفك رموز صور الصدر بعناية، حيث قد يكون من الصعب تحديد المؤشرات البصرية لـ "كوفيد". لذلك، أنشأنا برنامج ذكاء اصطناعي للقيام بذلك، لتسريع التشخيص والسماح لأخصائيي الأشعة بمتابعة وظائفهم.

ويعتمد البرنامج على شيء يسمى الشبكة العصبية التلافيفية العميقة، وهو نوع من الخوارزمية المستخدمة عادة لتحليل الصور. ويمكن لمثل هذه الخوارزميات انتقاء السمات الرئيسية للصور وتصنيف تلك التي لها أوجه التشابه والاختلاف.

وبدأ الباحثون بتدريب واختبار عدد من الخوارزميات المختلفة باستخدام قاعدة بيانات تضم حوالي 3000 صورة شعاعية للصدر. وكانت هذه عبارة عن مزيج من الفحوصات التي أجريت على مرضى مصابين بفيروس "كوفيد" وأفراد أصحاء وأشخاص مصابين بالتهاب رئوي فيروسي. وأثناء عمل الفريق، قاموا بتعديل الخوارزميات لجعلها أفضل في اكتشاف الاختلافات بين الأشعة السينية. وبمرور الوقت، وجدوا أن أداء المرء أفضل من الآخرين بشكل واضح.

ثم قيموا هذا الأداء الأفضل من خلال إعطائه مجموعة جديدة تماما من الأشعة السينية التي لم يرها من قبل، وطلبوا تحديد ما إذا كان كل منها جاء من مريض "كوفيد" أم لا. وحصل البرنامج على الإجابة الصحيحة بنسبة 98.04% من الوقت.

وبعد هذه النتائج، طوروا تطبيقا يمكنه تشغيل البرنامج خارج المختبر، بحيث يمكن استخدامه في الأماكن التي يمكن أن يحدث فيها فرقا. ولا يتطلب التطبيق الكثير من ذاكرة الكمبيوتر أو الطاقة لتشغيله وبالتالي يمكن تثبيته على أجهزة الكمبيوتر العادية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة.

وصمم بحيث لا يحتاج إلى معدات إضافية. ويجب فقط تحميل صور الأشعة السينية للمريض على التطبيق عبر USB أو الويب، ثم تقوم الخوارزمية بتحليل الصورة وتعطي نتيجة تشير إلى ما إذا كانت إيجابية أم لا.

وفكرة هذا التطبيق لن تغني عن PCR. لكنها قد تكون فعالة للغاية في أقسام الطوارئ والحوادث حيث يأتي المرضى مصابين بمرض شديد. وسيسمح بأخذ أشعة سينية للصدر وتحليلها بسرعة، وإذا كان المريض إيجابيا، فإن العلاج يبدأ على الفور بدلا من انتظار نتائج المختبر.

ويمكن أن يكون التطبيق أيضا فعالا للغاية في تشخيص حالات "كوفيد" في البلدان منخفضة الدخل والمناطق النائية حيث لا يتوفر تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) بسهولة. لذا، كخطوة تالية، يخطط الفريق لاختباره في باكستان، كجزء من مشروع SAFE RH الممول من الاتحاد الأوروبي، لمعرفة التأثير الذي يمكن أن يكون له في العالم الحقيقي.