مقالة منهجية

محاكاة المجال الكهربائي الخاصة بالمريض في العلاج الكيميائي الكهربائي للنقائل الشوكية

DOI:

10.3791/71239

⸱

يوليو 31, 2026

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Anesthesiology, Surgery and Interventional Radiology, Gustave Roussy, 2Interventional Radiology Department, Avicenne Hospital, 3AIMOKA : Inria, Assistance Publique Hôpitaux de Paris, Université Sorbonne Paris Nord, 4CNRS, INRIA, University of Bordeaux, 5UMR 9018 METSY, Université Paris-Saclay, CNRS, Gustave Roussy

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يصف هذا البروتوكول سير عمل كامل وقابل للتكرار لمحاكاة المجال الكهربائي الخاص بالمريض والتحقق من العلاج الكيميائي الكهربائي (ECT) للنقائل الشوكية. يدمج سير العمل التصوير متعدد الوسائط، والتقسيم شبه التلقائي واليدوي، ونمذجة توصيل الأنسجة، ومحاكاة الحقل الكهربائي الخطي للعناصر المحدودة، والتحقق التجريبي من خلال تحليل التداخل النخر القائم على الرنين المغناطيسي بعد العملية.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يجمع العلاج الكيميائي الكهربائي (ECT) بين إعطاء العوامل السامة للخلايا مع نبضات كهربائية عالية الجهد تعبر عن مرور مؤقت لأغشية الخلايا الورمية وتعزز امتصاص الأدوية داخل الخلية. هذه التقنية قليلة التوغل وغير حرارية مناسبة بشكل خاص للأورام الواقعة بالقرب من الهياكل الحرجة، حيث قد تكون الجراحة أو العلاج الإشعاعي أو الاستئصال الحراري عبر الجلد. في العمود الفقري، يمكن للعلاج بالصدمات الكهربائية أن يوفر تخفيف الألم، وتخفيف الضغط العصبي، والسيطرة على الأورام الموضعية مع الحفاظ على البنى العصبية. ومع ذلك، لا يزال تطبيقه تحديا بسبب تعقيدات تشريح الفقرات، وفهم محدود لتوزيع المجال الكهربائي، وغياب أدوات تخطيط مخصصة، وخطر الإصابة العصبية. يصف هذا البروتوكول سير عمل قابل للتكرار لمحاكاة المجال الكهربائي الخاص بالمريض في العلاج الكهربائي الشوكي. يتيح التصوير متعدد الوسائط الذي يجمع بين التصوير المقطعي المحوسب والرنين المغناطيسي إعادة بناء تشريح الأورام والفقرات وعصبيا والأنسجة الرخوة باستخدام تقسيمات شبه آلية ويدوية تتم ضمن منصة 3D Slicer مفتوحة المصدر. يتم تعيين توصيلية الأنسجة وفقا لقاعدة بيانات IT'IS، وتجرى محاكاة العناصر المحدودة الخطية (التوصيل الثابت) باستخدام AI4DEEP، وهي وحدة مخصصة لقطع ثلاثي الأبعاد، لحساب خرائط المجال الكهربائي ثلاثية الأبعاد عبر عتبات متساوية الدوز. يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي المعزز بالتباين للمتابعة للتحقق من خلال معاملات تشابه Dice التي تقارن أحجام المجال المحاكاة المتساوية الكهربائي مع مناطق الأورام النخرية بعد العلاج بالصدمات الكهربائية. أجري خبراء الأشعة التدخلية مقارنة نوعية بين خرائط المجال الكهربائي المحاكاة، والتصوير بالرنين المغناطيسي للمتابعة، والنتائج السريرية لتقييم قدرة البرنامج على التنبؤ بالمناطق التي لم تعالج أو تعالج بشكل مفرط. تمت معالجة تسعة إجراءات للعلاج بالصدمات الكهربائية لتقييم سير العمل. لوحظ أعلى توافق بين المجال الكهربائي المحاكى ونخر ما بعد العلاج بالصدمات الكهربائية في نطاق 160–200 فولت/سم في هذا السياق السريري والعددي المحدد. كما حدد سير العمل مناطق العلاج غير الكافي أو المفرط، بما يتوافق مع المتابعة السريرية والتصويرية. يضع سير العمل الموصوف الأساس لتخطيط ECT القابل لتكراره، ويدعم وضع الأقطاب الدقيقة وضبط المعلمات بشكل أمثل لتحسين السلامة والفعالية في إجراءات ECT المعقدة في العمود الفقري.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

التهاب برفوق النسيج النقيلي في العمود الفقري شائع لأن العمود الفقري هو الموقع الرئيسي للنقائل العظمية، ويشكل ما يصل إلى 50٪ من جميع مواقع العظام 1,2. عادة ما يتضمن العرض السريري ألما شديدا مع تدهور ملحوظ في جودة الحياة، يليه عجز عصبي سريع التقدم قد ينتهي بالشلل النصفي أو الشلل الرباعي، حسب مستوى المشاركة 3,4. العلاج الإشعاعي هو معيار الرعاية لضغط الحبل الشوكي فوق الجافية النقيلي، بينما تستفيد الجراحة المخففة والمثبتة من مرضى مختارة ذوي حالة أداء كافية ومعدل بقاء متوقع 5,6. يمكن للعلاج الإشعاعي الاستعاري الاستعاري تحسين التحكم المحلي في حالات مختارة، لكنه محدود بتعقيد تحمل الحبل الشوكي والتخطيط7. تكرار أو تقدم الحالة الموضعية بعد العلاج الإشعاعي متكرر، وإعادة الإشعاع محدودة بقيود الجرعة التراكمية، مما يؤدي غالبا إلى نهايات علاجية مسدودة للمرضى الذين يعانون من ألم مستمر أو تراجع عصبي تقدمي 6,7. في هذا السياق، هناك حاجة إلى تقنية محلية غير حرارية قادرة على تخفيف الألم، وتخفيف الضغط، والسيطرة على الأورام بالقرب من البنى العصبية الحرجة.

العلاج الكيميائي الكهربائي (ECT) يجمع بين إعطاء العوامل السامة للخلايا، وغالبا ما يكون البليومايسين، مع نبضات كهربائية قصيرة عالية الجهد تزيد بشكل مؤقت من نفاذية غشاء البلازما وتعزز امتصاص الأدوية داخل الخلية 8,9. العلاج بالصدمات الكهربائية طفيف التوغل، غير حراري، وانتقائي نسبيا للأورم، وأظهر نتائج مشجعة للأورام الجلدية وتحت الجلد والعميقة الواقعة بالقرب من الهياكل الحرجة10,11. أفادت سلسلة سريرية حديثة عن معدل استجابة موضوعية للرنين المغناطيسي بلغ 77٪ بعد شهر واحد و66.5٪ بعد 3 أشهر من العلاج بالصدمات الكهربائية الشوكية عبر الجلد لضغط الحبل الشوكي فوق الجافية المقاوم للعلاج الإشعاعي. كما انخفض الألم بشكل ملحوظ، حيث انخفضت درجة الألم الوسيطة في مقياس التقييم العددي من 7 في البداية إلى 1 بعد شهر واحد. لا تزال العجز العصبي غير القابل للعكس في مجموعة فرعية من المرضى12. تسلط هذه الأحداث الضوء على الدور المركزي لتوزيع المجال الكهربائي: فالتغيرات الصغيرة في هندسة الأقطاب أو خصائص الأنسجة يمكن أن تغير الحجم المعالج بشكل ملحوظ، مما يعرض المرضى لكل من النقص في العلاج والفرط في العلاج13،14. تشير الدراسات العددية إلى أن النمذجة الخاصة بالمريض يمكن أن تحسن وضع الأقطاب الكهربائية وتحسن تغطية أورام الفقرات مع الحد من تعرض البنى العصبية15,16.

تم اقتراح عدة أطر تخطيط بحثية لعلاجات التربية الكهربائية، لكن التنفيذ السريري الروتيني لا يزال محدودا بسبب متطلبات التشابك/المعلمات ووقت الحساب17، 18، 19، 20، 21. تدعم أعمال ساتر وبوانيار الحديثة سير عمل محاكاة محيطي بالإجراء ويعتمد على التصوير متوافقا مع القيود السريرية، وتظهر أن تغطية الجرعات المتساوية في المجال الكهربائي غير المكتملة ترتبط بدقة بالفشل المحلي بعد IRE22,23. يبني هذا البروتوكول على نفس إطار المحاكاة.

هدف هذه المقالة هو توفير سير عمل قابل للتكرار ومخصص للمريض لنمذجة المجال الكهربائي والتحقق في العلاج بالصدمات الكهربائية الشوكية، استنادا إلى مجموعات بيانات التصوير السريري الحقيقية وتكوينات الأقطاب الكهربائية المقدمة. في شكله الحالي، يناسب هذا السير التخطيط قبل الإجراءات لتحسين تموضع الأقطاب الكهربائية، حيث تظل أوقات التقسيم وتحضير النماذج قيدا للتعديل الروتيني داخل الإجراءات. يهدف إلى أن يكون إطارا منهجيا وليس دراسة فعالية قائمة على الفرضيات، وهو مصمم لفرق الأورام التدخلية والعمود الفقري التي تقوم بالفعل بإجراء أو تخطيط العلاج بالصدمات الكهربائية الموجهة بالأشعة المقطعية عبر الجلد في النقائل فوق الجافية وغيرها من البيئات التشريحية المعقدة.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أجريت هذه الدراسة الاستعادية وفقا للجنة الأخلاقيات المؤسسية (IRB 2025-566) وامتثلت للوائح الوطنية المعمول بها. تم إخفاء هوية جميع بيانات التصوير قبل التحليل، وتم التنازل عن شرط الموافقة المستنيرة بسبب التصميم والاستخدام الاستعادي للبيانات غير المحددة هوية. المعدات والبرمجيات المستخدمة مدرجة في جدول المواد.

1. استيراد البيانات وتحضير المشاهد

  1. استيراد جميع سلاسل DICOM المجهولة الهوية إلى 3D Slicer (متوفر في https://download.slicer.org/) وخصص أسماء صريحة لكل مجلد: "MRIp" (تصوير بالرنين المغناطيسي قبل الإجراء)، "CTi" (تخطيط مقطعي داخل الإجراء الأولي)، "CTa" (تصوير مقطعي داخل الإجراء مع وضع الإبر)، و"MRIs" (تصوير بالرنين المغناطيسي بعد الإجراء).
  2. اضبط "CTi" كحجم مرجعي لجميع التقسيمات والتسجيلات اللاحقة.
  3. أنشئ عقدة تقسيم جديدة في 3D Slicer وربطها ب "CTi" ك "حجم المصدر".
  4. احفظ مشهد Slicer كملف مشروع أساسي للسماح بالاسترداد والتعديلات المستقبلية.
    ملاحظة: ليس توحيدا لحجم فوكسل مطلوبا ويمكن حذفه إذا كانت دقة الصورة الأصلية كافية.

2. التقسيم التشريحي في التصوير المقطعي المقطعي الأولي (CTi)

  1. افتح وحدة محرر المقاطع وأنشئ مقطعا يسمى "عظم القشر". استخدم أداة "العتبة" على "CTi" لعزل عظم القشرة عالي الكثافة، ثم قم بتنقيح المقطع يدويا باستخدام المقص أو أدوات الطلاء إذا لزم الأمر.
  2. أنشئ فقرة باسم "Fat". استخدم أداة العتبة لاختيار الدهون منخفضة الكثافة، على سبيل المثال، في المساحة المحيطة بالريني أو تحت الجلد.
  3. أنشئ مقطعا يسمى "قرص بين الفقرات". استخدم أداة الطلاء ثلاثي الأبعاد على المناظر المحورية والسهمية والتاجية، وتحقق من الطلاء خارج الأجزاء الموجودة، مع التأكد من أن الطلاء مقتصر على الفوكسلات الفارغة لتجنب الكتابة فوق الأجزاء الموجودة.
  4. أنشئ مقطعا يسمى "عظم الكانسيلوس" لعظم الفقرات المنسوخ. استخدم أداة الطلاء ثلاثي الأبعاد لملء الحجرات الداخلية للحواجز، وفحص الطلاء خارج الأجزاء الموجودة كما هو موضح أعلاه.
  5. أنشئ مقطعا يسمى "الحبل الشوكي". استخدم أداة الطلاء ثلاثية الأبعاد لتحديد مسار الحبل يدويا على شرائح محورية من الأعلى إلى المستويات المعالجة.
  6. أنشئ مقطعا يسمى "السائل الدماغي-الشوكي". استخدم أداة الطلاء ثلاثية الأبعاد لملء الفراغ الدماغي الشوكي المحيط بالحبل الشوكي داخل الكيس الخشكي، وأيضا فحص الطلاء خارج الأجزاء الموجودة.
  7. أنشئ أجزاء إضافية للأسمنت أو الملفات أو الرئتين إذا كانت موجودة. استخدم أداة العتبة لتحديد الأسمنت أو الملفات عالية الكثافة والنسيج الحيني في الرئة منخفض الكثافة، يليه التصحيح اليدوي عند الحاجة.
  8. احفظ مشهد التقطيع المحدث.
    ملاحظة: الفوكسلات الخلفية التي لم تخصص صراحة لجزء معين تعامل لاحقا كنسيج "شبيه بالعضلات" في AI4DEEP (التوصيلية الافتراضية).

3. دمج الرنين المغناطيسي وتقسيم الورم

  1. استورد مجلد التصوير بالرنين المغناطيسي قبل الإجراء "MRIp" إلى مشهد السلايسر.
  2. استخدم وحدة التحويلات لإجراء تسجيل صلب ل "MRIp" على "CTi"، باستخدام معالم عظمية فقراتية على المستوى المعالج. يتم توجيه التسجيل بواسطة أربعة علامات محددة مسبقا: طرف النتوء الشوكي وطرف عملية عرضية واحدة على المستوى المحوري، وطرف النتوء الشوكي والحافة القشرية الأمامية للجسم الفقري على المستوى السهمي. نظرا لأن القشرة الفقرية الخلفية غالبا ما تتغير بسبب مرض الليتيك، فلا ينبغي استخدامها كعلامة رئيسية.
  3. طبق التحويل على "MRIp" وقيم التمثيل البصري المشترك في المستويات المحورية والسهمية. يعرف خطأ تسجيل الهدف (TRE) بأنه متوسط المسافة داخل المستوى، بالمليمترات، بين معالم التصوير المقطعي المقطعي والرنين المغناطيسي المقابلة عند نقاط المرجع المحورية والسهمية المحددة مسبقا. قبول التسجيل فقط إذا كان كل من المحاذاة البصرية وTRE أقل من 2.5 مم؛ وإلا، كرر عملية التسجيل.
  4. أنشئ مقطعا جديدا يسمى "ورم" واستخدم أداة الطلاء على "MRIp" (أو على "CTi" عندما يكون التهاب فوق النسيج واضحا) لتحديد تورط الأورام فوق الجافية والفقرية يدويا في الوضع الأساسي.
  5. طبق التلميع الاختياري على مقطع "الورم" للحصول على حجم ثلاثي الأبعاد متماسك بدون فجوات.
  6. احفظ مشهد التقطيع المحدث.
    ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتا هنا والاستئناف لاحقا من هذه الخطوة.

4. التصوير المقطعي مع دمج الإبرة وتعريف الأقطاب في AI4DEEP

  1. استورد التصوير المقطعي داخل الإجراء مع الإبر، "CTa"، إلى برنامج 3D Slicer.
  2. استخدم وحدة التحويلات لإجراء تسجيل صلب ل "CTa" على "CTi" باستخدام نفس المعالم العظمية الفقراتية كما في الأعلى.
    ملاحظة: في هذا السير العملي، يتم الحصول على "CTi" و"CTa" تحت التخدير العام دون تحريك المريض بين الفحص الأولي ووضع الأقطاب، بحيث يكون محاذاة التصوير المقطعي المحوسب إلى التصوير المقطعي عادة قريبة من الأمثل ولا تتطلب تعديلا يدويا. لذلك، فإن TRE غير قابل للتطبيق. مع إعدادات نوافذ العظام، لا تعيق القطع المعدنية الناتجة عن الأقطاب الكهربائية تصور المعالم الفقرية المستخدمة في التسجيل.
  3. أطلق وحدة AI4DEEP وأنشئ إبرة افتراضية لكل قطب كهربائي، بدءا من طرف القطب النشط.
  4. تحقق من خلال الرؤية المحورية والتاجية والسهمية أن كل "Electrode_n" تطابق بدقة مع طرف نشط جسدي واحد.
    ملاحظة: جودة البنية التشريحية العامة وتقسيم الأقطاب، بالإضافة إلى التوافق مع الأقطاب الفيزيائية، يتم التحقق منها خارجيا من قبل خبير في الأشعة التدخلية لم يكن مشاركا في عملية التقسيم. إذا اعتبر غير مرض، يتم تعديل التقسيم وفقا لذلك.
  5. احفظ المشهد المحدث الذي يحتوي على الهياكل التشريحية، وتقسيم الورم، وهندسة الأقطاب الكهربائية.
    ملاحظة: يتم تحديد طول الرأس النشط الدقيق لاحقا في AI4DEEP خلال تكوين معلمة ECT ولا يحتاج إلى ترميز في هذه المرحلة.

5. تعيين التوصيلية في AI4DEEP

  1. في واجهة AI4DEEP، يتم تعيين كل جزء تشريحي لفئة أنسجة مقابلة ذات توصيلية كهربائية محددة مسبقا (على سبيل المثال: ورم، عظم قشري، عظم غير مفصل، سائل دماغي شوكي، دهون فوق الجافية، قرص بين الفقرات، الحبل الشوكي، الأسمنت، الرئة) كما هو موضح في الجدول 1.
  2. اضبط النسيج الخلفي الافتراضي على توصيلية "العضلات" بحيث تعامل جميع الفوكسل غير المجزأة كعضلات.
  3. تأكد في لوحة الملخص AI4DEEP أن كل جزء مرتبط بنوع الأنسجة المتوقع وتوصيلية، ثم حفظ التكوين.
    ملاحظة: يتم اشتقاق قيم التوصيلية من قاعدة بيانات IT'IS وتستخدم كموصليات ثابتة (خطية) لجميع المحاكاة24.

6. خصائص النبض والإبرة

  1. في AI4DEEP، حدد طول الطرف النشط لكل قطب (على سبيل المثال، 20 مم، 30 مم، أو 40 مم) حسب الإجراء السريري. كان قطر القطب 1.8 مم.
  2. هنا يأتي دور سعة المجال الكهربائي المطبق سريريا بوحدة V/cm (على سبيل المثال، 500 V/cm، 600 V/cm، أو 1000 V/cm).
  3. حدد أزواج الأقطاب التي تم تفعيلها أثناء العلاج.
  4. دعنا AI4DEEP حساب الجهد المطبق لكل زوج من الأقطاب بناء على المسافة بين الأقطاب، لضمان احترام نسبة الجهد إلى المسافة المطلوبة بوحدة V/cm.
  5. اضبط عدد النبضات (8) ومدة النبضة (100 ميكروثانية) وفقا للبروتوكول السريري.
  6. احفظ تكوين AI4DEEP.
    ملاحظة: يتم إدخال الجهد كنسبة جهد إلى مسافة بوحدة V/cm؛ AI4DEEP يحول هذه القيمة تلقائيا إلى جهد مطلق لكل زوج من الأقطاب.

7. محاكاة المجال الكهربائي

  1. في AI4DEEP، ابدأ حساب الحقل الكهروستاتيكي باستخدام التشريح المكون، والموصلات، ومعلمات الأقطاب الكهربائية.
  2. السماح للبرنامج بتوليد التكوين الهندسي تلقائيا وحل الجهد الكهروستاتيكي الخطي باستخدام طرق الفروق المحدودة غير الملاءمة عالية الرتبة على الصورة الطبية25.
    ملاحظة: في محطة العمل التقليدية (على سبيل المثال، ويندوز 11، 16 جيجابايت رام)، تستغرق المعالجة حوالي 5 دقائق لكل حالة.
  3. احفظ مخرج المحاكاة ومشهد التقطيع المحدث.
    ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول هنا مؤقتا بعد المحاكاة واستئناف لاحقا لتحليل والتحقق من الجرعات المتساوية.

8. التصور بالإيزودوزيوز وتغطية الأورام

  1. في AI4DEEP، اختر خيار توليد أسطح متساوية المجال الكهربائي (أحجام الجرعات المتساوية) من الحقل المحاكى.
  2. اختر مجموعة من عتبات الإيزودوزيوز (على سبيل المثال: 50 فولت/سم، 100 فولت/سم، 120 فولت/سم، 140 فولت/سم، 160 فولت/سم، 180 فولت/سم، 200 فولت/سم، 220 فولت/سم، 240 فولت/سم، 260 فولت/سم، 300 فولت/سم، 400 فولت/سم، 500، و600 فولت/سم) وأنشئ خرائط متساوية الدوزات ثلاثية الأبعاد المقابلة.
  3. عرض خرائط متساوية الجرعات الفردية في عرض ثلاثي الأبعاد لمراقبة توزيع الحقل المكاني، الذي يتراوح عادة من الأصفر الباهت عند سعات الحقل المنخفضة إلى الأحمر عند سعات الحقل العالية كما هو موضح في الشكل 1.
  4. لكل جرعة متساوية، سجل نسبة قيم تغطية الورم التي تحسب تلقائيا بواسطة AI4DEEP بناء على التداخل بين حجم الجرعة المتساوية وتقسيم "الورم".
  5. احتفظ بجميع مقاطع أو نماذج الإيزودوز وقيم تغطية الأورام للتحليل اللاحق.

9. اختيار الرنين المغناطيسي بعد الإجراءات، واستيراد، وتقسيم النخر

  1. أجريت أشعة الرنين المغناطيسي للمتابعة بعد 6 أسابيع من العلاج بالصدمات الكهربائية وكل شهرين بعد ذلك. تم اختيار التصوير بالرنين المغناطيسي الذي أظهر أكبر حجم نخر أو أفضل استجابة إشعاعية للتقسيم. تم اتخاذ هذا القرار لأخذ الوقت غير المتجانس والتأخير في الاستجابة بعد العلاج بالصدمات الكهربائية، والذي قد يختلف حسب نسيجة الورم ومعدل التكاثر.
  2. استورد تسلسل المحور المعزز بعد العلاج من T1 المثقوب بالدهون والمحول حول مستويات المعالجة "الرنين المغناطيسي" إلى 3D Slicer.
  3. قم بتسجيل "MRI" بشكل صارم على "CTi" باستخدام نفس المعالم الفقرية المحددة مسبقا كما في تسجيل الرنين المغناطيسي قبل الإجراء، وتطبيق التحويل. يتم توثيق دقة التسجيل من خلال حساب TRE من نفس هذه المعالم المرجعية بنفس عتبة ≤2.5 مم.
  4. أنشئ مقطعا جديدا يسمى "نخر الورم" وحدد يدويا الجزء النخر غير المعزز من الورم في التصوير بالرنين المغناطيسي بعد العلاج بالصدمات الكهربائية، شريحة قطعة.
  5. عندما تتوفر عدة أشعة رنين مغناطيسي متابعة، اختر الفحص الذي يظهر أكبر حجم نخر أو أفضل استجابة إشعاعية واستخدم هذه المجموعة للتقسيم.
  6. تطبيق التمليم الاختياري على "نخر الورم" للحصول على حجم متماسك ومترابط.
  7. في حالات الاستجابة الإشعاعية الكاملة بعد الصدمات الكهربائية الكهربائية، قد يتم تكرار مقطع "الورم" قبل العلاج وإعادة تسميته إلى "نخر الورم" لتقليل وقت التقسيم اليدوي. في 3D Slicer، استخدم وحدة التقسيمات ، اختر "نسخ/نقل المقاطع"، قم بتكرار مقطع "الورم" داخل نفس عقدة التقسيم، وأعد تسميته إلى "نخر الورم"، وتأكد من كفاءته بصريا في التصوير بالرنين المغناطيسي بعد العلاج بالصدمات الكهربائية (ECT).
  8. إجراء التحقق الخارجي لتقسيم النخر بواسطة أخصائي أشعة تدخلي غير مشارك في التقسيم.
  9. احفظ مشهد السلايسر مع جزء النخر.
    ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول هنا واستئناف لاحقا للمقارنة الكمية.

10. مقارنة كمية بين الحقل المحاكى والنخر (تحليل النرد)

  1. افتح وحدة مقارنة المقاطع في برنامج 3D Slicer.
  2. اختر نخر الورم كجزء مرجعي وحجم واحد من الجرعة المتساوية (على سبيل المثال، إيزوجرعة 200 فولت/سم) كجزء مقارنة.
  3. احسب معامل تشابه النرد بين "نخر الورم" وحجم الجرعة المتساوية المختار وسجل القيمة. تم حساب جميع معاملات تشابه النرد على حجم كامل من المقاطع ثلاثية الأبعاد بدلا من الأساس شريحة بشريحة (2D).
  4. كرر التحليل عبر جميع مستويات الإيزودوزيوز ذات الصلة للحصول على معاملات Dice عبر النطاق الكامل من العتبات.
  5. حدد الجرعة المتساوية التي تنتج أعلى معامل نرد ("أفضل ميزة") والقيمة القصوى المقابلة للنرد ("أفضل نرد").
  6. تصدير معاملات النرد، أفضل ISO، أفضل نرد، وقيم تغطية الأورام إلى جدول بيانات أو برنامج إحصائي لمزيد من التحليل.
  7. احفظ مشهد التقطيع النهائي وجميع النتائج الكمية المصدرة.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم تطبيق سير العمل بنجاح على تسع إجراءات للعلاج الكيميائي الكهربائي (ECT) لعلاج التهاب النخلة النقيلي في العمود الفقري. تم إنشاء نموذج حقل كهربائي تنبؤي خاص بالمريض لجميع الحالات، مما يؤكد أن البروتوكول الكامل قابل للتنفيذ وقابل للتكرار عبر تكوينات تشريحية مختلفة. تم تحقيق تسجيل صلب بين CTi وMRIp، وبين CTi وMRIs، في جميع الحالات، بمتوسط TRE 1.8 مم ± 0.6 مم و1.9 مم ± 0.7 مم على التوالي. أنتجت محاكاة العناصر المحدودة الخطية توزيعا مستمرا للمجال الكهربائي ثلاثي الأبعاد لكل إجراء. تم توليد أحجام متساوية الدوعات من 50–600 فولت/سم بنجاح في جميع الحالات.

أجريت مقارنة كمية بين أحجام الجرعات المتساوية المحاكاة والمناطق النخرية بعد الإجراء في ثماني حالات قابلة للتحليل؛ تم استبعاد الحالة الثالثة لأن إعادة تموضع الأقطاب الكهربائية المتعددة منعت المقارنة المكانية الموثوقة وتحليل النرد. أظهرت معاملات تشابه النرد المتوسطة علاقة على شكل جرس عبر المجموعة (الشكل 2). ارتفعت القيم تدريجيا من عتبات المجال الكهربائي المنخفضة، وبلغت ذروتها بين 160–200 فولت/سم (0.37–0.39)، ثم انخفضت عند عتبات أعلى. أعطت إيزودوزا 200 فولت/سم أعلى متوسط معامل نرد (0.387)، مما يشير إلى أن هذا العتبة كانت أقرب إلى الحجم المعالج الفعال في هذا السياق السريري. أظهر تحليل تغطية الأورام أيضا انخفاضا تدريجيا مع زيادة العتبات: 81.5٪ عند 140 فولت/سم، 74.8٪ عند 160 فولت/سم، 67.0٪ عند 180 فولت/سم، و61.0٪ عند 200 فولت/سم. تشير هذه المقاييس الكمية المجمعة إلى أن البروتوكول يوفر تنبؤات قابلة للتفسير وذات معنى لحجم الاستجابة بعد العلاج بالصدمات الكهربائية (COPT). تظهر منحنيات النرد الكاملة لكل حالة عبر عتبات الإيزودوزيوز المختبرة في الشكل 3. لوحظ تفاوت ملحوظ بين الحالات، حيث تراوحت قيم أفضل نرد بين 0.0156 و0.7684، وبين قيم أفضل Iso المقابلة بين 100 إلى 500 فولت/سم بين الحالات القابلة للتحليل. لتلخيص تحليل الحالة الأعلى للنخر، وقيمة الجرعة المتساوية المقابلة، وتغطية الورم عند تلك العتبة، وأفضل استجابة إشعاعية، والأحداث السلبية تم الإبلاغ عنها في الجدول 2.

يظهر الشكل 4 تراكب تمثيلي بين نخر الورم بعد العلاج وحجم الجرعة المتساوية 200 فولت/سم، موضحا المقارنة المكانية المستخدمة في تحليل النرد ونوع التحقق المعتمد على الصور الذي يوفره سير العمل.

تظهر الحالات السريرية الممثلة النتائج الناجحة وغير المثالية. في إحدى المريضات المصابة بالتهاب النخفة L3، أدت أول جلسة علاج صدمات صدمية إلى نخر <5٪ ولم يحدث أي تحسن سريري. أظهرت المحاكاة بأثر رجعي تغطية أورام غير كافية عند عتبة 200 فولت/سم، مع ≈ أفضل نرد 0.10. حقق إجراء ثان مع تعديل وضع الأقطاب الكهربائية تغطية >90٪ محاكاة للورم عند 200 فولت/سم ومعامل نرد أعلى بشكل ملحوظ، مما يعادل استجابة إشعاعية وسريرية كاملة. هذا المثال موضح في الشكل 5 ويوضح كيف يمكن للطريقة تحديد المناطق غير المعالجة وتوجيه تكوين الأقطاب الأقطاب الأمثل.

على النقيض من ذلك، أظهر مريض يعاني من التهاب برفوق النسيج L5–S1 امتدادا محاكاة لجرعة متساوية 300 فولت/سم إلى الثقبة اليمنى S1، مما يتوافق مع اعتلال الجذور بعد العملية وأدلة الرنين المغناطيسي على تلف S1 الأيمن. ظل الجذر المقابل خارج منطقة الحقول العالية. تظهر هذه الحالة قدرة البروتوكول على اكتشاف احتمال التعرض المفرط للعلاج وربط التعرض للمجال العالي بالمضاعفات العصبية الملحوظة (الشكل 6).

بشكل عام، تؤكد هذه النتائج أن سير العمل يوفر توقعات مستقرة للمجال الكهربائي، وقد يحدد التعرض غير الكاف والمفرط للحقل، ويتوافق جيدا مع النتائج السريرية والتصويرية. يدعم ذلك أهميته المحتملة في تخطيط العلاج، وتحسين وضع الأقطاب، واتخاذ القرار أثناء العمليات في العلاج بالصدمات الكهربائية للعمود الفقري.

figure-results-1
الشكل 1: محاكاة المجال الكهربائي باستخدام وحدة AI4DEEP في تقنية التقطيع ثلاثي الأبعاد. تم إجراء النمذجة العددية من المدخلات الإجرائية (هندسة الأقطاب، الطول النشط، الجهد المطبق) وموصليات الأنسجة المستمدة من قاعدة بيانات IT'IS. تتراكب خرائط الإيزودوز المشفرة بالألوان التي تتراوح بين 50–600 فولت/سم على صور الأشعة المقطعية داخل الإجراء في مستويات الإكليل (A) والمحورية (B)، مما يمكن التقييم البصري لتغطية الأورام المتوقعة وتعرض البنى العصبية المجاورة. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-2
الشكل 2: مقاييس المتوسط عبر عتبات المجال الكهربائي المحاكى. تنخفض تغطية الورم (المنحنى الأزرق) مع زيادة عتبة الحقل. تتبع معاملات النرد توزيعا على شكل جرس، وتبلغ ذروتها عند حوالي 160–200 فولت/سم للنخر (≈0.38). يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-3
الشكل 3: توزيع معاملات تشابه النرد لكل حالة بين أحجام الجرعات المتساوية المحاكاة ونخر الورم بعد العلاج. تم حساب معاملات تشابه النرد على أحجام ثلاثية الأبعاد كاملة بين نخر الورم بعد العلاج المجزأ وكل حجم متساوي في المجال الكهربائي محاكى من 50–600 فولت/سم. تمثل الخطوط الرقيقة الملونة الحالات الفردية، والخط الأحمر السميك يمثل متوسط المجموعة. على الرغم من التباين الكبير بين الحالات، أظهر المنحنى المتوسط توزيعا على شكل جرس، مع أقصى توافق بين 160–200 فولت/سم. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-4
الشكل 4: مثال تمثيلي لتقسيم النخر بعد العلاج مع حجم الجرعة المتساوية المختار. (أ) التصوير المقطعي المحوسب المحوري داخل الإجراءات مع أقطاب كهربائية في مكانها (CTa)، يستخدم لتقسيم موضع القطب وتحديد هندسة العلاج. (ب) تصوير بالرنين المغناطيسي المحوري عند أفضل استجابة (MRI) بعد التسجيل الصلب مع التصوير المقطعي المقطعي أثناء الإجراء الأولي (CTi). (ج) تقسيم المنطقة النخرية بعد العلاج يدويا في التصوير بالرنين المغناطيسي (الأخضر). (د) تراكب ثلاثي الأبعاد مباشر لتقسيم النخر وحجم التوازن المحاكى المختار 200 فولت/سم (أصفر). بالنسبة لهذا المريض، كان تشابه Dice عند 200 فولت/سم 0.28. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-5
الشكل 5: محاكاة المجال الكهربائي المتوافقة مع الاستجابة المضادة للورم. مريض يبلغ من العمر 59 عاما يعاني من التهاب برفوق الصدرية L3 الناتج عن سرطان الصفراء خضع لإجراء أولي فشل (A,B) وتم إعادته بعد شهر باستخدام تكوين إبرة بديل (C,D)، مما أدى إلى استجابة كاملة. (أ) الرؤية المائلة الثلاثية الأبعاد الإكليلية لوضع الإبرة أثناء الإجراء الأول. (ب) خريطة المجال الكهربائي (جرعة متساوية 200 فولت/سم) تظهر تغطية غير كافية للورم. (ج) منظر ثلاثي الأبعاد مائل لوضع الإبر أثناء إعادة العلاج. (د) خريطة المجال الكهربائي (جرعة متساوية 200 فولت/سم) تظهر تغطية الورم تتجاوز 90٪. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-6
الشكل 6: محاكاة المجال الكهربائي متوافقة مع الضرر العصبي الملحوظ. رجل يبلغ من العمر 67 عاما يعاني من سرطان الخلايا الكلوية الشفافة ومرض فوق الجافية L5–S1. (أ) محاكاة المجال الكهربائي التي تظهر متساوي الجرعات 200 فولت/سم و300 فولت/سم باللون الأصفر والبني على التوالي. جذر العصب S1 الأيمن (السهم) مدرج ضمن الحقل المحاكى، على الأرجح بسبب اختراق القشرة وقرب الأقطاب الكهربائية، بينما يتم الحفاظ على جذر العصب الأيسر. (ب) تصوير بالرنين المغناطيسي بعد العلاج يؤكد تورط جذر العصب S1 الأيمن (السهم)، بما يتوافق مع ألم الجذور الجذرية في الجانب الأيمن بعد الإجراء ونقص حسي. ظل الجانب الأيسر طبيعيا في التصوير وبدون أعراض سريرية. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-7
الجدول 1: قيم التوصيل الكهربائي المستخدمة في محاكاة الحقل. تم تعيين قيمة موصلية IT'IS (S/m) ورمز اللون البصري لكل بنية تشريحية للتقسيم والنمذجة. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الجدول 1.

القضيةأفضل نرد للنخرأفضل إيزودوزي (V/cm)تغطية الأورام في أفضل تقدير لإيزوجرس (٪)أفضل رد
(0 = مرض أو تقدم مستقر، 1 = استجابة جزئية، 2 = استجابة كاملة)		الحدث السلبينوع الحدث السلبي
10.621206020
20.771608611ألم الجذور اليسرى L4-L5
3لا يوجدلا يوجدلا يوجد20
40.175002710
50.323004811ألم الجذور الجذرية اليمنى C8
60.021009110
70.151608520
80.642608310
90.662206421ألم الجذع الأيمن L5-S1، الفرضية وضعف الإحساس الذاتي

الجدول 2: نتائج كمية لكل حالة. أفضل نرد للنخر يتوافق مع أعلى معامل تشابه نرد تم الحصول عليه عبر جميع أحجام الجرعات المتساوية المختبرة مقارنة بنخر الورم بعد العلاج. أفضل جرعة متساوية تتوافق مع الجرعة المتساوية المرتبطة بأعلى قيمة للنرد. كما تم الإبلاغ عن تغطية الورم بأفضل جرعة متساوية، وأفضل استجابة إشعاعية سريرية، وأحداث جانبية مرتبطة بالإجراءات.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يوفر هذا البروتوكول سير عمل قابل للتكرار لمحاكاة المجال الكهربائي الخاص بالمريض في العلاج بالصدمات الكهربائية الشوكية. تعد هناك عدة خطوات منهجية حاسمة للحصول على توقعات دقيقة وقابلة للتفسير سريريا. تقسيم الورم بدقة أمر ضروري، حيث غالبا ما يكون مرض فوق الجافية غير مرئي بشكل جيد في التصوير المقطعي داخل الإجراءات غير القابلة للتباين. لذا فإن دمج التصوير بالرنين المغناطيسي قبل الإجرائي وما بعد الإجراء هو المفتاح لتحديد دقيق لمشاركة التخدير فوق الجافية والفقرات. في الواقع، قد يعتمد دمج الصور على التسجيل الصلب اليدوي مع التحكم البصري وقياس خطأ تسجيل الهدف (TRE)، أو على طرق تسجيل متعددة الوسائط القابلة للتشوه المخصصة عند الحاجة إلى محاذاة متقدمة، مثل مطابقة مجال الرؤية المعتمدة على الرقعة26. التسجيل الدقيق لأزواج تنشيط الأقطاب الكهربائية وسعة المجال الكهربائي المطبق بوحدة V/cm أمر بالغ الأهمية، حيث يؤثر أي اختلاف بين المعلمات الإجرائية والنموذج مباشرة على توزيع المجال المحاكى. كما يتطلب التسجيل الدقيق للأشعة المقطعية داخل الإجراءات باستخدام الإبر في التصوير المقطعي المقطعي المخطط، إلى جانب الضبط اليدوي لمقاطع قطب الأطراف النشطة في إعادة البناء متعدد المستويات، لضمان أن تعكس الهندسة النموذجية التكوين السريري بدقة.

ظهرت عدة اعتبارات عملية أثناء تنفيذ النموذج. يتطلب سير العمل موارد حوسبة كافية، مع ما لا يقل عن 16 جيجابايت ويفضل 32 جيجابايت من الذاكرة العشوائية لضمان محاكاة مستقرة وسريعة. يمكن أن تؤدي التشويهات المعدنية في التصوير المقطعي إلى تقدير مبالغ فيه للملفات المجزأة أو الأسمنت أو السوائل عند استخدام أدوات تعتمد على العتبة، مما يجعل التصحيح اليدوي ضروريا لتجنب تشويه الهياكل الموصلة. معالجة تقسيمات كبيرة جدا، مثل أقنعة الدهون الكاملة للجسم أو الرئة أو العضلات، يمكن أن تثقل ذاكرة زائدة، خاصة عند تخصيص أكثر من عشرة موصليات للأنسجة. في هذه الحالات، يحسن تقييد التقسيم إلى المنطقة التشريحية المعنية الاستقرار ويقلل من وقت الحساب. تعد هذه العناصر مهمة للحفاظ على قابلية التكرار عبر محطات العمل والمراكز.

لهذه الطريقة عدة قيود. يتم التقسيم يدويا في الغالب وتم تنفيذه بواسطة مشغل واحد في هذه الدراسة. وبالتالي، تظل العملية تستغرق وقتا طويلا، وتمنع الاستخدام داخل الإجراءات في شكلها الحالي، ولا تسمح بتقييم قابلية تكرار المشغلات بين المشغلين. يعتمد النموذج على قيم التوصيلية الثابتة الخطية ولا يأخذ في الاعتبار التغيرات الديناميكية في الموصلية التي تحدث أثناء التسامية الكهربائية، والتي قد تؤثر على توزيع المجال المكاني. يمثل غياب النمذجة الدوائية للبليوميسين مصدرا آخر للاختلاف: التخلي الكهربائي الفعال لا يضمن توفر الدواء، وقد يكون النخر أصغر من الحجم المحاكى الكهرومغناطيسي في الأورام التي تم تعريضها لنقص التغذية أو التي تعرضت للتشعع سابقا. قد تؤثر عدم دقة التسجيل بين التصوير المقطعي المقطعي والرنين المغناطيسي أيضا على مقارنات الأورام مع الجرعات المتساوية (isodos). تم حساب معاملات النرد على أحجام ثلاثية الأبعاد كاملة وظلت متواضعة من حيث المطلق، وهو ما هو متوقع في العلاج بالصدمات الكهربائية للعمود الفقري لأن الأقطاب الكهربائية قد توضع عمدا على مسافة معينة من ورم فوق الجافية للحد من خطر الإصابة العصبية. في هذا السياق، تكمن المعلومات الرئيسية أقل في قيم النرد المطلقة مقارنة بتوزيعها عبر عتبات الإيزودوز، والتي استخدمت لتحديد النطاق الذي يطابق الحجم النخري المرصود بعد ECT.

مقارنة بالدراسات العددية القائمة للعلاج الكيميائي الكهربائي للعمود الفقري، والتي قيمت بشكل أساسي التكوينات النظرية أو المناهج العرضية في الهندسات المبسطة، يقدم هذا البروتوكول سير عمل خاص بالمريض بالكامل يعتمد على مجموعات بيانات التصوير الحقيقي وتكوينات الأقطاب السريرية15,16. تحديد نطاق 160–200 فولت/سم كالأكثر توافقا مع النخر بعد العلاج يتوافق مع التدرج النسبي الذي لوحظ في الاقتراب الكهربائي غير القابل للعكس باستخدام نفس الطريقة الرقمية، حيث يتطابق متساوي الجرعة 400 فولت/سم بدقة مع السيطرة المحلية على الورم22,23. على الرغم من اختلاف العتبات بين التقنيات، يبدو أن العلاقة النسبية بين شدة المجال واستجابة الأنسجة الفعالة محفوظة، مما يدعم أهمية التخطيط القائم على المحاكاة. ومع ذلك، يجب اعتبار هذا النطاق خاصا بسير العمل الحالي وتفسيره كعتبة تجريبية بدلا من أن يكون عتبة ميكانيكية للعلاج بالصدمات الكهربائية تنطبق على نماذج أخرى أو استراتيجيات تقسيم أو بروتوكولات سريرية.

لهذه الطريقة عدة تطبيقات محتملة. يمكن أن يدعم التخطيط الإجرائي المسبق من خلال اختبار هندسة الأقطاب الكهربائية البديلة وتقييم تغطية الورم قبل العلاج. مع أتمتة تقسيمة CT/MRI مستقبلا، يمكن دمج سير العمل في الإرشادات داخل الإجراءات لتحسين تحديد مواقع الأقطاب الكهربائية. يمكن أن يحسن دمج تقديرات توزيع البليومايسين القائمة على التروية، على سبيل المثال، من خلال تصوير بالرنين المغناطيسي قبل الإجرائي المرتبط بامتصاص الدواء المحلي، التنبؤ بالحجم الكهربائي الفعال. قد يساعد الرنين المغناطيسي المبكر بعد العلاج بالصدمات الكهربائية في تحديد المنطقة الكهربائية الفورية قبل إعادة تشكيل الأنسجة الثانوية، كما ورد في التسامح الكهربائي غير العكسي27. سيكون هناك حاجة إلى مزيد من التحقق المستقبلي ومتعدد المراكز لتحسين عتبات الحقل، وتقييم قابلية تكرار المشغلين بين المشغلين، وتحديد هوامش السلامة المثلى. يتوقع منحنى تعلم قصير، رغم أن دقة التقسيم تتحسن بعد الحالات القليلة الأولى، ويمكن إعادة استخدام التقسيمات المصححة كقوالب.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نشكر المرضى على ثقتهم ومشاركتهم في هذه الدراسة. جعلت مساهمتهم هذا البحث ممكنا. تم منح أعضاء AIMOKA وMONC (CP، OSe، OSu، LL، وBDS) جزئيا من الدعم المالي الجزئي من خطة السرطان MECI PC MECI 21CM119 00، والمعهد الوطني للسرطان (INCa) (PLBIO رقم 2023-156)، ومشاريع ANR IMITATE (ANR-22-CE51-0043) و MIRE4VTACH (ANR-22-CE45-0014). يستضيف فريق البحث AIMOKA مختبر برنولي بين AP-HP وInria.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
3D Slicer3D Slicer (open-source)N/Aالإصدار 5.6.2.
وحدة AI4DEEP (امتداد 3D Slicer)AI4DEEPN/Aوحدة محاكاة المجال الكهربائي المستخدمة داخل 3D Slicer.
Cliniporator VITAEIGEAIG0012Aمولد النبضات المستخدم في العلاج الكيميائي الكهربائي
جناح التصوير المقطعي المائي المختلط (Alphenix 4D CT + Aquilion ONE)Canon Medical SystemsTSX-305Aنظام التصوير الوعائي المتكامل (Alphenix) والماسح الضوئي CT (Aquilion ONE) في غرفة واحدة؛ ويستخدم للتصوير المقطعي داخل الإجراء والتوجيه الإجرائي.
إبر إبرة مستقيمة "VGD"IGEAIG0E726الطول الفعال: 20 ملم / 30 ملم / 40 ملم (اختر وفقًا لحجم الهدف والتشريح).
محطة العملDellN/Aمحطة عمل Dell، intelVPro ISM، Windows 11 - 16 جيجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي؛ تستخدم لمعالجة الصور والمحاكاة.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

233 233 JoVE

مقالات ذات صلة