أيمن الباز: استخدمت الذكاء الاصطناعي للكشف المبكر عن سرطان الرئة وكورونا |حوار

نظام يحدد علامات الإنذار المبكر لمرض الزهايمر لدى الأشخاص الذين تزيد أعمارهم عن 60 عامًا
حوار/ منى سعيد
استطاع الدكتور أيمن الباز أستاذ الهندسة الطبية والمخترع المصري في مجال التشخيص المبكر للسرطان والتوحد بجامعة لويس ڤيل بولاية كنتاكي وفرعها الجديد في الجامعةالدولية بمدينه العلمين، استخدام الذكاء الاصطناعي في الكشف المبكر عن سرطان الرئة وفيروس كورونا و نجح في تحليل أسباب سرطان الرئة.
وقال الدكتور أيمن الباز، فى حواره "لأخبار اليوم" إن قسم الهندسة الطبية حقق نتائج واعدة في مجال تحليل معلومات وبيانات سرطان الرئة، الذي يعد أحد الأمراض الخطيرة التي تصل نسبة الوفاة به إلى حالة بين كل 4 حالات، باستخدام الذكاء الاصطناعي، وتحديد نوعية الورم، ونموه، وقال أن الهندسة الطبية فى طريقها للأستفادة فى تحليل التنفس و تحديد مدى إصابة المريض بفيروس كورونا، وقدرة المريض على التنفس، وتأثيره على الرئة.
وإلى نص الحوار
عرفنا على نفسك عن قرب ؟
أنا الدكتور أيمن صبري الباز، أستاذ و رئيس قسم الهندسة الحيوية بجامعة لويزفيل بالولايات المتحدة الأمريكية. تخرجت من جامعة المنصورة فى 1997 ببكالوريوس فى الهندسة الكهربية، ثم حصلت على درجة الماجستير فى الهندسة الكهربية من جامعة المنصورة فى 2001 و بعدها انتقلت الى الولايات المتحدة الأمريكية لدراسة الهندسة الكهربية فى جامعة لويزفيل بولاية كنتاكى، حيث حصلت منها على درجة الدكتوراه فى 2006.
ونظرا لتميزى خلال فترة دراستى، فقد تم تعيينى فورحصولى على درجة الدكتوراه فى وظيفة مدرس فى قسم الهندسة الحيوية بجامعة لويزفيل فى 2006، حيث قمت بتأسيس معمل التصوير الحيوى مع فريق عمل معمل التصوير الحيوى باجراء العديد من الأبحاث المتميزة و لذلك تمت ترقيتى مبكرا الى درجة أستاذ مساعد فى 2011. و نظرا لعملى البحثى الدائب، قامت جامعة لويزفيل بمنحى لقب عالم جامعى فى 2013، وبعدها تمت ترقيتى مبكرا الى درجة أستاذ فى 2016. و فى نفس العام تم تعيينى فى منصب رئيس قسم الهندسة الحيوية بجامعة لويزفيل التى قامت بمنحى درجة أستاذ متميزفى 2019 و هى أعلى درجة أكاديمية تمنحها جامعة لويزيل و يحصل عليها عدد محدود جدا من الأساتذة المتميزين.
كيف استطعت تكوين مجموعتك البحثية؟
وخلال الفترة من عام 2006 و حتى الآن، استطعت تكوين مجموعة بحثية مزدهرة ومعترف بها دوليًا من خلال معمل التصوير الحيوي الذى عرف بالتميز فى الأبحاث والتدريس. مع المجموعة البحثية التي أسستها قدمت العديد من الإسهامات البحثية المعترف بها دوليًا والممولة جيدًا في مجال تحليل الصور الطبية.
وماذا عن إسهاماتك؟
تضمنت إسهاماتي الأساسية تطوير وتنفيذ تقنيات مبتكرة ورائدة لاستخدامها في العمليات الجراحية الموجهة بالصور، وإنشاء أنظمة تشخيص غير جراحية قائمة على الصور، والتي يمكن أن تساعد في إحداث ثورة في التشخيص المبكر للعديد من الأمراض والاضطرابات.
وحقق معمل التصوير الحيوي اعترافًا عالميًا وساعد في تمهيد الطريق للأنظمة الطبية المتطورة و المتقدمة ونجح في إقامة تعاون قوي وناجح متعدد التخصصات مع الباحثين في جميع أنحاء العالم. تشمل اسهاماتى البحثية الرئيسية ما يلي: تطوير تقنية جديدة قائمة على الصور للتشخيص المبكر لسرطان الرئة ؛ تطوير تقنيات التشخيص المبكر للتوحد، بالاعتماد على استخدام صور الرنين المغناطيسي لتحليل المخ؛ تطوير تقنية جديدة للكشف المبكر عن الرفض الكلوي الحاد، بالاعتماد على استخدام صور الرنين المغناطيسي الديناميكي؛ تطوير تقنية جديدة غير نافذة للتشخيص المبكر لسرطان البروستاتا باستخدام صور الرنين المغناطيسي؛ تطوير أنظمة قائمة على الصور للكشف المبكر عن قصور القلب؛ وتطوير تقنية جديدة للتشخيص المبكر لمرض الزهايمر.
ما هو دور الهندسه الطبية في الكشف عن فيروس كورونا ؟
الدور الأساسي للهندسة الطبية فيما يتعلق بفيروس كورونا هو تطوير نظام تشخيص مبكر بمساعدة الكمبيوتر لتقييم وظائف الرئة لدى مرضى فيروس كورونا و ذلك للحد من خطر الوفاة أو حدوث مضاعفات فى الرئة .يقوم هذا النظام بمعالجة بيانات الأشعة السينية و الأشعة المقطعية للصدر لتوفير علامات تصوير دقيقة وموضوعية للمساعدة في تحديد المرضى المعرضين لخطر الموت بشكل أكبر وبالتالي من المرجح أن يحتاجوا إلى الوضع على أجهزة التنفس الصناعى و الخضوع و لرعاية سريرية أكثر كثافة.
هل هناك دراسات تكشف مدى استعداد المخ للإصابة بمرض الزهايمر ؟
بالفعل، فلقد طورت نظام جديد للكشف على مناطق الدماغ المعرضة للإصابة بمرض الزهايمر في سن مبكرة. من المتوقع تعميم هذا النظام لأنه سيسمح للأطباء بتحديد الأفراد الذين لديهم عيوب معينة في دوائر دماغية متميزة ومنع هذه الدوائر من التعرض لمزيد من الضرر أو الموت. حاليًا، يعاني ما يقرب من نصف الأمريكيين الذين تبلغ أعمارهم 85 عامًا أو أكثر من مرض الزهايمر الذي يبدأ في تآكل وظائف المخ لمدة تصل إلى 15 عامًا قبل تشخيصه.
إن النظام الذي قمت بتطويره يمكن أن يحدد علامات الإنذار المبكر لمرض الزهايمر لدى الأشخاص الذين تزيد أعمارهم عن 60 عامًا. هذا النظام يجمع بين التصوير بالرنين المغناطيسي التقليدي وأحدث تقنيات الذكاء الاصطناعى. يشرب المرضى مادة نووية سائلة تسمى مركب بيتسبرغ B والتي تتدفق عبر نظام القلب والأوعية الدموية ، بما في ذلك الدماغ ، والذي ينقسم إلى 104 قسم.
يحدد السائل السمات المرضية لمرض الزهايمر بإضاءة أقسام الدماغ ذات الأنسجة الغير صحية ، وهي أقسام قد تؤثر على مهارات الذاكرة أو اللغة أو ادراك الأماكن. يمكن للنظام فصل البيانات والصور المتداخلة لكل قسم من أقسام الدماغ ال 104 المتأثرة بشكل دقيق. و من الجدير بالذكر أن هذه تقنية غير جراحية.
وهل قمتم بدراسة لتفادي اثار ما بعد كورونا مثل تضخم عضلة القلب والإصابة بالفطر الأسود؟
قد يتعرض مصابى كورونا لاضطراب فى الاوعية الدموية و تضخم عضلة القلب حتى بعد الشفاء من فيروس كورونا. الكشف المبكر يمكن من التدخل العلاجى السريع و يجنب حدوث مضاعفات. لقد استخدمت أحدث تقنيات الذكاء الاصطناعى و نمذجة التصوير لانشاء نظام للكشف المبكر عن تضخم عضلة القلب بعد الاصابة بفيروس كورونا عن طريق تحليل صور الموجات فوق الصوتية و رسم القلب. بالنسبة للفطر الأسود، فليس هناك أدلة قاطعة حتى الان عن وجود علاقة بينه وبين الاصابة بكورونا و المؤكد فقط ارتباط الفطر الأسود بنقص المناعة. نحن الان فى صدد جمع بيانات لمرضى كورونا الذين تعرضوا للاصابة بالفطر الأسود و تحليلها لتحديد مدى العلاقة بين الفطر الأسود و فيروس كورونا.
سرطان الرئة من الأمراض الخطيرة التى تصل للوفاة هل تستطيع الهندسة الطبية فى التوصل لتحديد نوع الورم وتوقع اصابة المريض به ؟
بالتأكيد، و قد ساهمت بشكل كبير في مجال الذكاء الاصطناعي في الطب من خلال تطوير تقنية غير جراحية باستخدام الاشعة المقطعية للكشف المبكر عن سرطان الرئة، وهو النوع الثاني من السرطان الشائع بين الرجال والنساء في الولايات المتحدة. بالإضافة إلى ذلك ، فهو السبب الرئيسي للوفاة من السرطان بين جميع أنواع السرطان مع ما يقرب من 25٪ من الوفيات المرتبطة بالسرطان.
يمكن أن يؤدي الاكتشاف المبكر لسرطان الرئة إلى تحسين نتائج العلاج والبقاء على قيد الحياة، والذي كان المحرك الرئيسي للبحث فى هذا الأمر. نتج عن هذه التقنية نظام تشخيص بمساعدة الكمبيوتر للكشف المبكر عن سرطان الرئة و تحديد نوع الورم وتحديد مدى الاصابة المحتمل من خلال دمج العلامات المستخرجة من التصوير والعلامات الحيوية السريرية.
عرفنا على ماهى الباثولوجيا الذكية وأهدافها ؟
الباثولوجيا الذكية هى فرع من فروع علم الأمراض، و تهدف الى تحليل البيانات المستخرجة من العينات الطبية باستخدام تقنيات الذكاء الاصطناعى. تقوم الباثولوجيا الذكية بتحليل بيانات أعضاء الجسم المستخرجة من التحاليل و الصور الطبية الى مكونات أساسية تستخدم لاعطاء وصف طبى عن حالة هذه الأعضاء.
بشكل عام، يمكن استخام الباثولوجيا الذكية للكشف المبكر عن العديد من الأمراض و الاضطرابات المستعصية بشكل غير جراحى و بالأخص الأنواع المتعددة من السرطان، حيث غالبا تظهر أنسجة المريض المصابة بشكل مختلف عن الأنسجة السليمة فى التصوير، مما يجعل التمييز بينهما ممكنا و سريعا، خاصة مع استخدام تقنيات الذكاء الاصطناعى الحديثة لنمذجة و تحليل الصور.
لو نلقي الضوء على أبرز براءات الاختراع التي سجلتها؟
على مدار العقدين الماضيين، لقد قمت بالكثير من الأبحاث فى مجال الهندسة الحيوية، و قد أثمرت هذه الأبحاث عن العديد من الابتكارات، منها ابتكارات راسخة وصلت مرحلة النضج الكامل و منها ما تزال تحتت التطوير.
الابتكارات الراسخة تناولت اضطرابات التوحد و الكلى و الرئتين و العمود الفقرى، وبالنسبة للتوحد، فقد قمت بابتكار تقنية جديدة غير جراحية للكشف المبكر عن التوحد، و تستخدم هذه التقنية ثلاث انماط من تصوير الرنين المغناطيسى للدماغ، لذلك فهى قادرة على اعطاء دلات تصويرية للتوحد بشكل موضوعي يُمَكّن من اجراء تشخيص للافراد المتوحدين، و يكون هذا التشخيص ملائم لحالة كل طفل على حده مما يعرف بالتشخيص الشخصى. و قد نتج عن عملى البحثى فى مجال التوحد42 مقالًا في المجلات العلمية و6 كتب و18 فصل في كتاب و25 ورقة بحثية و85 ملخصاً في المؤتمرات العلمية، بالإضافة الى 6 براءات اختراع واكتشاف مسجلة في الولايات المتحدة.
فيما يتعلق بالكلى، فقد قمت بابتكار تقنية جديدة للكشف المبكر عن الرفض الحاد للكلية المزروعة نتيجة مهاجمة الجهاز المناعى لهذه الكلية فى الثلاث أشهر الأولى بعد الزراعة، مما يتيح السيطرة السريعة على هذا الاضطراب. و تعد هذه التقنية غير جراحية حيث تعتمد على تحليل صور الرنين المغناطيسى بعكس الفحص بواسطة الخزعة المستخدم حاليا و الذى يعتمد على تحليل جزء من أنسجة المريض بعد استئصالها. تحليل صور الرنين المغناطيسى للكلية المزروعة يتم بواسطة نظام تشخيص بمساعدة الكمبيوتر و الذى يستخرج معاملات الانتشار الفسيولجية و الأكسجة و تتعدى دقة هذا النظام 95%. و قد نتج عن عملى البحثى فى مجال الرفض الحاد للكلية المزروعة 13 مقالًا في المجلات العلمية و7 فصول في كتاب و 28 ورقة بحثية و14 ملخصاً في المؤتمرات العلمية، بالإضافة الى 3 براءات اختراع واكتشاف مسجلة في الولايات المتحدة.
وماذا عن الرئتين؟
و بالنسبة للرئتين، فقد ساهمت بشكل كبير في مجال الذكاء الاصطناعي في الطب من خلال تطوير تقنية غير جراحية باستخدام الاشعة المقطعية للكشف المبكر عن سرطان الرئة، وهو النوع الثاني من السرطان الشائع بين الرجال والنساء في الولايات المتحدة. بالإضافة إلى ذلك ، فهو السبب الرئيسي للوفاة من السرطان بين جميع أنواع السرطان مع ما يقرب من 25٪ من الوفيات المرتبطة بالسرطان. يمكن أن يؤدي الاكتشاف المبكر لسرطان الرئة إلى تحسين نتائج العلاج والبقاء على قيد الحياة، والذي كان المحرك الرئيسي لى للبحث فى هذا الأمر. نتج عن هذه التقنية نظام تشخيص بمساعدة الكمبيوتر للكشف المبكر عن سرطان الرئة من خلال دمج العلامات المستخرجة من التصوير والعلامات الحيوية السريرية. و قد نتج أيضا عن عملى البحثى فى مجال سرطان الرئة 9 مقالات في المجلات العلمية و3 كتب و12 فصل في كتاب و40 ورقة بحثية و8 ملخصات في المؤتمرات العلمية، بالإضافة الى 5 براءات اختراع واكتشاف مسجلة في الولايات المتحدة.
كثيرا ما تؤدى حوادث السير و المرور الى اصابات بالغة فى العمود الفقرى، قد تصيب صاحبها بعجز عن الحركة و ممارسة الحياة الطبيعية، لذا فقد قمت بابتكار تقنية جديدة لتحديد مستوى الاصابة الناتجة فى العمود الفقرى عن طريق تحليل صور الرنين المغناطيسى للمريض، حيث يمكن من خلال هذا التحليل معرفة نسبة الدهون الى العضلات و هذه النسبة تعد من أهم مقايس تحديد نسبة الاصابة و معدل الاستجابة للعلاج. بالاضافة الى ذلك، فقد قمنا بتصميم أجهزة محفزة توضع على جسد المريض لارسال نبضات كهربية تساعد على تحريك أعضاء الجسم، مما أدى لتحسن حالة العديد من المرضى و تمكينهم من الحركة مجددا. و قد نتج عن عملى البحثى فى مجال العمود الفقرى 5 مقالات في المجلات العلمية و7 ورقات بحثية و ملخصات في المؤتمرات العلمية، بالإضافة الى برائة اكتشاف مسجلة في الولايات المتحدة.
و أما الابتكارات تحت التطوير، فتشمل ابتكارات للكشف المبكر الغير جراحى باستخدام التصوير عن سرطان البروستاتا و سرطان الكلى و سرطان الثدى و سرطان الكبد و أمراض شبكية العين الناتجة عن مرض السكرى و أمراض الشيخوخة و ضغط الدم و القلب و الأوعية الدموية و القرح الجلدية و فيروس كورونا المستجد.
وهل هناك جهات قامت بتمويل أبحاثك ؟
بالفعل نظرا لتميز أبحاثى ، فقد قامت جهات التمويل البحثى بتمويل أبحاثى بأكثر من 18 مليون دولار أمريكى، مما ساعدنى على استضافة أكثرمن 50 طالب مصرى و أكثر من 10 باحثين مصريين بعد الدكتوراه للمشاركة فى العملية البحثية و المساهمة فى ازدهار شباب مصر التى أدين لها بكثير من الأفضال.
و قد حرصت دوما على توظيف مواردى البحثية لاقامة جسر علمى بين جامعة لويزيفيل و الجامعات و المراكز المصرية، مثل جامعة العلمين الدولية بمدينة العلمين الجديدة و جامعة المنصورة و مركز غنيم للكلى. و نظرا لقدراتى التحكيمية العلمية المتميزة، فقد تم اختيارى فى 2018 كمقيم دولى في مجلس اعتماد برامج الهندسة والتكنولوجيا.
أيضًا ، تم تسميتى زميلًا لمؤسسة كولتر لتميزى فى الأبحاث الحيوية الانتقالية، و زميلا للمعهد الأمريكي للهندسة الطبية والبيولوجية لتميزى فى توظيف تقنيات الذكاء الاصطناعى للاهداف الطبية، و زميلا للأكاديمية الوطنية للمخترعين لتعدد براءات الاختراع التى حصلت عليها في مجال الطب الحيوي. وعلى مدار ما يقرب من عقدين من الخبرة العلمية في مجالات نمذجة التصوير الحيوي وأنظمة التشخيص بمساعدة الكمبيوتر، قمت بتأليف أكثر من 700 مؤلف تقني حيث قمت بنشر 174 مقال فى المجلات العلمية و 44 كتابًا و 95 فصلًا في كتاب و 255 ورقة بحثية و 198 ملخصًا فى المؤتمرات العلمية ، بالاضافة الى 38 براءة اختراع واكتشاف أمريكي.