人工智能
——骨科新的“頭腦風(fēng)暴”

姜仲博,郭艷波,呂文學(xué),岳亮,王德恒,于寧,蔡余力*

(1.山東中醫(yī)藥大學(xué),山東 濟(jì)南 250013;2.山東中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院關(guān)節(jié)骨科,山東 濟(jì)南 250014;3.榮成市中醫(yī)院,山東 威海 264300)

人工智能(artificial intelligence,AI)是通過機(jī)器學(xué)習(xí)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(artificial neural network,ANN)等計(jì)算機(jī)算法研究人類大腦智能,模擬人腦活動(dòng),執(zhí)行達(dá)到或超過人類表現(xiàn)的任務(wù),最終實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自主智能化活動(dòng)[1]。

“人工智能”概念由John McCarthy于1956年首次提出[2],目前被廣泛應(yīng)用于藥物鑒定、疾病診斷及手術(shù)規(guī)劃等多個(gè)方面。人工智能通過深度學(xué)習(xí)技術(shù)構(gòu)建“用戶友好型”診斷網(wǎng)絡(luò),基于公共AI平臺(tái)對(duì)疾病影像學(xué)資料進(jìn)行分析,建立疾病診斷模型,提高脊柱骨折、肋骨骨折、骨關(guān)節(jié)炎等骨科常見疾病的診出率及分期精準(zhǔn)度,并對(duì)相關(guān)手術(shù)規(guī)劃提供幫助[3-5]。除此之外,AI在骨科疑難疾病診斷中也具備較高應(yīng)用價(jià)值,如利用背部圖像開發(fā)深度學(xué)習(xí)算法,對(duì)脊柱側(cè)彎進(jìn)行分級(jí),實(shí)現(xiàn)脊柱側(cè)彎的無(wú)創(chuàng)化篩查和隨訪[6];將常規(guī)影像學(xué)資料與放射組學(xué)、代謝成像(metabolic imaging,MI)結(jié)合,完成對(duì)原發(fā)性骨腫瘤的分級(jí)診斷和腫瘤的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)[7-8]。

人工智能在骨科中的應(yīng)用不僅局限于此,數(shù)字可視化技術(shù)和其他基于AI開創(chuàng)的智能系統(tǒng)為保證手術(shù)安全、規(guī)范手術(shù)操作和加快術(shù)后康復(fù)提供技術(shù)支持。AI手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)在全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用能夠優(yōu)化假體型號(hào),預(yù)測(cè)吻合率,提高下肢長(zhǎng)度,重建精準(zhǔn)度,促進(jìn)患肢偏心距恢復(fù)[9];脊柱外科手術(shù)中,機(jī)器人及導(dǎo)航系統(tǒng)提高了術(shù)者建立工作通道的安全性和準(zhǔn)確性,減少了神經(jīng)并發(fā)癥發(fā)生率、增加了植入物固定性、縮短了手術(shù)時(shí)間及患者住院時(shí)間[10]。另外,將基于人工智能技術(shù)開發(fā)的高性能編輯圖像系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality,VR)技術(shù)結(jié)合,在骨科醫(yī)學(xué)教育、術(shù)中導(dǎo)航、術(shù)后康復(fù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用[11-12]:采用3D可視化技術(shù)及VR頭戴顯示器進(jìn)行解剖學(xué)和手術(shù)教育,不僅縮短了學(xué)習(xí)時(shí)間,方便學(xué)習(xí)者以術(shù)者的視角觀看手術(shù),還能避免實(shí)踐教學(xué)無(wú)法重復(fù)學(xué)習(xí)的弊端。在脊柱手術(shù)中使用3D全息圖進(jìn)行手術(shù)模擬/導(dǎo)航,可提高術(shù)中影像的共享性和即時(shí)性,降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)[12]。

人工智能在骨科領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力,在影像學(xué)診斷以及臨床治療決策中發(fā)揮著重要作用。將AI與多學(xué)科結(jié)合,構(gòu)建新的疾病診斷模型,或?qū)I與機(jī)器人結(jié)合進(jìn)行手術(shù)導(dǎo)航,成為目前最有前途的發(fā)展方向。但目前人工智能存在研究樣本量不足、任務(wù)處理能力單一、臨床訓(xùn)練數(shù)據(jù)質(zhì)量不高以及使用價(jià)格較高等不足,隨著AI設(shè)計(jì)理念的進(jìn)步及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展,未來(lái)的人工智能將在骨科領(lǐng)域擁有更廣闊的前景,發(fā)揮更重要的作用。