一种基于人工智能技术的运动损伤检测模型设计

毛颖

江西警察学院

一、人工智能技术在运动损伤检测中的发展状况

我国现代化医疗建设经历了 50 多年的快速发展，现如今取得的成绩显著，无论是医疗资源的质量、还是现代化程度都已经比肩中等发达国家的医疗水平。人工智能技术具有一个动态发展的过程，分为四个发展阶段，首先是人工智能1.0时代，通过计算机的推理演算，为后续发展提供基础支持，此时的人工智能1.0 时代获得初步成就，这一阶段许多科学家开发了多款国际象棋程序，并创造了在智力游戏中人类首次败给计算机的先河，此时人工智能技术引起了大众的广泛关注。接着是人工智能2.0时代，人工智能 2.0 技术快速发展的年代，人工智能技术获得了更高水平的发展，技术在应对知识的解决上和推理上都取得了比较成熟的理论和经验；然后来到了人工智能3.0时代，此阶段下，由于互联网的迅速发展，使得人工智能技术以及相关领域的应用都极大的发展壮大。

“人工智能”这一概念始于达特茅斯会议，经过后人对其理论和技术的不断完善，如今已经在社会各个领域中深入应用，智能技术的发展，迅速在全球掀起狂潮。其产生后发展的影响力已经蔓延到了各个领域中，其中涉足的领域有医疗、工业生产、交通、安保防盗安全、居家生活产品、休闲娱乐领域等，是当今全球经济和社会发展的重大变革。医疗领域的应用是其中最有发展前景的领域之一。现在已经有应用于运动损伤的人工智能技术有：智慧导诊技术、智慧院区管理技术、人工辅助诊断技术、CNN 细胞病理检测等人工智能医疗技术。可以实现就诊患者诊前自助式办理、医生利用人工智能设备对患者进行辅助性诊断、对于诊断周期长且复杂的医技诊断可由人工智能快速得出结论等等智慧化医疗就诊新场景。“智慧化”时代已经到来。其中医疗领域是人工智能技术的应用中是最有发展前景的领域之一。人工智能的应用将会给传统医疗体系带来翻天覆地的变化，所以有必要深入探究人工智能技术影响下运动损伤相对应的优化调整，进而快速适应时代发展及空间使用所需，我国医疗卫生主要问题是：其一，由于城镇化的快速发展，使得城市与乡村的医疗卫生服务水平的差距愈来愈大，医疗资源的分配愈来愈不均衡，农村或者偏远地区的医疗设施发展水平较低，人们日常医疗所需得不到及时、快速的解决，只能奔赴距离较远的大型医院就诊。那必然会导致城市中心的大型医院就诊压力过大。其二，随着人工智能技术的逐步发展，技术的快速进步，推动了医疗领域的人工智能技术的快速发展，国内人工智能技术在医院得到了广泛的应用和普及，随着智慧化技术的不断提升，应用技术的不断完善，医疗系统内的智慧化水平也将越来越高。其三，随着我国经济、技术的逐年快速发展，当下人们对生活质量的需求都在日益提高，对于医疗方面的需求也是越来越追求较高层次的医疗服务。不仅对就诊模式有要求，人们对于优质医疗和健康管理的高质量追求的愿望也愈发强烈，以上因素都是推动人工智能技术在医疗领域的运动损伤中快速发展的主要驱动。

本文研究方式是基于现状存在的人工智能技术发展的一定程度的背景下，对未来医疗运动损伤的一种计划性、探索性的研究方式，是在了解到人工智能技术的发展程度后，预判未来应用到实际运动损伤后将会产生新的使用需求，进而引发的新的思考。

二、基于人工智能技术的运动损伤检测原理

（一）人工智能技术

基于对医疗门诊大厅空间中应用人工智能技术类型的整理、归纳，将应用于医院门诊大厅空间中的人工智能技术分为两类：一类是服务类人工智能机器，医院门诊大厅的服务管理领域的人工智能技术应用，即：直接影响门诊大厅空间使用的人工智能技术；服务类机器人主要应用于药局、人工窗口附近的大厅空间中，直接改变门诊大厅内的就诊行为进而影响门诊大厅空间改变，例如：门诊大厅内的智能导诊，可以跟患者交流，引导患者就诊，又例如，智能院区管理技术，可以构建一个实现医疗物资联通、医疗信息联通共享的高效运营的医疗模式，智能化机器运送物品、药品等。人工智能机器为附近的患者提供服务，但不是全程陪护式服务，其只能在固定的区域空间内活动，提供医疗服务，即：在一定区域内的可移动式服务，主要指导或示意患者所需解决的问题，或者方便患者就近办理所需手续。需要在门诊空间中留出指定活动区域来承载人工智能机器的日常工作空间。一般较大型医院适用此模式，可避免大量人工智能设备移动工作时占用公共空间。人工智能技术主要运用于以下几类：

（a）远程会诊技术：优质的医疗专家可通过网络数据的加载，与远距离患者取得交流，可远程进行医疗诊断，使得就诊形式不再受地域限制。

（b）智慧导诊：患者利用智慧化机器设备等，直接办理就诊相关业务，无须人工参与，利用先进的人工智能信息化手段，对患者就诊过程的每一步进行优化从简处理，使得患者就诊过程变得轻松，高效，是一种只需分析就能快速输出所需信息，一次快速、有效的推进患者接下来的就诊行为。

（c）人工智能辅助诊断技术：智慧化机器可以通过大数据来构建诊疗应用的具体场景，模拟真人医生对患者的病情及具体的病灶进行合理分析，为临床医生的诊断提供有利的决策依据，从而实现快速诊断，提出合理的治疗方案。此技术的目的是解决了影像科医生资源有限，无法服务更多患者的供需不平衡问题，并且，提高了诊断的精确性。

（二）运动损伤检测原理

以人运动时腿部受伤为例，腿一端遭受激励载荷作用时，假定被测腿沿截面的轴向应力分布是均匀的，当发生运动损伤时，腿的横截面总是维持在平面，这时在完整腿内部将会产生沿腿轴向传播的纵向导波。但是如果一旦被测腿，由于运动导致腿中出现裂纹、孔洞等缺陷损伤时，导波在被测腿中传播的过程中，在这些孔裂等缺陷处就会产生反射、折射、散射和导波模态转换等现象。大量的缺陷信息就会通过反射回波信号进行反馈，通过对反射回波信号的分析，就能判断出腿的缺陷具体位置和腿的损伤情况，同时腿的损伤程度，也能通过测量导波缺陷反射回波的幅值作出评定：

其中：I为缺陷距离信号接收端的距离，t为入射波和缺陷回波信号采集点接收到的时间差，C是导波检测的群速度，被检测结构的频散方程可以通过 MATLAB 软件求解，从而能计算出该导波模态下特定频率的速度，这样就能迅速地确定损伤程度。

三、基于人工智能技术的运动损伤检测模型设计方法

（一）模型设计参数选择

选择模型参数至关重要，因为模型结构的整体大小、加工制作的难易度在某种程度上依赖于模型参数的选择，而且还会影响后期研究设计的科学合理性。就试验的目的而言，要保证研究所关注的参数与主要参数具备相似关系，忽略一些无关紧要的参数。而且在模型的实际设计制作过程中设计完全理想的模型结构是很难实现的，整个制作设计过程还会受到许多限制，比如：受材料、空间等的限制。

（二）模型的目标函数

构造目标函数是影响有限元模型修正效果的最大因素。目标函数的构造通常会根据采用的状态变量性质来进行分类，目标函数的模型修正一般可分为单一动力、单一静力目标和联合静动力型，同时还可优化模型，分为多目标函数的模型优化和单目标函数的模型优化。

目标函数通常采用加权平方和的形式进行构造，这是基于静力目标函数的模型修正。在单一静力目标函数的模型修正过程中，构造静力目标函数所采用的参数为结构静力位移和精力应变。与静力应变对比，结构静力位移的测试更为简便，因为结构精力位移受环境因素的影响更小，这样就更容易提取有限元模型中位移参数，因此静力位移在单一静力目标函数模型修正中就成了最被专家学者青睐的一种静力参数。

四、基于人工智能技术的运动损伤检测模型设计实验

数据来源：

选择合适的材料进行相关实验，来验证基于人工智能技术的运动损伤检测模型的可行性，其相关数据如表1所示：

表1 Material model and related data

由表1可知，基于人工智能技术建立的运动损伤检测模型对参数化模型进行了修正，利用实测数据对修正效果进行了验证对比，结果表明修正效果较好，修正后的有限元模型与实际结构更加吻合，可以更好地检测运动损伤问题。

五、总结

随着社会经济、技术的快速发展，当下，运动损伤现存问题越来越显著，严重影响到公共就诊、治疗等就医问题。本课题就是在此背景下，以伴随人工智能技术发展，应用于医疗体系中的运动损伤为切入点，畅想在人工智能未来发展的不同阶段中，门诊大厅空间里医患行为会发生哪些改变。进而研究目前对于运动损伤检测技术会发生哪些改变，形成怎样的门诊新形式；并进行相关的实际调研，对综合医院运动损伤类门诊的发展进行进一步的探索，最终得出了基于人工智能技术建立的运动损伤检测模型，对医疗领域的运动损伤检测技术有很大的帮助与提高。