人工智能在耳鼻咽喉及头颈外科中的应用进展

付健（天津港口医院,天津 300450）

耳鼻咽喉及头颈外科诊治范围较广，包括耳、鼻、咽、喉、头颈，毗邻头部、眼部、颈部、气管、食道、肺部等，与很多临床科室都有广泛的交流。其病患较多，治疗及鉴别困难。随着科技的进步与发展，医疗设备的不断更新，临床检查及治疗也更加的先进。人工智能不断的发展及创新，促进耳鼻喉科也不断更新新设备、新材料，为广大患者的诊治带来了新的希望。现将耳鼻咽喉及头颈外科中人工智能的应用情况总结如下。

1 3D打印技术在耳鼻咽喉头颈外科中的应用

3D打印技术又被称为增量制造技术，主要是通过特定设备，运用液态粉末或者其他固定材料实现打印的产品[1]。3D打印技术可形成具体化、可视化模型，逼真放映器官形态，这些模型可以帮助医生更好地了解解剖及组织器官，方便医生制定手术方案。提高个性化诊断及治疗水平[2]。3D打印技术还可制定个性化植入体和医疗器械。生物打印是3D打印最前沿领域。

1.1 3D打印技术在耳科学中的应用 ①可制定个性化植入体。运用3D打印技术设计及制造助听器，可满足个性化需求。据报道，欧洲个性化助听器的生产规模正在以30%的增长率增加。西门子等公司使用3D技术生产的助听器成为产品主流。②个体化耳廓重建：Lee[3]等实现耳廓再造。唐玲[4]应用3D打印技术再造耳廓解剖亚结构清晰，重建耳廓形态逼真，其能优化个体化耳廓再造，为耳廓重建提供一种方法。③进行听力重建[5]。通过3D打印技术完美还原听骨链的自然形态，使人工鼓膜移植成为可能。④Rose[6]等在儿童中耳乳突胆脂瘤的术前模拟中应用3D打印技术取得一定成果。

1.2 3D打印技术在鼻颅底手术中的应用 近年来，影像引导下的鼻咽癌腔内高剂量率三维后装放疗在残留鼻咽癌中也取得了很好的疗效[7]。Ren[8]等报道了鼻咽癌三维后装计划GTV推量疗效好于二维对全鼻咽腔推量。汤轶强[9]等研究使用3D打印技术制作的个体化鼻咽腔内施源器。国内可以使用3D打印联合影像导航系统辅助下进行内镜鼻颅底手术。对鼻颅底肿瘤患者应用3D打印技术，建立患者三维复合虚拟模型，打印出实体模型，现代3D打印机可以打印出患者独特的解剖模型和多种颜色的组件[10]。协助术者确定肿瘤位置、大小与周围血管关系，实现个性化治疗及精准治疗和人工智能辅助。通过3D打印技术辅助用于鼻窦恶性肿瘤手术，可使手术医师对病灶局部及其毗邻结构关系有更详尽了解。术前可以进行预演，调整术式[11]。

1.3 3D打印技术在喉部手术中的应用 田皞[12]等应用数字化联合3D打印技术辅助病灶的切除与残存喉的修复重建。术后进食，发音功能较好，恢复周期短，生活质量明显提高，肿瘤学效果与环舌骨会厌吻合术效果相近。

1.4 3D打印技术在教学中的应用 耳鼻咽喉及头颈外科专业性较强，各个器官的解剖结构较为复杂，3D打印的应用对耳鼻咽喉及头颈外科的临床教学起到了一定促进作用[13]。Preece D[14]等研究发现使用3D实体模型学习的学生对MRI片所示解剖结构及其毗邻关系理解更深刻且持久。应用3D打印有利于快速掌握纤支镜操作技能及制定个性化的插管方案，还有利于培养科研创新能力[15]。3D打印颞骨模型技术应用于耳鼻咽喉科临床解剖教学，可明显提高学生对教学的兴趣和关切度，是教学方法及教学手段的有效补充[16]。除颞骨外，耳鼻咽喉领域还有诸多解剖模型的重建，包括腭裂仿真模型构建[17]。虚拟现实技术融入内镜鼻窦手术[18]，鼻窦颅底外科模型等[19]。3D打印技术制作经鼻内镜手术模型，能够有效提高练习者的经鼻内镜下操作技巧，有助于激发练习者的积极性。

1.5 3D打印技术在组织工程学中的应用 在耳鼻咽喉科领域，通过3D打印技术与组织工程技术相结合，在再生医学、假体植入、缺损修补等方面实现多种人体组织的再生与重建。此外，应用国产高分子聚合物聚乳酸-羟基乙酸共聚物和可降解陶瓷β-磷酸三钙，经3D打印技术制备PLGA 和β-TCP复合材料的组织工程支架，力求支架降解与成骨修复平衡[20]。

2 机器人在耳鼻咽喉及头颈外科中的应用

机器人手术系统是一种辅助系统，将在耳鼻咽喉及头颈外科中得到广泛的应用。手术机器人[21]根据术中成像的不同，发挥的作用也不一样，于淑东[22]等认为应用机器人手术与传统内镜手术相比，可增加手术活动的自由，减少震颤，同时能有三维视觉。

2.1 机器人在耳科手术的应用 目前人工耳蜗植入机器人的系统研究已经成为国际研究热点及治疗感音神经性耳聋的发展趋势[23]。美国、法国、瑞士等国率先开展耳科机器人技术的研究，在人手震颤消除、微操作放大、提升操作姿势舒适度等环节取得明显优势[24]。法国RobOetol手术机器人作为世界上第一款获得临床准入的耳科机器人辅助设备，2019年7月在法国、比利时等地投入使用[25]。国内也在应用耳科手术机器人（RobOetol）辅助实施人工耳蜗电极植入，效果良好，客观实现电极的缓慢、无震颤植入，有利于实现人工耳蜗植入时的内耳精细结构保留及全鼓阶植入。

2.2 机器人在咽喉及头颈手术中的应用 利用达芬奇机器人手术系统经口入路进行咽喉部病变手术，在掌握好适应证的情况下，应用达芬奇机器人手术系统可以独立完成多种类型的耳鼻咽喉及头颈外科手术[26]。使用达芬奇机器人辅助进行咽旁间隙肿瘤切除，其比传统手术创伤小，有一定优势[27]。应用经口机器人外科手术可进行扁桃体切除术、舌根切除术、喉部纤维外科手术等，手术后效果良好[28]。机器人手术还可应用于颈胸部附加切口进路的甲状腺及甲状旁腺切除、颈清扫手术，还可应用于头颈缺损修复重建中皮瓣的制备和缝合固定，复发性肿瘤的挽救手术[29]。

2.3 机器人辅助内窥镜手术后的应用 在传统鼻内镜手术中，进展最大的是影像导航手术的应用。国外对内镜机器人手术研究很多年。李克勇[30]课题组设计鼻内镜支架作为机械臂雏形，使手术操作简单，时间缩短并减少出血量。

3 神经导航技术在耳鼻咽喉及头颈外科中的应用

手术导航系统是利用计算机在数字图像处理及高精度测量计算方面的优势，通过影像学提供图像信息，帮助完成复杂、精确度高的手术。目前应用于耳鼻咽喉许多领域。Beswick[31]等认为，应用影像磁导航技术会减少患者手术并发症的发生。Ye[32]等报道影像导航辅助鼻内窥镜手术切除15例鼻颅底骨化纤维瘤患者，影像导航可以帮助缩短手术时间，减少出血。温君凤[33]等利用影像磁导航技术在鼻颅底外科内镜手术中，可提高鼻颅底区域病变手术的准确性，实现精准治疗。黄鑫[34]等采用多模态神经导航影像融合技术辅助神经内镜经鼻碟入路治疗垂体腺瘤手术，证明安全、有效，有助于术者精确定位。

4 生物雷达技术在耳鼻咽喉及头颈外科中的应用

生物雷达技术[35]是指利用特殊雷达发射脉冲电磁波探寻生命体的一种新型雷达技术。分为连续波生物雷达和超宽带生物雷达。此技术很可能成为未来临床及应用的热点。杭金国[36]等将超宽带生物雷达技术应用于儿童阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征的诊断中。

5 其他人工智能在耳鼻咽喉及头颈外科中的应用

计算流体力学[37]是借助计算机数值模拟和计算影像结果，对于流体流动和热量传导等相关物理现象的系统所做的分析。其可模拟与指导鼻窦手术，量化评估手术效果。研究领域涉及鼻腔生理功能及结构相关疾病。李树华[38]等报道对1例OSAHS患者应用计算机流体力学物理参数上气道建模，观察呼吸道气流及压力，有助于了解病因，采取恰当诊疗方案。此外，窄带成像及荧光分子成像技术也在耳鼻咽喉及头颈外科领域得到应用。人工智能也有助于人工听觉设备自动检测及参数调试。

6 总结

随着计算机科学的进步与迅猛发展，人类医学已经开启到人工智能时代。现在的医学已经越来越向个性化、精确化、实用化发展。随着疾病种类增多，治疗难度加大，人们对医疗技术的要求也越来越高。目前诊断及治疗的手段越来越丰富，人们对治疗结果的期望值也越来越高，尤其对治疗及手术的成功率、准确率、手术的复杂性及难度有更高的要求。在耳鼻咽喉及头颈外科领域，人工智能已经应用到解剖模型教学、组织工程、耳鼻咽喉及颅底外科复杂的手术。同时利用计算机辅助精细化的操作、诊断、检测等。新时代赋予耳鼻咽喉科学领域可遇不可失去的历史机缘。我们期待人工智能在耳鼻咽喉及头颈外科疾病的早发现、早诊断、早治疗中做出更大的贡献。今后在听力学方面，能有效地改善听力障碍；在鼻科学中，通过人工智能建立多维模型；在睡眠检测领域及其他图文检测领域发挥更大的作用。或许在不久的将来，个性化的人工耳、人工喉、人工鼻将成为可能。超高难度及精细化手术将越来越普及，头颈部肿瘤将不会成为困扰医学专家的难题。