人工智能——骨科新的“头脑风暴”

姜仲博,郭艳波,吕文学,岳亮,王德恒,于宁,蔡余力*

(1.山东中医药大学,山东 济南 250013;2.山东中医药大学附属医院关节骨科,山东 济南 250014;3.荣成市中医院,山东 威海 264300)

人工智能(artificial intelligence,AI)是通过机器学习、人工神经网络(artificial neural network,ANN)等计算机算法研究人类大脑智能,模拟人脑活动,执行达到或超过人类表现的任务,最终实现计算机自主智能化活动[1]。

“人工智能”概念由John McCarthy于1956年首次提出[2],目前被广泛应用于药物鉴定、疾病诊断及手术规划等多个方面。人工智能通过深度学习技术构建“用户友好型”诊断网络,基于公共AI平台对疾病影像学资料进行分析,建立疾病诊断模型,提高脊柱骨折、肋骨骨折、骨关节炎等骨科常见疾病的诊出率及分期精准度,并对相关手术规划提供帮助[3-5]。除此之外,AI在骨科疑难疾病诊断中也具备较高应用价值,如利用背部图像开发深度学习算法,对脊柱侧弯进行分级,实现脊柱侧弯的无创化筛查和随访[6];将常规影像学资料与放射组学、代谢成像(metabolic imaging,MI)结合,完成对原发性骨肿瘤的分级诊断和肿瘤的复发和转移预测[7-8]。

人工智能在骨科中的应用不仅局限于此,数字可视化技术和其他基于AI开创的智能系统为保证手术安全、规范手术操作和加快术后康复提供技术支持。AI手术规划系统在全髋关节置换术中的应用能够优化假体型号,预测吻合率,提高下肢长度,重建精准度,促进患肢偏心距恢复[9];脊柱外科手术中,机器人及导航系统提高了术者建立工作通道的安全性和准确性,减少了神经并发症发生率、增加了植入物固定性、缩短了手术时间及患者住院时间[10]。另外,将基于人工智能技术开发的高性能编辑图像系统与虚拟现实(virtual reality,VR)技术结合,在骨科医学教育、术中导航、术后康复领域发挥重要作用[11-12]:采用3D可视化技术及VR头戴显示器进行解剖学和手术教育,不仅缩短了学习时间,方便学习者以术者的视角观看手术,还能避免实践教学无法重复学习的弊端。在脊柱手术中使用3D全息图进行手术模拟/导航,可提高术中影像的共享性和即时性,降低手术风险[12]。

人工智能在骨科领域有巨大的应用潜力,在影像学诊断以及临床治疗决策中发挥着重要作用。将AI与多学科结合,构建新的疾病诊断模型,或将AI与机器人结合进行手术导航,成为目前最有前途的发展方向。但目前人工智能存在研究样本量不足、任务处理能力单一、临床训练数据质量不高以及使用价格较高等不足,随着AI设计理念的进步及相关学科的发展,未来的人工智能将在骨科领域拥有更广阔的前景,发挥更重要的作用。