人工智能在耳鼻咽喉及頭頸外科中的應用進展

付健（天津港口醫院,天津 300450）

耳鼻咽喉及頭頸外科診治范圍較廣，包括耳、鼻、咽、喉、頭頸，毗鄰頭部、眼部、頸部、氣管、食道、肺部等，與很多臨床科室都有廣泛的交流。其病患較多，治療及鑒別困難。隨著科技的進步與發展，醫療設備的不斷更新，臨床檢查及治療也更加的先進。人工智能不斷的發展及創新，促進耳鼻喉科也不斷更新新設備、新材料，為廣大患者的診治帶來了新的希望。現將耳鼻咽喉及頭頸外科中人工智能的應用情況總結如下。

1 3D打印技術在耳鼻咽喉頭頸外科中的應用

3D打印技術又被稱為增量制造技術，主要是通過特定設備，運用液態粉末或者其他固定材料實現打印的產品[1]。3D打印技術可形成具體化、可視化模型，逼真放映器官形態，這些模型可以幫助醫生更好地了解解剖及組織器官，方便醫生制定手術方案。提高個性化診斷及治療水平[2]。3D打印技術還可制定個性化植入體和醫療器械。生物打印是3D打印最前沿領域。

1.1 3D打印技術在耳科學中的應用 ①可制定個性化植入體。運用3D打印技術設計及制造助聽器，可滿足個性化需求。據報道，歐洲個性化助聽器的生產規模正在以30%的增長率增加。西門子等公司使用3D技術生產的助聽器成為產品主流。②個體化耳廓重建：Lee[3]等實現耳廓再造。唐玲[4]應用3D打印技術再造耳廓解剖亞結構清晰，重建耳廓形態逼真，其能優化個體化耳廓再造，為耳廓重建提供一種方法。③進行聽力重建[5]。通過3D打印技術完美還原聽骨鏈的自然形態，使人工鼓膜移植成為可能。④Rose[6]等在兒童中耳乳突膽脂瘤的術前模擬中應用3D打印技術取得一定成果。

1.2 3D打印技術在鼻顱底手術中的應用 近年來，影像引導下的鼻咽癌腔內高劑量率三維后裝放療在殘留鼻咽癌中也取得了很好的療效[7]。Ren[8]等報道了鼻咽癌三維后裝計劃GTV推量療效好于二維對全鼻咽腔推量。湯軼強[9]等研究使用3D打印技術制作的個體化鼻咽腔內施源器。國內可以使用3D打印聯合影像導航系統輔助下進行內鏡鼻顱底手術。對鼻顱底腫瘤患者應用3D打印技術，建立患者三維復合虛擬模型，打印出實體模型，現代3D打印機可以打印出患者獨特的解剖模型和多種顏色的組件[10]。協助術者確定腫瘤位置、大小與周圍血管關系，實現個性化治療及精準治療和人工智能輔助。通過3D打印技術輔助用于鼻竇惡性腫瘤手術，可使手術醫師對病灶局部及其毗鄰結構關系有更詳盡了解。術前可以進行預演，調整術式[11]。

1.3 3D打印技術在喉部手術中的應用 田皞[12]等應用數字化聯合3D打印技術輔助病灶的切除與殘存喉的修復重建。術后進食，發音功能較好，恢復周期短，生活質量明顯提高，腫瘤學效果與環舌骨會厭吻合術效果相近。

1.4 3D打印技術在教學中的應用 耳鼻咽喉及頭頸外科專業性較強，各個器官的解剖結構較為復雜，3D打印的應用對耳鼻咽喉及頭頸外科的臨床教學起到了一定促進作用[13]。Preece D[14]等研究發現使用3D實體模型學習的學生對MRI片所示解剖結構及其毗鄰關系理解更深刻且持久。應用3D打印有利于快速掌握纖支鏡操作技能及制定個性化的插管方案，還有利于培養科研創新能力[15]。3D打印顳骨模型技術應用于耳鼻咽喉科臨床解剖教學，可明顯提高學生對教學的興趣和關切度，是教學方法及教學手段的有效補充[16]。除顳骨外，耳鼻咽喉領域還有諸多解剖模型的重建，包括腭裂仿真模型構建[17]。虛擬現實技術融入內鏡鼻竇手術[18]，鼻竇顱底外科模型等[19]。3D打印技術制作經鼻內鏡手術模型，能夠有效提高練習者的經鼻內鏡下操作技巧，有助于激發練習者的積極性。

1.5 3D打印技術在組織工程學中的應用 在耳鼻咽喉科領域，通過3D打印技術與組織工程技術相結合，在再生醫學、假體植入、缺損修補等方面實現多種人體組織的再生與重建。此外，應用國產高分子聚合物聚乳酸-羥基乙酸共聚物和可降解陶瓷β-磷酸三鈣，經3D打印技術制備PLGA 和β-TCP復合材料的組織工程支架，力求支架降解與成骨修復平衡[20]。

2 機器人在耳鼻咽喉及頭頸外科中的應用

機器人手術系統是一種輔助系統，將在耳鼻咽喉及頭頸外科中得到廣泛的應用。手術機器人[21]根據術中成像的不同，發揮的作用也不一樣，于淑東[22]等認為應用機器人手術與傳統內鏡手術相比，可增加手術活動的自由，減少震顫，同時能有三維視覺。

2.1 機器人在耳科手術的應用 目前人工耳蝸植入機器人的系統研究已經成為國際研究熱點及治療感音神經性耳聾的發展趨勢[23]。美國、法國、瑞士等國率先開展耳科機器人技術的研究，在人手震顫消除、微操作放大、提升操作姿勢舒適度等環節取得明顯優勢[24]。法國RobOetol手術機器人作為世界上第一款獲得臨床準入的耳科機器人輔助設備，2019年7月在法國、比利時等地投入使用[25]。國內也在應用耳科手術機器人（RobOetol）輔助實施人工耳蝸電極植入，效果良好，客觀實現電極的緩慢、無震顫植入，有利于實現人工耳蝸植入時的內耳精細結構保留及全鼓階植入。

2.2 機器人在咽喉及頭頸手術中的應用 利用達芬奇機器人手術系統經口入路進行咽喉部病變手術，在掌握好適應證的情況下，應用達芬奇機器人手術系統可以獨立完成多種類型的耳鼻咽喉及頭頸外科手術[26]。使用達芬奇機器人輔助進行咽旁間隙腫瘤切除，其比傳統手術創傷小，有一定優勢[27]。應用經口機器人外科手術可進行扁桃體切除術、舌根切除術、喉部纖維外科手術等，手術后效果良好[28]。機器人手術還可應用于頸胸部附加切口進路的甲狀腺及甲狀旁腺切除、頸清掃手術，還可應用于頭頸缺損修復重建中皮瓣的制備和縫合固定，復發性腫瘤的挽救手術[29]。

2.3 機器人輔助內窺鏡手術后的應用 在傳統鼻內鏡手術中，進展最大的是影像導航手術的應用。國外對內鏡機器人手術研究很多年。李克勇[30]課題組設計鼻內鏡支架作為機械臂雛形，使手術操作簡單，時間縮短并減少出血量。

3 神經導航技術在耳鼻咽喉及頭頸外科中的應用

手術導航系統是利用計算機在數字圖像處理及高精度測量計算方面的優勢，通過影像學提供圖像信息，幫助完成復雜、精確度高的手術。目前應用于耳鼻咽喉許多領域。Beswick[31]等認為，應用影像磁導航技術會減少患者手術并發癥的發生。Ye[32]等報道影像導航輔助鼻內窺鏡手術切除15例鼻顱底骨化纖維瘤患者，影像導航可以幫助縮短手術時間，減少出血。溫君鳳[33]等利用影像磁導航技術在鼻顱底外科內鏡手術中，可提高鼻顱底區域病變手術的準確性，實現精準治療。黃鑫[34]等采用多模態神經導航影像融合技術輔助神經內鏡經鼻碟入路治療垂體腺瘤手術，證明安全、有效，有助于術者精確定位。

4 生物雷達技術在耳鼻咽喉及頭頸外科中的應用

生物雷達技術[35]是指利用特殊雷達發射脈沖電磁波探尋生命體的一種新型雷達技術。分為連續波生物雷達和超寬帶生物雷達。此技術很可能成為未來臨床及應用的熱點。杭金國[36]等將超寬帶生物雷達技術應用于兒童阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征的診斷中。

5 其他人工智能在耳鼻咽喉及頭頸外科中的應用

計算流體力學[37]是借助計算機數值模擬和計算影像結果，對于流體流動和熱量傳導等相關物理現象的系統所做的分析。其可模擬與指導鼻竇手術，量化評估手術效果。研究領域涉及鼻腔生理功能及結構相關疾病。李樹華[38]等報道對1例OSAHS患者應用計算機流體力學物理參數上氣道建模，觀察呼吸道氣流及壓力，有助于了解病因，采取恰當診療方案。此外，窄帶成像及熒光分子成像技術也在耳鼻咽喉及頭頸外科領域得到應用。人工智能也有助于人工聽覺設備自動檢測及參數調試。

6 總結

隨著計算機科學的進步與迅猛發展，人類醫學已經開啟到人工智能時代。現在的醫學已經越來越向個性化、精確化、實用化發展。隨著疾病種類增多，治療難度加大，人們對醫療技術的要求也越來越高。目前診斷及治療的手段越來越豐富，人們對治療結果的期望值也越來越高，尤其對治療及手術的成功率、準確率、手術的復雜性及難度有更高的要求。在耳鼻咽喉及頭頸外科領域，人工智能已經應用到解剖模型教學、組織工程、耳鼻咽喉及顱底外科復雜的手術。同時利用計算機輔助精細化的操作、診斷、檢測等。新時代賦予耳鼻咽喉科學領域可遇不可失去的歷史機緣。我們期待人工智能在耳鼻咽喉及頭頸外科疾病的早發現、早診斷、早治療中做出更大的貢獻。今后在聽力學方面，能有效地改善聽力障礙；在鼻科學中，通過人工智能建立多維模型；在睡眠檢測領域及其他圖文檢測領域發揮更大的作用。或許在不久的將來，個性化的人工耳、人工喉、人工鼻將成為可能。超高難度及精細化手術將越來越普及，頭頸部腫瘤將不會成為困擾醫學專家的難題。