人工智能
——骨科新的“頭腦風暴”

姜仲博,郭艷波,呂文學,岳亮,王德恒,于寧,蔡余力*

(1.山東中醫藥大學,山東 濟南 250013;2.山東中醫藥大學附屬醫院關節骨科,山東 濟南 250014;3.榮成市中醫院,山東 威海 264300)

人工智能(artificial intelligence,AI)是通過機器學習、人工神經網絡(artificial neural network,ANN)等計算機算法研究人類大腦智能,模擬人腦活動,執行達到或超過人類表現的任務,最終實現計算機自主智能化活動[1]。

“人工智能”概念由John McCarthy于1956年首次提出[2],目前被廣泛應用于藥物鑒定、疾病診斷及手術規劃等多個方面。人工智能通過深度學習技術構建“用戶友好型”診斷網絡,基于公共AI平臺對疾病影像學資料進行分析,建立疾病診斷模型,提高脊柱骨折、肋骨骨折、骨關節炎等骨科常見疾病的診出率及分期精準度,并對相關手術規劃提供幫助[3-5]。除此之外,AI在骨科疑難疾病診斷中也具備較高應用價值,如利用背部圖像開發深度學習算法,對脊柱側彎進行分級,實現脊柱側彎的無創化篩查和隨訪[6];將常規影像學資料與放射組學、代謝成像(metabolic imaging,MI)結合,完成對原發性骨腫瘤的分級診斷和腫瘤的復發和轉移預測[7-8]。

人工智能在骨科中的應用不僅局限于此,數字可視化技術和其他基于AI開創的智能系統為保證手術安全、規范手術操作和加快術后康復提供技術支持。AI手術規劃系統在全髖關節置換術中的應用能夠優化假體型號,預測吻合率,提高下肢長度,重建精準度,促進患肢偏心距恢復[9];脊柱外科手術中,機器人及導航系統提高了術者建立工作通道的安全性和準確性,減少了神經并發癥發生率、增加了植入物固定性、縮短了手術時間及患者住院時間[10]。另外,將基于人工智能技術開發的高性能編輯圖像系統與虛擬現實(virtual reality,VR)技術結合,在骨科醫學教育、術中導航、術后康復領域發揮重要作用[11-12]:采用3D可視化技術及VR頭戴顯示器進行解剖學和手術教育,不僅縮短了學習時間,方便學習者以術者的視角觀看手術,還能避免實踐教學無法重復學習的弊端。在脊柱手術中使用3D全息圖進行手術模擬/導航,可提高術中影像的共享性和即時性,降低手術風險[12]。

人工智能在骨科領域有巨大的應用潛力,在影像學診斷以及臨床治療決策中發揮著重要作用。將AI與多學科結合,構建新的疾病診斷模型,或將AI與機器人結合進行手術導航,成為目前最有前途的發展方向。但目前人工智能存在研究樣本量不足、任務處理能力單一、臨床訓練數據質量不高以及使用價格較高等不足,隨著AI設計理念的進步及相關學科的發展,未來的人工智能將在骨科領域擁有更廣闊的前景,發揮更重要的作用。