人工智能助力治疗骨创伤

参考消息网3月14日报道 据法国《观点》周刊网站3月10日报道，如果推开尼斯教学医疗中心肩外科主任马克-奥利维耶·戈西医生手术室的门，会发现他的姿势非常奇特：他戴着虚拟现实头盔，一边查看全息图像，一边在空中比划。看似游戏，实则严肃。他所在的部门看好人工智能和计算机辅助手术，以尽可能有效地“修复”骨创伤患者，并确保他们在术后有更好的生活质量。这就是“骨重塑”项目的目标，该项目由尼斯教学医疗中心牵头，并与法国计算机科学和自动化研究所、法国国家健康与医学研究院、巴斯德研究所、巴黎公立医院联盟和几家工业合作伙伴开展合作。

近15年来，戈西一直在将人工智能纳入实践。但主要是在门诊手术操作中，在这类手术中，使用建模和模拟工具已变得司空见惯。戈西医生解释说：“我们所说的门诊手术是指非紧急手术，通常与退行性病变或体育活动有关。典型的例子是为老年人安装肩关节假体或为运动员进行肩关节稳定术。”挑战在于如何将矫形外科取得的进步应用到创伤外科，并将其提高到同样的质量标准。

实际上，复杂骨折复位术后的后遗症风险，以及不得不接受进一步所谓的翻修手术的可能性，都与主刀医生的经验直接相关。问题是，这些手术都是最复杂的手术，却通常由经验不是很丰富的医生来做。“这类手术通常会交给年轻的外科医生，因为有紧急状况，会需要夜班。”但人工智能或将很快就能为这些年轻外科医生提供支持。

如今，在常规手术中对肩部、骨盆或胫骨骨折实施手术时，医生们依靠的是现有的影像资料——X光片和扫描——和自己的经验。他们还会借鉴同事的经验，在每日例会上讨论临床病例。戈西指出：“对于要采用的手术方案，往往有多少医生就有多少意见，这证明没有共识。”人工智能或许可以让所有人达成一致。

在“骨重塑”项目中，“真实”手术之前要进行另一种手术，即计算机手术。计算机和应用数学研究员、“骨重塑”项目合作伙伴埃尔韦·德兰热特解释说：“这一步骤的目的是为病人建立一个数字孪生体，也就是创建一个病人解剖结构的虚拟三维模型，来进行预测和模拟治疗方案。”计算机技术人员通过对骨折处进行扫描来创建数字孪生体，即3D体积图像。

然后就是机器学习的问题了。德兰热特说：“我们教算法检测图像中的骨折，比如胫骨平台骨折。然后教它用分散的碎片拼图，重现胫骨平台在骨折前的状态。最后，我们得到骨骼结构的重建图。”在计算机手术阶段，医生可以更好地了解临床情况和手术时病人的情况，通过预测手术效果和并发症风险来筹划手术。

在创伤学领域，一切都必须快速进行。这就是与筹划外科手术的不同之处。戈西指出：“筹划外科手术需要三到四周的时间来制作数字孪生体。我们要调动很多工程师对图像进行人工干预。当病人来到急诊室时，是没有这样的时间的。”必要的提速是需要克服的技术壁垒，“骨重塑”项目因此获得了法国国家科研署830万欧元的资助。德兰热特补充说：“鉴于我们必须在最短的时间内完成所有工作，我们需要尽可能实现孪生体设计自动化。如今，仍然经常需要人工干预：例如，算法会提供几种可能的骨骼形态，通常要靠控制台后面的医生或技术人员决定。”完全自动化是“骨重塑”项目未来五年的目标。

数字孪生体还可以用于在手术室跟进手术状况并提供协助。德兰热特说：“事先规划好的骨修复方案的三维图像通过虚拟现实头盔投射给医生。确切地说，医生在观察手术区域和病人的同时，还能在视网膜上看到要重建的骨结构形态。他所需要的所有数据都可以通过虚拟方式获得，而无需操作计算机。”

从长远来看，数字孪生体不会成为医生的操作指南，而会成为机器人的操作指南，因为机器人的手术操作更加精准。戈西说：“外科医生将使用混合现实技术和元宇宙环境。换句话说，他们将连接到一个虚拟平台，在这个平台上，他们可以获取进行手术所需的方方面面，包括由远程服务器上的人工智能实时处理的图像。这是一个相当未来主义的愿景。”（编译/赵可心）