新突破!全球首例人工智能辅助全髋关节置换术在哈医大一院完成

2019-01-07 文章来源:骨科在线 点击量:6   我要说

日前,哈尔滨医科大学附属第一医院数字骨科应用人工智能深度学习技术,完成了全球首例人工智能辅助下全髋关节置换术。这标志着人工智能技术在骨科领域的一次全新突破,更是人工智能技术真正落地服务病患,帮助医生的又一重大进展。

人工全髋关节置换术(THA)被誉为“二十一世纪最成功的手术”, 虽然其并非高难度手术,但对于术者特别是年轻术者而言每一例患者都做到完美的精确重建仍有困难。术中和术后的并发症包括下肢不等长、脱位、骨折、神经损伤、假体松动、感染等仍然是髋关节置换手术主要存在的问题。更快的康复,术后患者更好的功能,更短的手术时间以及更长的假体使用寿命仍然是我们所追求的目标。本次手术患者马女士只有39岁,年轻且活动量大,关节置换后要求假体植入后正常“工作”数十年,这对大多数医生来说仍是不小的挑战。虽然面对挑战,但是由于马女士左侧髋关节发育不良并已经发生了严重的骨性关节炎,髋关节疼痛,跛行严重困扰着马女士。哈尔滨医科大学附属第一医院毕郑刚、耿硕手术团队仍决定为其行全髋关节置换术。

全髋关节置换术前规划是患者获得良好术后结果的一个重要步骤,术前规划也经历了从基于X光的乳酸胶片模板到数字化二维模板再到三维术前规划的演变过程,但是由于二维规划的准确性不高、三维规划操作繁琐等局限性,这些规划手段在我国并没有广泛开展,大部分医生仍然凭借着累积的经验做手术,而对于广大年轻术者,在没有完善术前规划的指导下,手术结果就变得难以预期。为了让医生得到更准确的规划方案,缩短年轻医生关节置换的学习曲线,让患者得到更精准,更高效的治疗,在骨科学科主任毕郑刚教授的带领下,由耿硕副主任主持,经过长时间的合作和研发,成功开发了一款基于人工智能技术的全髋关节置换术前规划系统(AI Planner)。

人工智能是近年来快速发展的一门新的技术科学,该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。其在诸多领域体现出的巨大优势使得人工智能成为当前研究的热点。AIPlanner利用了最前沿的骨科医学知识,结合顶尖的人工智能和软件系统工程技术,通过骨科大数据与深度学习,实现了计算机三维可视化重建骨骼模型、人工智能骨块分割、骨块空间位置校准、人工智能假体精准放置等关键技术,填补了国内空白,在国际上也处于领先地位。AIPlanner实现了髋关节置换手术的精准、快速的三维规划,关键手术参数的立体输出。同时AI Planner具有完全自主知识产权,为人工智能技术更好地服务于我国广大患者,同时提升整体医疗水平打下坚实的基础。

   此次应用AI Planner为马女士进行术前规划系世界首例人工智能辅助全髋关节置换术。AI Planner首先根据马女士真实薄扫CT数据实现了冠状断层、矢状断层、轴向断层和三维模型的立体全方位观察,同时AIPlanner自动计算出股骨前倾角、腿长差等重要解剖参数。据此,手术医生可以充分了解患者病情并正确估计手术难度。随后,应用人工智能技术,计算机自动识别分割股骨和骨盆,并选择正确型号的假体放在最佳的位置上。经过AI规划,马女士最适的髋臼杯为52号,股骨柄为7.5号。与手术密切相关的参数如截骨高度,腿长差、髋臼前倾角等也同时给出。

手术过程中,通过屏幕观察规划结果作为术中参照,做到真正的精准重建。术前预知假体型号,截骨位置等关键信息,术者做到心中有数,能最大程度地避免术中假体骨折,假体安放位置不合理导致术后脱位,术后双下肢不等长等手术相关并发症。手术十分顺利,仅经过1小时05分钟,马女士顺利完成了全髋关节置换术返回病房。


良好的手术结果和医护人员的精细化管理使得马女士术后第二天就可以尝试下床站立并逐步开始康复锻炼。据耿硕教授介绍,通过比对患者术后X片AI Planner的规划结果,马女士的手术完美地再现了术前规划的结果,假体位置良好,与骨面贴合良好,双下肢偏距和腿长相等。有理由相信,现代科技的助力将帮助更多像马女士这样的患者,让他们摆脱疾病的痛苦,获得健康而轻快的人生。

科技正悄然地改变着世界,哈医大一院骨科学科主任毕郑刚教授表示:“人工智能已经成为全球多学科的重要前沿技术,曾两次写进了政府工作报告,这说明了国家对AI技术的高度重视。这是一个全新的机遇,当然也面临着挑战,我们一直都在尝试创新AI在医疗领域的深度应用。此次手术的完美实施,充分说明了我们的努力没有白费,在这个领域已经取得了战略的制高点。相信不久的将来,这项技术一定会成为我国THA术前规划领域的一个亮点,造福更多的患者。”

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