人工智能在耳鼻咽喉及頭頸外科中的應(yīng)用進(jìn)展

付健（天津港口醫(yī)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(jìn)步與發(fā)展，醫(yī)療設(shè)備的不斷更新，臨床檢查及治療也更加的先進(jìn)。人工智能不斷的發(fā)展及創(chuàng)新，促進(jìn)耳鼻喉科也不斷更新新設(shè)備、新材料，為廣大患者的診治帶來(lái)了新的希望。現(xiàn)將耳鼻咽喉及頭頸外科中人工智能的應(yīng)用情況總結(jié)如下。

1 3D打印技術(shù)在耳鼻咽喉頭頸外科中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)又被稱為增量制造技術(shù)，主要是通過特定設(shè)備，運(yùn)用液態(tài)粉末或者其他固定材料實(shí)現(xiàn)打印的產(chǎn)品[1]。3D打印技術(shù)可形成具體化、可視化模型，逼真放映器官形態(tài)，這些模型可以幫助醫(yī)生更好地了解解剖及組織器官，方便醫(yī)生制定手術(shù)方案。提高個(gè)性化診斷及治療水平[2]。3D打印技術(shù)還可制定個(gè)性化植入體和醫(yī)療器械。生物打印是3D打印最前沿領(lǐng)域。

1.1 3D打印技術(shù)在耳科學(xué)中的應(yīng)用 ①可制定個(gè)性化植入體。運(yùn)用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)及制造助聽器，可滿足個(gè)性化需求。據(jù)報(bào)道，歐洲個(gè)性化助聽器的生產(chǎn)規(guī)模正在以30%的增長(zhǎng)率增加。西門子等公司使用3D技術(shù)生產(chǎn)的助聽器成為產(chǎn)品主流。②個(gè)體化耳廓重建：Lee[3]等實(shí)現(xiàn)耳廓再造。唐玲[4]應(yīng)用3D打印技術(shù)再造耳廓解剖亞結(jié)構(gòu)清晰，重建耳廓形態(tài)逼真，其能優(yōu)化個(gè)體化耳廓再造，為耳廓重建提供一種方法。③進(jìn)行聽力重建[5]。通過3D打印技術(shù)完美還原聽骨鏈的自然形態(tài)，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(shù)前模擬中應(yīng)用3D打印技術(shù)取得一定成果。

1.2 3D打印技術(shù)在鼻顱底手術(shù)中的應(yīng)用 近年來(lái)，影像引導(dǎo)下的鼻咽癌腔內(nèi)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(bào)道了鼻咽癌三維后裝計(jì)劃GTV推量療效好于二維對(duì)全鼻咽腔推量。湯軼強(qiáng)[9]等研究使用3D打印技術(shù)制作的個(gè)體化鼻咽腔內(nèi)施源器。國(guó)內(nèi)可以使用3D打印聯(lián)合影像導(dǎo)航系統(tǒng)輔助下進(jìn)行內(nèi)鏡鼻顱底手術(shù)。對(duì)鼻顱底腫瘤患者應(yīng)用3D打印技術(shù)，建立患者三維復(fù)合虛擬模型，打印出實(shí)體模型，現(xiàn)代3D打印機(jī)可以打印出患者獨(dú)特的解剖模型和多種顏色的組件[10]。協(xié)助術(shù)者確定腫瘤位置、大小與周圍血管關(guān)系，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化治療及精準(zhǔn)治療和人工智能輔助。通過3D打印技術(shù)輔助用于鼻竇惡性腫瘤手術(shù)，可使手術(shù)醫(yī)師對(duì)病灶局部及其毗鄰結(jié)構(gòu)關(guān)系有更詳盡了解。術(shù)前可以進(jìn)行預(yù)演，調(diào)整術(shù)式[11]。

1.3 3D打印技術(shù)在喉部手術(shù)中的應(yīng)用 田皞[12]等應(yīng)用數(shù)字化聯(lián)合3D打印技術(shù)輔助病灶的切除與殘存喉的修復(fù)重建。術(shù)后進(jìn)食，發(fā)音功能較好，恢復(fù)周期短，生活質(zhì)量明顯提高，腫瘤學(xué)效果與環(huán)舌骨會(huì)厭吻合術(shù)效果相近。

1.4 3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用 耳鼻咽喉及頭頸外科專業(yè)性較強(qiáng)，各個(gè)器官的解剖結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，3D打印的應(yīng)用對(duì)耳鼻咽喉及頭頸外科的臨床教學(xué)起到了一定促進(jìn)作用[13]。Preece D[14]等研究發(fā)現(xiàn)使用3D實(shí)體模型學(xué)習(xí)的學(xué)生對(duì)MRI片所示解剖結(jié)構(gòu)及其毗鄰關(guān)系理解更深刻且持久。應(yīng)用3D打印有利于快速掌握纖支鏡操作技能及制定個(gè)性化的插管方案，還有利于培養(yǎng)科研創(chuàng)新能力[15]。3D打印顳骨模型技術(shù)應(yīng)用于耳鼻咽喉科臨床解剖教學(xué)，可明顯提高學(xué)生對(duì)教學(xué)的興趣和關(guān)切度，是教學(xué)方法及教學(xué)手段的有效補(bǔ)充[16]。除顳骨外，耳鼻咽喉領(lǐng)域還有諸多解剖模型的重建，包括腭裂仿真模型構(gòu)建[17]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入內(nèi)鏡鼻竇手術(shù)[18]，鼻竇顱底外科模型等[19]。3D打印技術(shù)制作經(jīng)鼻內(nèi)鏡手術(shù)模型，能夠有效提高練習(xí)者的經(jīng)鼻內(nèi)鏡下操作技巧，有助于激發(fā)練習(xí)者的積極性。

1.5 3D打印技術(shù)在組織工程學(xué)中的應(yīng)用 在耳鼻咽喉科領(lǐng)域，通過3D打印技術(shù)與組織工程技術(shù)相結(jié)合，在再生醫(yī)學(xué)、假體植入、缺損修補(bǔ)等方面實(shí)現(xiàn)多種人體組織的再生與重建。此外，應(yīng)用國(guó)產(chǎn)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(jīng)3D打印技術(shù)制備PLGA 和β-TCP復(fù)合材料的組織工程支架，力求支架降解與成骨修復(fù)平衡[20]。

2 機(jī)器人在耳鼻咽喉及頭頸外科中的應(yīng)用

機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)是一種輔助系統(tǒng)，將在耳鼻咽喉及頭頸外科中得到廣泛的應(yīng)用。手術(shù)機(jī)器人[21]根據(jù)術(shù)中成像的不同，發(fā)揮的作用也不一樣，于淑東[22]等認(rèn)為應(yīng)用機(jī)器人手術(shù)與傳統(tǒng)內(nèi)鏡手術(shù)相比，可增加手術(shù)活動(dòng)的自由，減少震顫，同時(shí)能有三維視覺。

2.1 機(jī)器人在耳科手術(shù)的應(yīng)用 目前人工耳蝸植入機(jī)器人的系統(tǒng)研究已經(jīng)成為國(guó)際研究熱點(diǎn)及治療感音神經(jīng)性耳聾的發(fā)展趨勢(shì)[23]。美國(guó)、法國(guó)、瑞士等國(guó)率先開展耳科機(jī)器人技術(shù)的研究，在人手震顫消除、微操作放大、提升操作姿勢(shì)舒適度等環(huán)節(jié)取得明顯優(yōu)勢(shì)[24]。法國(guó)RobOetol手術(shù)機(jī)器人作為世界上第一款獲得臨床準(zhǔn)入的耳科機(jī)器人輔助設(shè)備，2019年7月在法國(guó)、比利時(shí)等地投入使用[25]。國(guó)內(nèi)也在應(yīng)用耳科手術(shù)機(jī)器人（RobOetol）輔助實(shí)施人工耳蝸電極植入，效果良好，客觀實(shí)現(xiàn)電極的緩慢、無(wú)震顫植入，有利于實(shí)現(xiàn)人工耳蝸植入時(shí)的內(nèi)耳精細(xì)結(jié)構(gòu)保留及全鼓階植入。

2.2 機(jī)器人在咽喉及頭頸手術(shù)中的應(yīng)用 利用達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)經(jīng)口入路進(jìn)行咽喉部病變手術(shù)，在掌握好適應(yīng)證的情況下，應(yīng)用達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)可以獨(dú)立完成多種類型的耳鼻咽喉及頭頸外科手術(shù)[26]。使用達(dá)芬奇機(jī)器人輔助進(jìn)行咽旁間隙腫瘤切除，其比傳統(tǒng)手術(shù)創(chuàng)傷小，有一定優(yōu)勢(shì)[27]。應(yīng)用經(jīng)口機(jī)器人外科手術(shù)可進(jìn)行扁桃體切除術(shù)、舌根切除術(shù)、喉部纖維外科手術(shù)等，手術(shù)后效果良好[28]。機(jī)器人手術(shù)還可應(yīng)用于頸胸部附加切口進(jìn)路的甲狀腺及甲狀旁腺切除、頸清掃手術(shù)，還可應(yīng)用于頭頸缺損修復(fù)重建中皮瓣的制備和縫合固定，復(fù)發(fā)性腫瘤的挽救手術(shù)[29]。

2.3 機(jī)器人輔助內(nèi)窺鏡手術(shù)后的應(yīng)用 在傳統(tǒng)鼻內(nèi)鏡手術(shù)中，進(jìn)展最大的是影像導(dǎo)航手術(shù)的應(yīng)用。國(guó)外對(duì)內(nèi)鏡機(jī)器人手術(shù)研究很多年。李克勇[30]課題組設(shè)計(jì)鼻內(nèi)鏡支架作為機(jī)械臂雛形，使手術(shù)操作簡(jiǎn)單，時(shí)間縮短并減少出血量。

3 神經(jīng)導(dǎo)航技術(shù)在耳鼻咽喉及頭頸外科中的應(yīng)用

手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)在數(shù)字圖像處理及高精度測(cè)量計(jì)算方面的優(yōu)勢(shì)，通過影像學(xué)提供圖像信息，幫助完成復(fù)雜、精確度高的手術(shù)。目前應(yīng)用于耳鼻咽喉許多領(lǐng)域。Beswick[31]等認(rèn)為，應(yīng)用影像磁導(dǎo)航技術(shù)會(huì)減少患者手術(shù)并發(fā)癥的發(fā)生。Ye[32]等報(bào)道影像導(dǎo)航輔助鼻內(nèi)窺鏡手術(shù)切除15例鼻顱底骨化纖維瘤患者，影像導(dǎo)航可以幫助縮短手術(shù)時(shí)間，減少出血。溫君鳳[33]等利用影像磁導(dǎo)航技術(shù)在鼻顱底外科內(nèi)鏡手術(shù)中，可提高鼻顱底區(qū)域病變手術(shù)的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治療。黃鑫[34]等采用多模態(tài)神經(jīng)導(dǎo)航影像融合技術(shù)輔助神經(jīng)內(nèi)鏡經(jīng)鼻碟入路治療垂體腺瘤手術(shù)，證明安全、有效，有助于術(shù)者精確定位。

4 生物雷達(dá)技術(shù)在耳鼻咽喉及頭頸外科中的應(yīng)用

生物雷達(dá)技術(shù)[35]是指利用特殊雷達(dá)發(fā)射脈沖電磁波探尋生命體的一種新型雷達(dá)技術(shù)。分為連續(xù)波生物雷達(dá)和超寬帶生物雷達(dá)。此技術(shù)很可能成為未來(lái)臨床及應(yīng)用的熱點(diǎn)。杭金國(guó)[36]等將超寬帶生物雷達(dá)技術(shù)應(yīng)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(yīng)用

計(jì)算流體力學(xué)[37]是借助計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬和計(jì)算影像結(jié)果，對(duì)于流體流動(dòng)和熱量傳導(dǎo)等相關(guān)物理現(xiàn)象的系統(tǒng)所做的分析。其可模擬與指導(dǎo)鼻竇手術(shù)，量化評(píng)估手術(shù)效果。研究領(lǐng)域涉及鼻腔生理功能及結(jié)構(gòu)相關(guān)疾病。李樹華[38]等報(bào)道對(duì)1例OSAHS患者應(yīng)用計(jì)算機(jī)流體力學(xué)物理參數(shù)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(dāng)診療方案。此外，窄帶成像及熒光分子成像技術(shù)也在耳鼻咽喉及頭頸外科領(lǐng)域得到應(yīng)用。人工智能也有助于人工聽覺設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)及參數(shù)調(diào)試。

6 總結(jié)

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的進(jìn)步與迅猛發(fā)展，人類醫(yī)學(xué)已經(jīng)開啟到人工智能時(shí)代?，F(xiàn)在的醫(yī)學(xué)已經(jīng)越來(lái)越向個(gè)性化、精確化、實(shí)用化發(fā)展。隨著疾病種類增多，治療難度加大，人們對(duì)醫(yī)療技術(shù)的要求也越來(lái)越高。目前診斷及治療的手段越來(lái)越豐富，人們對(duì)治療結(jié)果的期望值也越來(lái)越高，尤其對(duì)治療及手術(shù)的成功率、準(zhǔn)確率、手術(shù)的復(fù)雜性及難度有更高的要求。在耳鼻咽喉及頭頸外科領(lǐng)域，人工智能已經(jīng)應(yīng)用到解剖模型教學(xué)、組織工程、耳鼻咽喉及顱底外科復(fù)雜的手術(shù)。同時(shí)利用計(jì)算機(jī)輔助精細(xì)化的操作、診斷、檢測(cè)等。新時(shí)代賦予耳鼻咽喉科學(xué)領(lǐng)域可遇不可失去的歷史機(jī)緣。我們期待人工智能在耳鼻咽喉及頭頸外科疾病的早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療中做出更大的貢獻(xiàn)。今后在聽力學(xué)方面，能有效地改善聽力障礙；在鼻科學(xué)中，通過人工智能建立多維模型；在睡眠檢測(cè)領(lǐng)域及其他圖文檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用?；蛟S在不久的將來(lái)，個(gè)性化的人工耳、人工喉、人工鼻將成為可能。超高難度及精細(xì)化手術(shù)將越來(lái)越普及，頭頸部腫瘤將不會(huì)成為困擾醫(yī)學(xué)專家的難題。