基于人工智能技術(shù)的口腔醫(yī)學(xué)應(yīng)用與研究進(jìn)展

孫宏亮

(沈陽(yáng)市中醫(yī)藥學(xué)校，沈陽(yáng) 110300)

0 引言

人工智能技術(shù)是一項(xiàng)模擬拓展人類(lèi)智能的理論、技術(shù)與應(yīng)用的前沿科學(xué)，可分為弱人工智能技術(shù)、強(qiáng)人工智能技術(shù)及超級(jí)智能技術(shù)三個(gè)類(lèi)型。弱人工智能技術(shù)僅能幫助人類(lèi)完成某項(xiàng)基本任務(wù)。強(qiáng)人工智能技術(shù)是開(kāi)發(fā)于心智基礎(chǔ)上的計(jì)算模型，具有人類(lèi)思考功能，極有可能達(dá)到并超過(guò)人類(lèi)智慧水平。強(qiáng)人工智能技術(shù)包含類(lèi)人人工智能與非類(lèi)人人工智能。類(lèi)人人工智能是指機(jī)器思考與推理類(lèi)似人類(lèi)思維。非類(lèi)人人工智能是指機(jī)器有著與人類(lèi)差異化的推理方式與意識(shí)。超級(jí)智能技術(shù)是強(qiáng)人工智能技術(shù)的升級(jí)版本。學(xué)術(shù)界主要側(cè)重于弱人工智能技術(shù)方面的研究，已取得了一定成就，而強(qiáng)人工智能領(lǐng)域的研究尚處于探索階段。自人工智能技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，理論與技術(shù)日趨完善，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，在理論研究與技術(shù)實(shí)踐方面都已形成科學(xué)化體系[1]。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，口腔醫(yī)學(xué)行業(yè)正式進(jìn)入人工智能時(shí)代，人工智能逐步改變了傳統(tǒng)的口腔臨床實(shí)踐。其能夠輔助診療，減輕口腔醫(yī)務(wù)工作者分析數(shù)據(jù)的壓力，這是口腔醫(yī)學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 人工智能技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用與研究進(jìn)展

1.1 口腔腫瘤診療

腫瘤診斷。在口腔腫瘤診斷方面，病理切片一般由醫(yī)生通過(guò)顯微鏡觀察分析，診斷基本依靠醫(yī)生的個(gè)人能力，主觀性較強(qiáng)，因此在診斷過(guò)程中引進(jìn)人工智能技術(shù)能使檢測(cè)準(zhǔn)確性與工作效率大大提高，也可提高病理特性與定量判斷標(biāo)準(zhǔn)。與病理活檢相比，光學(xué)活檢因其高效無(wú)創(chuàng)特點(diǎn)受到更多關(guān)注。目前，研究領(lǐng)域已拓展至高光譜成像方面，該技術(shù)以影響數(shù)據(jù)技術(shù)為技術(shù)藍(lán)本，將成像與光譜兩大技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，可對(duì)二維幾何空間與光譜信息探測(cè)，從而獲取高光譜分辨率的連續(xù)圖像數(shù)據(jù)?，F(xiàn)階段，相關(guān)領(lǐng)域已通過(guò)高光譜成像技術(shù)對(duì)30例口腔腫瘤病患的手術(shù)標(biāo)本進(jìn)行了科學(xué)分析，人工智能技術(shù)對(duì)于口腔腫瘤邊界預(yù)測(cè)精確度已達(dá)到了85%，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)熒光成像技術(shù)。依靠高光譜融合人工智能技術(shù)構(gòu)建的口腔腫瘤預(yù)測(cè)模型能夠在數(shù)據(jù)分析后界分良惡性區(qū)，精確率已達(dá)89%[2]。除此之外，如何在初期發(fā)現(xiàn)腫瘤也是口腔醫(yī)學(xué)關(guān)注的核心內(nèi)容。目前部分醫(yī)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)已開(kāi)發(fā)出融合人工智能技術(shù)與熒光成像技術(shù)進(jìn)行腫瘤預(yù)測(cè)的設(shè)備，該設(shè)備可對(duì)口腔組織的熒光成像圖像進(jìn)行收集，并即刻上傳至遠(yuǎn)程中心，在專(zhuān)家與人工智能分析后判斷病變患者情況，目前該項(xiàng)技術(shù)準(zhǔn)確性已達(dá)85%。

黏膜癌變前診斷。在口腔醫(yī)學(xué)臨床實(shí)踐中，黏膜疾病也開(kāi)始涉入人工智能技術(shù)相關(guān)研究。較為常見(jiàn)的黏膜疾病如白斑癥與扁平苔蘚都可惡化為腫瘤，若能在此類(lèi)疾病發(fā)展成口腔腫瘤的初期實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，將具有極為重要的臨床價(jià)值。臨床實(shí)踐常用的口腔癌預(yù)測(cè)手段主要包括脫落細(xì)胞檢測(cè)與甲苯胺藍(lán)染色法，但這兩種方法的準(zhǔn)確性較低。一些口腔醫(yī)學(xué)研究者在對(duì)白斑與扁平苔蘚的激光顯微鏡圖像資料進(jìn)行收集后，結(jié)合人工智能技術(shù)創(chuàng)建了全新的預(yù)測(cè)模型，這樣能夠提高黏膜癌變預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。另外，部分科研團(tuán)隊(duì)深入研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)基于人工智能技術(shù)的高光譜成像能夠進(jìn)行口腔腫瘤分級(jí)。

放療智能勾勒?？谇粣盒阅[瘤的主要治療手段為放療，放療靶區(qū)與危及器官智能勾勒是人工智能技術(shù)的重要研究方向。手術(shù)后的放療對(duì)于降低腫瘤復(fù)發(fā)率、延長(zhǎng)病患生命周期具有重要價(jià)值。目前，口腔腫瘤精準(zhǔn)放療需要醫(yī)生通過(guò)專(zhuān)業(yè)軟件精準(zhǔn)勾勒需要放療的區(qū)域，操作時(shí)需要進(jìn)行層層勾勒，耗時(shí)較長(zhǎng)，且準(zhǔn)確性完全取決于醫(yī)生的專(zhuān)業(yè)能力[3]。2018年，人工智能技術(shù)被引入進(jìn)口腔腫瘤放療領(lǐng)域，基于深度學(xué)習(xí)對(duì)放療區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)勾勒。與專(zhuān)業(yè)醫(yī)生勾勒的放療區(qū)域相比，這種人工智能勾勒的放療區(qū)域更為準(zhǔn)確，且勾勒時(shí)間也大為縮短，效率相應(yīng)提高。由于口腔腫瘤放療往往涉及腦、眼睛、鼻腔等重要頭部器官的保護(hù)，如何降低這些器官在放療時(shí)所受到的損害具有重要意義?，F(xiàn)階段，基于CT數(shù)據(jù)圖像的人工智能分析已被證明能夠準(zhǔn)確劃分放療危及頭部重要器官。

1.2 淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移分析

口腔惡性腫瘤是否存在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移對(duì)于病患治療與預(yù)后有著積極的臨床價(jià)值。臨床中主要通過(guò)術(shù)后淋巴結(jié)病理檢測(cè)來(lái)判斷是否存在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況[4]。對(duì)于位置較深、體積較小的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移而言，術(shù)前檢查出來(lái)的概率較低，可能提供的一些錯(cuò)誤信息會(huì)影響診療判斷，故術(shù)前結(jié)合人工智能技術(shù)提高隱性淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)具有積極意義。資料表明，醫(yī)學(xué)界曾收集口腔腫瘤患者轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)與非淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的CT影像數(shù)據(jù)，顯示淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移檢出率已達(dá)到81.3%，而非淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移檢出率則為79.2%[5]。統(tǒng)計(jì)表明，該檢查率與專(zhuān)家檢查率結(jié)果相近。另一研究通過(guò)對(duì)口腔鱗狀細(xì)胞癌病患的臨床資料進(jìn)行分析，根據(jù)深度學(xué)習(xí)理論結(jié)合臨床病理特點(diǎn)創(chuàng)建了預(yù)測(cè)模型，并在口腔鱗狀細(xì)胞癌病患中進(jìn)行了有效驗(yàn)證。與實(shí)際病患臨床特點(diǎn)相比，預(yù)測(cè)結(jié)果表明，模型可較為精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)口腔鱗狀細(xì)胞癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況，能夠?yàn)樾g(shù)前制定治療方案提供指導(dǎo)。

1.3 口腔頜面部外科與整形美容手術(shù)

人工智能技術(shù)對(duì)口腔頜面部外科的輔助性非常大，一般應(yīng)用范圍包括手術(shù)前口腔頜面部三維影像資料采集重建、對(duì)病灶進(jìn)行精確分析、制定針對(duì)性的手術(shù)方案，根據(jù)方案對(duì)面骨進(jìn)行精準(zhǔn)移位與固定，引導(dǎo)進(jìn)行缺損修復(fù)或病變組織清掃、切除。與此同時(shí)，智能機(jī)器人也已成功應(yīng)用于口腔頜面部外科手術(shù)，如腫瘤切除、正頜、口腔頜面部穿刺等。目前，人工智能技術(shù)在口腔頜面部整形美容方面的應(yīng)用極為廣泛，主要應(yīng)用人工智能口腔頜面部圖像形態(tài)識(shí)別獲取個(gè)性化的三維美學(xué)圖像數(shù)據(jù)，與口腔頜面部美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)對(duì)比，確定需要整形美容的標(biāo)準(zhǔn)與修復(fù)正畸標(biāo)準(zhǔn)[6]。借助人工智能技術(shù)可術(shù)前對(duì)口腔頜面部的色差、面積進(jìn)行分析，制定相應(yīng)的治療方案，確定手術(shù)時(shí)間，使口腔頜面部的整形美容更微創(chuàng)，更為有效。另外，基于人工智能技術(shù)的注射美容機(jī)器人將會(huì)使口腔頜面部注射變得更為智慧化，能夠?qū)谇活M面部各部位皮膚深度與用藥量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，由此讓注射更為精準(zhǔn)化與高效化。該技術(shù)也可用于口腔頜面部的下頜與顴骨修復(fù)。

1.4 人工種植牙

人工智能技術(shù)在口腔種植牙上的應(yīng)用具體包括種植位置的術(shù)前數(shù)字化掃描及影像數(shù)據(jù)收集分析；數(shù)字化種植牙手術(shù)設(shè)計(jì)，通過(guò)三維建模獲得整體化的種植位置頜骨與軟組織信息，輔助制定種植牙方案，創(chuàng)設(shè)術(shù)中導(dǎo)航，制作手術(shù)導(dǎo)板，既提高了人工種植牙的準(zhǔn)確性，也減輕了手術(shù)創(chuàng)傷，減少了手術(shù)時(shí)間；種植修復(fù)人工智能輔助工具，依靠人工智能技術(shù)設(shè)計(jì)種植牙上部修復(fù)體，實(shí)現(xiàn)精確化與個(gè)性化修復(fù)，顯著提高修復(fù)效果。人工智能機(jī)器人設(shè)計(jì)目前已在種植牙手術(shù)臨床中普遍使用。

1.5 牙體牙髓及牙周病診治

遠(yuǎn)中根如果存在雙根，那么極有可能對(duì)根管治療的成功率產(chǎn)生一定影響，雖然目前可通過(guò)CBCT進(jìn)行檢測(cè)，但其費(fèi)用依然較高，大眾承受度有限。若可通過(guò)X線(xiàn)片進(jìn)行預(yù)測(cè)，則有利于開(kāi)展積極治療。醫(yī)學(xué)界曾于2019年對(duì)第一磨牙CBCT數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)分析，并結(jié)合曲面斷層數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)，創(chuàng)建了相關(guān)模型。該模型能夠通過(guò)曲面斷層片預(yù)測(cè)遠(yuǎn)中根中是否存在雙根，經(jīng)過(guò)模型預(yù)測(cè)存在雙根與開(kāi)髓后結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比，模型準(zhǔn)確率已高達(dá)91.3%[7]?；谌斯ぶ悄芗夹g(shù)的牙體牙髓診治集中于齲病智能化診斷，尤其是青少年齲病的初期診斷及牙體的CT影像資料采集智能化分析診療，對(duì)口腔醫(yī)生的輔助作用極大。此外，人工智能技術(shù)還可對(duì)根管三維數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析，重建后對(duì)根管治療方案的設(shè)計(jì)與判斷產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)價(jià)值。目前，根管診療機(jī)器人的相關(guān)研發(fā)工作也已陸續(xù)啟動(dòng)。

牙周病人工智能診治主要應(yīng)用于牙周病的三維影像數(shù)據(jù)資料采集與分級(jí)診斷，有時(shí)也應(yīng)用于定量診療方案的確定與評(píng)估，牙周清潔治療機(jī)器人也在開(kāi)發(fā)過(guò)程中。在牙周病診療領(lǐng)域，科研工作者將人工智能技術(shù)用于牙周受損牙齒的診療與預(yù)測(cè)，分別在模型訓(xùn)練組與驗(yàn)證組中納入根尖片數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，該模型對(duì)前磨牙的牙周受損預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率已達(dá)到85.6%，對(duì)磨牙的牙周受損預(yù)測(cè)準(zhǔn)確也達(dá)到79.5%[8]。進(jìn)一步研究已被診斷為重度牙周病的前磨牙與磨牙的根尖片數(shù)據(jù)，訓(xùn)練后的模型對(duì)于前磨牙與磨牙最終拔牙預(yù)測(cè)同真實(shí)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，其準(zhǔn)確度也達(dá)到了83.3%與75.9%。

1.6 口腔修復(fù)與口腔正畸

在口腔修復(fù)領(lǐng)域中，人工智能技術(shù)的主要作用在于對(duì)病患牙體與軟硬組織進(jìn)行掃描，從而獲得數(shù)字印模，由此得到與天然牙體類(lèi)似的比色，采用智能化技術(shù)輔助設(shè)計(jì)修復(fù)體，生成能夠讀取傳輸?shù)娜S化數(shù)據(jù)，從而在機(jī)器設(shè)備的輔助下得到修復(fù)體。當(dāng)前，較為前沿的研究是人工排牙機(jī)器人的應(yīng)用，其智慧化、精準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)勢(shì)已成為智能口腔修復(fù)的主流發(fā)展趨勢(shì)。在口腔正畸領(lǐng)域中，人工智能技術(shù)的主要作用包括病例收集、圖像處理及三維重建等。在該領(lǐng)域中，口腔正畸弓絲彎制機(jī)器人也開(kāi)始得到了大量應(yīng)用，其具有成本低、構(gòu)造簡(jiǎn)單、弓絲彎制類(lèi)型多樣化等優(yōu)勢(shì)，能夠減輕醫(yī)生工作強(qiáng)度，提高診療效率，減少材質(zhì)損耗。

1.7 術(shù)后康復(fù)

健全的護(hù)理機(jī)制既能幫助病患快速康復(fù)，也能讓醫(yī)生及時(shí)了解病患術(shù)后情況。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，精準(zhǔn)化護(hù)理開(kāi)始得到普及，這種護(hù)理借助大數(shù)據(jù)技術(shù)與云計(jì)算技術(shù)，結(jié)合病患的真實(shí)臨床數(shù)據(jù)與環(huán)境，設(shè)計(jì)具有針對(duì)性的護(hù)理方案，為病患提供高效、安全的護(hù)理服務(wù)。目前針對(duì)術(shù)后護(hù)理問(wèn)題已有WhiteTeeth、Beam Brush、AVORI等程序提供輔助性工作。WhiteTeeth對(duì)病患提供的口腔照片識(shí)別后對(duì)其口腔健康情況進(jìn)行深入檢測(cè)，檢測(cè)后再通過(guò)推送通知告知病患結(jié)果與建議，這樣能夠讓帶有固定正畸器的病患保持健康的口腔護(hù)理習(xí)慣，從而減少牙菌斑與牙齦出血等問(wèn)題。Beam Brush通常與應(yīng)用程序連接在一起，可將病患清潔前的數(shù)據(jù)發(fā)送至醫(yī)生，以便醫(yī)生在制定治療計(jì)劃前對(duì)病患口腔情況有所了解。AVORI則是由我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的一款口腔健康護(hù)理軟件，可以擺脫時(shí)空限制，隨時(shí)隨地對(duì)病患的牙齒健康狀況進(jìn)行檢測(cè)，病患通過(guò)軟件可將刷牙數(shù)據(jù)信息上傳至云端，并與私人牙醫(yī)進(jìn)行線(xiàn)上溝通，由此給病患制定專(zhuān)屬化的牙齒清潔模式。

2 結(jié)語(yǔ)

人工智能技術(shù)逐漸成為口腔醫(yī)生的重要輔助手段，在口腔醫(yī)學(xué)的臨床診治、教學(xué)、科研、工業(yè)設(shè)計(jì)等方面發(fā)揮了積極的推動(dòng)作用，尤其是在口腔疾病的診斷與治療方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。但其在口腔醫(yī)療臨床推廣方面還不夠深入，人工智能口腔醫(yī)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)缺乏科學(xué)性與規(guī)范性。應(yīng)促進(jìn)人工智能口腔醫(yī)學(xué)的發(fā)展，加快相關(guān)立法與專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的確定，促進(jìn)其可持續(xù)發(fā)展。