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2023人工智能在骨科术中导航的应用进展

摘要

骨科手术复杂而精细。骨科导航系统的开发旨在通过析术前、术中和术

后数据，提供增强现实的三维可视化环境，提高治疗效果。随着数字化技

术的迅速发展及临床应用，人工智能技术被引入到骨科术中导航系统中。

人工智能与器械设备、成像技术相结合，增强了骨科医生的可视化能力，

使他们在手术过程中获得实时反馈和指导，进而提供最佳临床决策。人工

智能在骨科术中导航的应用还能提高手术的可重复性，降低了人为错误的

发生率。本文综述了人工智能在骨科术中导航的应用现状，并介绍人工智

能的基本概念以及基于人工智能的图像配准、实时跟踪和三维可视化技术

的发展，对目前存在的局限和不足进行探讨。

骨科手术复杂而精细。在骨科手术中，医生须准确地识别和定位关节、骨

骼、韧带、肌肉和神经等组织结构，同时还要考虑手术时间、出血量、创

伤面积、患者疼痛等因素［1］o由于术野狭小、操作空间窄，对医生手术

技术的要求非常高［2此外，术中的关键操作，如植入物的定位、截骨、

钻孔、切割韧带等对精度有很高的要求，轻微的误差可能造成严重的并发

症［3。］

在过去的三十年中，为降低手术风险，术者和工程师开发了各种各样的医

疗设备和软件来辅助手术的顺利完成，其中之一是手术导航［4。］手术导

航系统通过整合术前手术计划、术中器械跟踪和成像数据，提供增强现实

的三维(three-dimensional3D)可视化环境,目前成为手术室中不可

r

或缺的一部［5］。在导航系统的辅助下，骨科医生可以进行精准跟踪并

观察解剖部位和手术器械，对术中操作进行实时调整，进而做出最佳决策

［6］此外，骨科手术导航系统能够实时收集特定解剖结构(如馥、膝关

o

节)的数据，以帮助医生在手术过程中调整软组织平衡［6

骨科手术的高风险和复杂性使引入人工智能(artificialintelligence,AI)

技术成为必要，以提高手术质量和降低手术风险［7基于AI的手术导

航系统已广泛应用于包括骰、膝节置换术［8］、脊柱手术［9］、软组

织修复［10］,截骨术［11］、骨肿瘤切除术以及骨折复位和固定［12］

等多种骨科临床实践中［13,14,15］。尽管如此，AI在骨科中的应用仍

处于初级阶段。近年来，AI在骨科领域飞速发展，同时涌现出大量临床研

究。本文综述了AI在骨科术中导航的应用现状，并介绍AI的基本概念以

及基于AI的图像配准、实时跟踪和3D可视化技术的发展，并对目前存在

的局限和不足进行探讨。

一、检索策略

在中国知网和万方数据库中以“人工智能“、“骨科手术“、“术中导航”作为

中文检索词进行检索。在ubMed和WebofScience数据库限定语言为

English,并以键词artificialintelligence,orthopedicsurgery

和intra-operativenavigation进行检索，时间定义为2018年1月至

2023年8月。

文献纳入标准为：(1)与nAI在骨科术中导航的应用”主题相的临床或基

础研究；(2)文献类型为正式发表的研究性论著或综述。文献排除标准为：

(1)重复性研究；(2)主题相度不高、循证医学等级低的研究；(3)

文献类型为技术介绍、勘误或评论；(4)无法获取全文的文献；(5)除中

文和英文外其他语种的文献。

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