开发和验证人工智能手术前规划和患者特定仪器系统,用于全膝关节关节整形手术
Songlin Li1, Xingyu Liu2,3,4, Xi Chen5
1Department of Orthopedic Surgery, Peking Union Medical College Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100010, China.
Bioengineering (Basel, Switzerland)
|December 23, 2023
概括
人工智能 (AI) 显著加快了全膝关节整形术 (TKA) 和患者特定仪器 (PSI) 设计的手术前规划. 这种人工智能系统可以提高组件尺寸的精度和下肢的对齐,为骨科手术提供了有价值的工具.
科学领域:
- 整形外科手术 整形外科手术
- 医疗成像医学成像
- 人工智能的人工智能
背景情况:
- 准确的手术前规划对于全膝关节整形术 (TKA) 是必不可少的.
- 基于计算机断层扫描 (CT) 的规划提供了全面的数据,但复杂且耗时.
- 需要开发高效的AI工具,用于TKA规划和患者特定仪器 (PSI) 设计.
研究的目的:
- 开发和验证一个人工智能驱动系统 (AIJOINT) 用于TKA手术前规划和PSI设计.
- 与传统方法相比,评估人工智能系统的时间节省和准确性.
- 评估基于AI的PSI对手术结果的影响.
主要方法:
- 使用3D-UNet和修改的HRNet.Net开发了一个人工智能手术前规划和PSI系统 (AIJOINT).
- 对比人工智能和手动CT处理,并规划42名TKA患者的部件尺寸.
- 在20名患者中设计和应用PSI,记录时间,组件大小和方向.
主要成果:
- AIJOINT展示了出色的CT图像细分性能.
- AIJOINT显著减少了CT细分 (3.7比128.9分钟) 和PSI设计时间 (35.1比159.5分钟).
- 在部件尺寸规划中,AIJOINT 实现了92.9%的准确性,超过了传统方法 (42.9-47.6%). 基于AI的PSI改善了四肢对齐,减少了血液流失.
结论:
- 在不影响尺寸规划的情况下,AIJOINT显著减少了CT处理和PSI设计时间.
- 人工智能系统准确地预测了组件大小,并提高了TKA的下肢对齐准确度.
- AIJOINT代表了人工智能在骨科应用中的重大进步.
