“人工智能有利經濟髮展”——澳科學家突破脊椎植入術

人工智能技術的髮展是聯邦財政近12億元預算的數字經濟戰略的重要部分。澳大利亞聯邦科學與工業研究組織CSIRO首席研究科學家王大東教授表示，人工智能在新的經濟領域有很大的應用價值。

(File Image) A tech expert says AI will never replace humans. Source: KEEP LEFT PR

澳大利亞聯邦科學與工業研究組織CSIRO Data61定量成像組組長、首席研究科學家，悉尼科技大學兼職教授王大東博士表示，聯邦財政預算計劃在CSIRO的Data61設立一個人工智能研究中心，這樣的支持力度很大，政府對人工智能領域非常關注，人工智能在新的經濟領域也有很大的應用價值。

王大東教授最近的一項突破性研究可能就是個非常積極的例子。該研究可極大地減小脊椎植入手術的風險和复雜程度，會對人們的健康福祉和經濟作出貢獻。也許，我們可以從中了解澳大利亞在人工智能技術方面的潛力。

“复雜“”的脊柱外科手術

在澳大利亞，每年大約有45000例病例需要接受脊柱外科手術。

近年來，用於脊柱治療的微創手術變得越來越流行。王大東教授表示，根據已經髮表的一些數據和文獻，脊椎微創手術具有縮短恢复時間和降低感染風險的優勢。不過，脊椎手術仍然有一定的風險，例如可能會傷到關鍵的神經。

為了最大程度地減少這種風險，手術前的評估與規劃，以及手術過程中所需要的技術支撐變得極為重要。手術部位準確的三圍椎骨模型對於外科醫生進行手術前的評估與規劃，以及手術過程中的操作至關重要。

通常，醫生需要仔細閱讀手術部位椎骨的CT掃描圖片，併根據每個切片上椎骨的位置信息，準確地識彆與標注單個椎骨，這樣的CT切片可能會有數百個，手動分割與標志的方法通常要花費數小時，非常繁瑣，耗時，併且容易使人感到疲勞。

背痛是最常見的醫學問題之一，大約80%的人在一生中都會碰到這個問題，

根據澳大利亞基礎疾病注冊處的統計，在澳大利亞，大約有七分之一的人有背部問題，其中有一半活動受限，如行動不便。

背痛會導致生活質量下降，心理困擾。疼痛或者殘疾。除了葯物，打封閉針物理治療，針灸等輔助治療措施外，脊柱外科手術通常是治療背部問題的最後手段。

人工智能驅動的脊柱分割技術

王大東教授的研究項目糰隊與一家醫學圖像公司Singular Health合作開髮了一個基於人工智能的脊椎自動分割軟件。他表示，應用該軟件僅需要大約兩到三分鐘的時間，就可以對所有的脊椎CT圖片進行分割與三維定位，且準確率可以達到95%以上，在對脊椎進行分割與三維定位後，可以建立脊椎的三維模型。

開髮這種人工智能驅動的技術分割軟件需要克服多方面的挑戰。王教授表示，最大的挑戰是分割與定位所需的高精度要求，而CT掃描圖片的尺寸較大且有噪聲；同時，軟件必鬚有通用性，需要適用於不同品牌，不同型號的掃描儀進行掃描的圖像，或使用同一品牌同一型號的掃描儀但掃描設置不同等各種情況；不同的病人可能有不同的病理情況，有的病人可能有多個病變，比如椎骨骨折，椎間盤突出，椎管狹窄等。

王教授的研究糰隊使用來自數百名患者的CT圖片，訓練了多個不同的機器學習模型，然後選擇了一個能夠進行最準確分割的模型。

王大東博士說：“這些用於訓練我們機器學習模型的CT圖像是從不同的醫學影像中心，使用不同的CT掃描儀穫得的，病人來自分布不同的年齡段。這樣做是為了確保訓練後的模型可以對不同的掃描儀穫取的3D圖像進行椎骨分割。”

“訓練用的CT圖像全部由醫生手動標注，我們使用了100多位患者的CT掃描圖片來訓練機器學習的模型，併且使用了100位患者的CT圖片進行了測試，將計算機自動分割的結果與醫生手動標注圖片進行比較，來檢驗我們這個機器學習模型的性能。”

An example of the spinal segmentation software. Source: CSIRO Data61

“醫生可以對機器學習模型自動分割的椎骨進行檢查，如果需要的話，也可以手動修改自動分割的結果，以確保這一結果與醫生對圖像的理解保持一致。”

“分割後的脊椎也可以用來構建三維模型，醫生可以在計算機上或者利用虛擬現實眼鏡在三維環境下觀察脊椎的三維圖像。這樣，他們能夠在全方位了解脊柱的情況下來規劃手術，甚至利用三維模型來設計定制外科的植入物，比如，3D打印的鈦合金植入物。”

應用人工智能技術成為趨勢

王大東教授表示，該技術可以應用於其他的骨科植入手術，例如，膝關節，髖關節或其他關節的置換。

他說，人工智能技術讓整形外科植入物手術更安全，更可預測和更有效。數字化應用人工智能或智能機器人等先進的技術手段是整形外科噹前的趨勢。

“用從CT掃描重建的三維模型，通過3D打印來定制植入物，例如，3D打印的脊椎骨啊，膝蓋骨者是髖關節等。用3D打印來為患者進行定制特定的植入物，可以有效地解決不同患者的解剖結構，大小，骨質或病理不同的問題。”

2010年，美國食品葯品監督管理局批準了首批3D打印骨科植入物。王教授說，隨著3D打印技術的髮展，近兩年來，3D打印骨科植入物技術一直在非常迅速的髮展。

王大東教授表示，人工智能在新的經濟領域將有很大的應用價值。

他舉例說：“比如說人工智能用於成像技術方面，用於目標檢測，目標分類和跟踪，人臉自動識彆，自動駕駛，機器人，寀礦勘探，天氣預報的衛星圖像分析等等……在國防方面，它也可以用於自動跟踪目標。在農業上，基於人工智能的成像技術也可用於自動檢測農作物的生長和病蟲害，以及自動估計材料等。”

哪些專業可以“涉足”人工智能？

王教授說，澳大利亞的人工智能研究和技術處於世界比較領先的水平。不少專業的學生都可以在看似“門檻高”的人工智能領域求學，研究或工作，例如，計算機科學，計算機工程，軟件工程等計算機專業，以及學數學，統計專業，還有電子工程，機電一體化等工程方面的專業等。

“現在，人工智能已經變成了一個工具。除了有些人在專門做人工智能算法研究外，很多人在很多不同的領域運用人工智能這些工具，而且已經有很多非常成熟的應用。”

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