趙建寧

0 引 言

隨著5G時代的到來，以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、3D打印和人工智能(artificial intelligence, AI)等為代表的新一輪技術革命進入了高潮，以感、知、行為核心，促進了各行各業(yè)產(chǎn)業(yè)重構和智慧化變革。尤其是在新冠肺炎疫情發(fā)生以來，互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療服務和智能化信息平臺在應對控制疫情、解決人民群眾就醫(yī)需求等方面發(fā)揮了積極作用。2020年5月，國家衛(wèi)生健康委印發(fā)了《關于進一步完善預約診療制度加強智慧醫(yī)院建設的通知》強調，在疫情常態(tài)化防控下要完善預約診療制度，加強智慧醫(yī)院建設，推動互聯(lián)網(wǎng)診療與互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院發(fā)展[1]。新一代網(wǎng)絡信息技術在醫(yī)療衛(wèi)生領域的深入應用和實踐，不僅從技術和資源供給端改變行業(yè)架構，還從業(yè)務和運營模式上重塑醫(yī)療服務的供需形態(tài)。在政策、技術與市場因素的多重推動下，智慧醫(yī)療的理念和實踐應運而生。

智慧醫(yī)療基于云計算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進信息技術，以自動化、信息化、智能化為表現(xiàn)，建立科學、精準、高效、合理的醫(yī)療服務體系[2]。智慧醫(yī)療是傳統(tǒng)醫(yī)療衛(wèi)生信息化的革命性升級，強調先進網(wǎng)絡信息技術與傳統(tǒng)醫(yī)療融合發(fā)展，全面提升國內(nèi)醫(yī)療領域技術能力與服務水平，擴大醫(yī)療服務范圍，實現(xiàn)優(yōu)質、高效、經(jīng)濟的價值醫(yī)療[3]。

由于人口老齡化、運動損傷和創(chuàng)傷等因素，骨科患者數(shù)量多、就醫(yī)需求量高、市場規(guī)模大，成為精準醫(yī)療和智慧醫(yī)療發(fā)揮實效的重要板塊[4]。當前健康醫(yī)療服務體系的智慧化變革將推動骨科的學科發(fā)展與建設，將人工智能、云計算、3D打印、先進材料、移動終端系統(tǒng)等新一代技術融合到骨科的疾病診療、內(nèi)植物的設計制造、智能手術機器人的研發(fā)應用、臨床大數(shù)據(jù)平臺的搭建和智能遠程疾病防治與護理平臺的建立等各個環(huán)節(jié)中，大大提升骨科診療效率和質量，改善醫(yī)療服務，優(yōu)化患者體驗，這將是實施健康中國戰(zhàn)略、深化醫(yī)藥衛(wèi)生體制改革的重要體現(xiàn)。

1 骨科診療服務的智慧化變革

我國醫(yī)療資源相對于龐大的人口基數(shù)顯得相對匱乏，優(yōu)質資源分布不均衡。近年來，隨著我國人口老齡化趨勢的不斷發(fā)展和其他眾多因素，骨科疾病患者數(shù)量的增加，就醫(yī)需求與日俱增，而大眾健康意識不斷提高，便捷優(yōu)質的診療服務需求顯得更為迫切。傳統(tǒng)骨科診療模式以專科醫(yī)師和醫(yī)院為中心，而在智慧醫(yī)療時代將以患者為中心，通過遠程醫(yī)療、線上醫(yī)療等模式擴大服務范圍，降低醫(yī)療成本，提供便捷服務。目前眾多醫(yī)院已開通微信公眾號、支付寶、APP等線上平臺，提供線上問診、門診預約、自助掛號、報告查詢、復診提示等功能，極大地提升了醫(yī)療服務的效能和效率[5]。隨著5G的普及和人工智能技術的發(fā)展，可保證醫(yī)療影像高清高速上傳，實現(xiàn)遠程實時交互操作、智能機器人手術等場景，這將有助于解決基層醫(yī)療機構及邊遠地區(qū)醫(yī)療資源不足的難點，促進優(yōu)質醫(yī)療資源下沉基層，為分級診療等國家新醫(yī)改政策提供強有力新技術支持[6]。

在大數(shù)據(jù)時代，骨科醫(yī)師的診療依據(jù)將不再局限于有限的臨床經(jīng)驗和病例數(shù)據(jù)，通過云計算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等先進信息技術，收集各類骨科病患人群病歷數(shù)據(jù)并建立全員人口信息、電子健康檔案和電子病歷三大健康數(shù)據(jù)庫。醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)完成數(shù)據(jù)獲取，大數(shù)據(jù)處理技術進行知識發(fā)現(xiàn)，云端服務與輕便智能終端共同提供遠程服務?；贏I算法構建數(shù)學模型，對疾病診斷、治療方案等提供支持。隨著國內(nèi)醫(yī)療智慧化進程的推進，未來骨科疾病的影像與病理診斷將在人工智能分析系統(tǒng)輔助下，在極短的時間內(nèi)完成影像或病理診斷報告，大幅提高診療效率和準確度。通過設計可佩帶或可植入式的智能化傳感器檢測設備，采集患者生命體征、生理病理、生物力學數(shù)據(jù)，如步態(tài)診斷、力線分析等，建立長時程連續(xù)化的運動健康監(jiān)管系統(tǒng)，構建疾病預測及預后預測體系[7]。

隨著先進信息技術的深入應用與實踐，醫(yī)療設施智能化升級，將全面提升骨科醫(yī)師的醫(yī)療服務工作效率和質量。如AI語音病歷錄入的應用，將減輕繁重的病歷書寫工作，使醫(yī)師更專注于診療工作；移動醫(yī)生工作站可實現(xiàn)院內(nèi)高效協(xié)同，醫(yī)師可通過移動醫(yī)療車或者手持Pad進行查房，便于查閱患者個人檔案，提高醫(yī)師診療效率。此外，將智能技術賦能于骨科臨床科研與示教工作，建設全面的臨床、實驗、科研、教學一體化AI系統(tǒng)，打造豐富的病例數(shù)據(jù)庫和云端醫(yī)學教學資源平臺，應用5G+VR/AR技術高清三維呈現(xiàn)示教內(nèi)容并實現(xiàn)模擬操作，提升醫(yī)療科研教學水平。

2 骨科內(nèi)植物的智慧化設計

目前我國骨科內(nèi)植物多依賴于進口，其參數(shù)測量大多是基于歐美人群骨骼解剖數(shù)據(jù)設計完成；然而不同種族、性別、年齡、身高人群的骨骼解剖結構存在較大差異，故因內(nèi)植物與骨骼形態(tài)不匹配而導致的術中、術后并發(fā)癥較為多見[8]。近年來，隨著大數(shù)據(jù)、云計算、3D打印、人工智能、影像組學等技術的發(fā)展，基于我國群體骨骼解剖數(shù)據(jù)的內(nèi)植物設計有望實現(xiàn)，豐富骨科內(nèi)植物市場的分類和產(chǎn)品線，為患者提供最優(yōu)化、個性化的植入物選擇以達到最佳療效。

由于骨科內(nèi)植物擁有相對較大的物理尺寸，其空間為內(nèi)植物與傳感技術的共生提供了機會。可將信號調節(jié)電子設備和遙測技術整合到植入物本身或表面，使得骨科內(nèi)植物智能化并實現(xiàn)治療效益與診斷功能同在，實時提供內(nèi)部環(huán)境信息并制定治療方案，最大限度地減少術后并發(fā)癥，縮短康復時間，節(jié)約醫(yī)療成本，減輕患者負擔[9]。此外，內(nèi)植物表面修飾可在植入物和骨界面提供機械和生物上的緊密結合，如通過改變材料的化學組分、均質性、孔隙率、形貌修飾，表面抗菌涂層、有機生物分子涂層、無機鈣磷酸鹽涂層等促進骨整合、增加耐磨性、改善生物相容性、增強抗菌活性等[10]。未來對于智能骨科內(nèi)植物的研究可進一步加深我們對體內(nèi)病理生理改變、組織傷口愈合、內(nèi)植物-骨界面整合以及局部生物力學的研究與認識，為下一代植入物和外科技術的研發(fā)提供重要的理論依據(jù)。

3 骨組織工程的智慧化應用

骨科材料是生物材料中市場需求量最大的一類，也是目前材料化學和生物組織工程研究的熱點和難點。骨折內(nèi)固定治療中往往采用剛度和強度較高的金屬內(nèi)植物對骨折部位進行固定，在骨骼愈合的過程中會產(chǎn)生應力遮擋效應。骨缺損修復的傳統(tǒng)方法包括自體或異體骨移植，自體骨移植取骨量有限增加了患者創(chuàng)傷，而異體骨移植面臨一系列免疫排斥反應和感染的風險[7]。先進材料化學技術、分子生物技術、人工智能等引導的骨科生物材料研發(fā)有望解決上述難題。

理想中的骨科生物材料應用有良好的生物相容性和力學性能，易于加工成型，可降解且產(chǎn)物可被吸收代謝，具有促成骨、抗菌抗炎的生物效應，并隨著植入時間推移，材料的降解與骨組織愈合處于動態(tài)平衡的過程中，有效防止應力遮擋效應，避免二次手術取出以及術后感染的風險，減少患者痛苦和經(jīng)濟負擔。傳統(tǒng)生物材料如聚乳酸、β-磷酸三鈣、羥基磷灰石等，雖然可降解吸收，但其力學性能差，多用于不承力位置的骨修復與替換?？山到鈴秃喜牧夏軌蚱胶獠煌牧系奈锢砹W特點，集中不同類型可降解材料的優(yōu)勢性能，解決單一材料無法滿足實際需求的問題[11]。按照傳統(tǒng)的材料研發(fā)流程，一個新型復合材料的研發(fā)需要從材料配比合成、實驗驗證，再形成產(chǎn)品，時間漫長且耗資巨大。未來在大數(shù)據(jù)、AI算法等技術的支撐下，建立以數(shù)據(jù)驅動的材料研發(fā)模式，并結合3D打印技術精確設計、調控合成材料的功能屬性。

“智能化”是骨科內(nèi)植物材料的重要追求目標，形狀記憶合金是智能材料在骨科應用的典例，其中鎳-鈦合金基于其具有形狀記憶效應、超彈性、耐磨損、抗腐蝕、生物相容性好等特點，已在骨科臨床中得到廣泛應用[12]。形狀記憶高分子聚合物作為新興智能材料，與傳統(tǒng)形狀記憶合金相比，具有成本低、質量輕、形變量大、易加工、響應方式多樣、相應范圍廣、生物相容性好以及良好的化學穩(wěn)定性等優(yōu)點，有些還可具有一定透明度和可調節(jié)的生物降解速率，并且具有多種驅動方式，如熱驅動、化學驅動、光驅動、電磁驅動等，在骨組織工程等領域顯示出巨大的應用潛力[13]。除形狀記憶材料外，水凝膠由于其生物相容性高、免疫原性低和理化性質可調節(jié)等特點，在生物醫(yī)學領域得到了廣泛的應用和發(fā)展，其三維網(wǎng)絡結構有助于組織中氧氣與物質的交換，并為細胞移植分化、生物修復、藥物持續(xù)性傳遞和可控性釋放等提供了良好的基質。目前對于水凝膠的智能化研究已有了突破性的進展，其可隨環(huán)境變化和外部刺激，凝膠體積和理化性質能夠產(chǎn)生快速變化，如根據(jù)病變部位的溫度、pH值、光強、電場、磁場、氧化還原等條件產(chǎn)生快速響應[14]。隨著生物材料、3D打印技術的發(fā)展和生物分子機制研究深入，智能水凝膠將作為支架材料在骨及軟組織修復中發(fā)揮更大的作用。

4 骨科手術模式與設備的智慧化升級

骨科患者大多是需要手術治療的，如骨折內(nèi)固定、關節(jié)置換術、骨骼矯形術、肌腱修補術等都需要手術干預而達到治療目的。骨科手術存在創(chuàng)傷大、出血多、并發(fā)癥等常見問題，微創(chuàng)化、智能化、精準化是骨科手術追求的目標，力求減少手術創(chuàng)傷、節(jié)約醫(yī)療成本、改善患者體驗、提高手術精準度和成功率。在骨科手術中，脊髓神經(jīng)組織錯綜復雜，關節(jié)對位對線要求精確，計算機影像導航、骨科手術機器人的應用突破了骨科醫(yī)師眼和手的局限性，降低手術風險，減少手術并發(fā)癥，為患者提供精準、高效的診斷與治療[15]。

隨著智能化手術設備的應用和遠程醫(yī)療信息平臺的發(fā)展，患者將不用為復雜手術求醫(yī)而四處奔走，遠程手術、遠程會診等多種形式將有效解決看病難、看病貴等問題，可縮小地區(qū)間醫(yī)療水平差異，促進城鄉(xiāng)醫(yī)療衛(wèi)生服務一體化發(fā)展。而智能骨科手術設備是骨科遠程醫(yī)療服務體系中的核心設備之一，可代替醫(yī)師在輻射環(huán)境下完成手術操作和精密手術動作，為醫(yī)師提供豐富的手術圖像信息并監(jiān)測手術環(huán)境和手術過程，實現(xiàn)遠程醫(yī)療服務的需求[16]。

5 骨科術后的智慧化康復

為了最大程度恢復患者肢體功能，使患者早日重回正常生活和運動，骨科術后康復極為重要。鑒于患者康復專業(yè)知識的欠缺，骨科或康復醫(yī)師可借助當前諸多信息化平臺和設備進行健康科普宣教，指導患者康復訓練，提供適時、適地、無邊界的康復指導服務。

當前已有一系列先進智能技術與設備應用于骨科術后的康復治療中，如智能抗阻力訓練系統(tǒng)對患者進行精準肌力評估和訓練，外骨骼機器人對關節(jié)角度、速度進行調控并給予助力，可佩戴動作捕捉系統(tǒng)對康復過程中的肢體力線、步態(tài)姿勢等進行三維監(jiān)測和動態(tài)捕捉，以制定個性化康復方案，使得術后康復效果達到最大化，迅速恢復肢體功能[7]。未來通過對“腦-機”接口、識別生物電信號的研究，有望實現(xiàn)智能假肢的研發(fā)應用，最大程度地模擬肢體正常負重、行走等肢體功能，提升控制系統(tǒng)的運動識別和轉換能力，為肢體癱瘓及截肢患者帶來希望。

6 結 語

目前我國的智慧醫(yī)療仍處于探索階段，隨著近年來5G等高新技術的涌現(xiàn)和應用，其發(fā)展勢頭迅猛。骨科手術機器人、個性化骨科3D打印等新興技術設施的出現(xiàn)，骨科的智能化勢不可擋，以信息通訊、生命科學、材料科學等交叉融合的集成化創(chuàng)新、跨領域創(chuàng)新將顛覆骨科診療理念與技術手段，推動骨科智慧化、智能化變革。智慧骨科將提高醫(yī)療服務質量、擴展服務半徑、優(yōu)化診療流程、促進學科建設，全方位為人民大眾的運動系統(tǒng)健康保駕護航！