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人工智能在口腔医学和牙科技术中的应用(瑞士)
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作者:
Carlo P. Marinello 教授/瑞士
c.marinello@bluewin.ch

人工智能(AI)已经成为口腔医学和技工室领域中不可或缺的一部分。语音控制、图像和人脸识别、影像学图像的评估、修复体的制作(固定和可摘义齿、𬌗垫、隐形正畸矫治器),是口腔临床和牙科技工室的日常工作,这些都得到了人工智能的支持。其结果就是既缩短了工作时间,又节省了成本。然而,这样的系统仍旧无法取代人类特有的与“常识”、同理心、情感和关怀等因素相关联的思考。人类和机器相互受益,作为一个团队合作,比各自单打独斗会更加成功。

关键词:人工智能,算法,数据采集,虚拟治疗方案


引言

人工智能(AI)指的是机器或技术执行人类任务或模仿人类认知能力的能力。机器学习,是人工智能的另一个方面,代表了算法的发展,使计算机程序通过“经验”自动改进。一般来说,可用的数据越多,算法就越好,结果也越好,预测也就越准确。后者要求数据包含一个结构或模式。在此基础上,人工智能才能够预测发展。

现在以BlueDot平台(https://bluedot.global)为例说明,它通过研究大量的数据(大数据)来跟踪和预测冠状病毒(Covid-19)在全球范围内的传播(图1)。数据集的质量也很重要。如果这些数据是主观判断性的,或者受到(社会)不公正看法或个人偏好的影响,那么算法输出的结果也会反映出这种偏见。人工智能可以 “计算”并进行医学诊断,但它不能理解疾病本身。而对疾病本身的理解,只有通过整体方法和直觉,同时考虑到患者的需要和需求,才有可能实现。这就是人类智能的与众不同之处。

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图1:人工智能帮助预测疫情的发展趋势。


日常生活中人工智能的应用

我们每个人在日常生活中都有人工智能的陪伴。作为一个智能手机用户,无论是否愿意,我们都会与人工智能互动(Google Assistant、 Siri、 Alexa、网站上的个性化广告、脸部识别等)。如果我们使用社交媒体或流媒体服务(Facebook、Netflix、YouTube等),我们的决定会受到AI的影响。而这种影响又是我们过去行为的结果(我们访问了哪些网站或应用程序,以及访问的频率)。导航应用程序(谷歌地图)会考虑到当前的交通状况并避免交通堵塞,建议给出到达我们目的地的最短路线(图2)。其他例子包括自动驾驶的汽车或无人机。即使人工智能越来越有能力在大量数据的基础上,承担对人脑来说过于复杂的任务,但同样重要的是,我们要始终保持批判性去质疑算法的结果。

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图2:基于人工智能的导航应用程序。


口腔医学和牙科技术中人工智能的应用

想象一下与智能手机相连的牙刷:在清洁牙齿的同时,刷头能够扫描上颌和下颌的牙齿。牙刷的使用频率和持续时间、用于清洁的压力、唾液的pH值等数据被传输至手机,并自动上传至云服务器。在那里,它们被人工智能分析。一旦出现菌斑和牙结石或病变(龋齿、折裂等),就会自动通知医生并预约治疗。目前我们还没有达到那一步(见智能电动牙刷,www.kolibree.com),但通过牙科监测(远程牙科),牙医有可能使用自己的智能手机和一个特殊的设备,远程监测正在为患者所做的(正畸)治疗,这样患者就不需要经常去门诊面诊(https://dental-monitoring.com)。一般来说,正畸是获得人工智能相关支持最好的领域:人工智能程序现在涵盖诊断(评估 X 线图像和照片)、治疗计划、隐形矫正器的制作,以及长期监测(图3)。用大数据生成的算法能够自主地决定哪些牙齿应该在何时、何处加力,以及需要持续多长的时间。

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图3:计算机程序辅助诊断、治疗计划和长期监测。

人工智能的使用正在深刻地改变着整个(口腔)医学,尤其是牙科技术。检测疾病和做出诊断将被简化。作为治疗医生,不可能像人工智能那样筛选相当多数量的数据,并将其全部纳入决策中。

在一篇评论文章中,Schwendicke等人列举了人工智能在医学/口腔医学中可能的应用和优势。 

  • 诊断成像(客观、有效、价格低)
  • 采集数字化的健康状况数据 
  • 结合异质数据,并评估其相互作用 
  • 通过数据模拟为研究提供便利 
  • 减少花在常规操作上的时间,有利于改善医患关系 
  • 改善病人的参与行为 
  • 对病人进行不间断的监测 
  • 全面降低诊断和治疗费用

作者还强调指出了数据采集和评估方面现存的问题。数据安全、个人隐私保护、缺乏关于数据处理的金标准,以及缺少关于算法模型后台活动的透明度。

在口腔医学中,人工智能或机器学习被用于影像检查结果的分析和解读。这为自动检测病理现象(龋齿、根尖周炎)提供了支持(www.denti.ai)(图4)。这些分析结果是作为第二意见使用的,它们不会疲劳,而且它们提供了比肉眼评估发现更多病理变化的机会。相反,“正常”和“异常”或“健康”和“疾病”的定义是人工智能在成像中的一个主要分界。由于分界线是根据与平均值的特定标准偏差的大小来划定的,因此可以预估,有效的正常或健康个体可能会出现异常的结果。

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图4:在人工智能的帮助下,有时可以比用肉眼更好地发现病理现象。

口内扫描仪的易用性正在明显改善。除了更快、更精确地记录口内结构,特别是预备体边缘之外,人工智能还可以检测对软组织(舌头、脸颊、外科医生的手指)的意外扫描,并基于机器学习自动消除这些扫描数据。就在最近,中国的一个研究小组首次成功地将人工智能机器人植入前牙区域。

在为复杂病例制定治疗计划时,现在可以将颅骨结构的CBCT图像与面部扫描以及上下颌的牙弓模型,通过包括美学和功能(www.zebris.de/zahnmedizin)参数的方式叠加,创建一个所谓的虚拟患者。在牙科技术方面,这使得:1.口腔的初始情况被记录下来;2.可能的解决方案被虚拟演示;3.在质量控制的意义上,作为一个模拟的最终结果(例如mock-up),被展示给患者和口腔医生。这种虚拟治疗方案支持跨学科问题的沟通,特别是在种植、正畸和修复方面,通过积极纳入患者的意愿,来实现更好的治疗结果。

牙科技工室使用人工智能辅助软件来计划、建模并制作简单和复杂的修复体。这一点适用于固定和活动的修复重建,不受限制,包括全口义齿。如果遵循适当的工作流程,可以预期在适合精度、美学和功能方面,均可获得一致的良好结果。

CAD/CAM牙科软件将在人工智能和机器学习的相互作用下制定自己的规则,并变得越来越自动化。其进展取决于采集的数据量和设计软件中的数据整合。自动设计规范可以直接被使用或者修改。然后,通过研磨机或3D打印机的辅助,牙科技术能够确保制作出精确适合的牙科产品。一个部门的机器人化,将带来一个24小时/ 7天制的全天候运转的、更多自主性的工作流程,这俨然已经成为一个必然的结果。

人工智能在口腔医学中的应用实例有:

  • 在(种植)手术中的导航 
  • 患者模拟 
  • 用于牙齿预备的系统 
  • 材料的体外测试

“机器人将比我们更快、更可靠地完成大量的任务”。“他们不会疲倦,不会犯任何粗心的错误,在许多方面可以比人类更有效、更准确和更可靠地工作。”我们将不得不面对这些挑战的声音。无论如何,在评估结果和最终检查时,总是需要牙科技师和牙医的团队参与。人机对抗的思维必须退居幕后,让位于以团队合作为导向的人机合作。


总结

尽管人们对人工智能有着合理的担忧(数据保护、数据安全、劳动力市场的变化等),但它显然正在积极改变着我们的日常生活,特别是在我们的口腔专业领域,它不仅可以提高我们的工作质量,还能在提高效率的同时降低成本。除了专业上的进步,语音控制和人工智能支持的临床管理系统(电子病历、牙周检查记录、在屏幕上直接访问患者的数据,以及其他检索等),将使我们在诊室中的实际工作更加轻松。人工智能辅助下的龋齿和牙周炎的分子生物学测试,将使初级诊断、风险评估和长期维护变得更加重要。

人工智能和机器学习的正向发展取决于所提供数据的数量与质量。牙医和牙科技师作为数据采集者和风险管控人,使用数字技术来监测病人的口腔健康,并在必要时进行治疗性干预。反过来,这又要求他们通过数字渠道与病人全天候地保持联系。

毫无疑问,尽管人工智能将越来越多地影响着我们的专业领域(技术上),但它绝不可能取代执业医师或牙科技师:个性化的患者治疗仍然是必要的;人类的伦理和道德也是不可以编程的;必须不惜一切代价防止基于纯技术数据评估的、可能的过度治疗。在将重复和单调的任务优雅地委托给机器后,我们将(希望)获得更多的时间,用于交流,用于创造,用于识别相互的联系(图5)。

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图5:人工智能(预期)在未来将提供更多的创造和交流空间。


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