人工智能全膝关节置换手术三维规划系统（AI KNEE）是由中国人民解放军总医院骨科医学部牵头，联合中日友好医院、陆军军医大学第二附属医院、贵州省人民医院等机构，凝聚众多临床专家的使用经验与智慧，基于人工智能深度学习技术研发而成。

本次手术患者为一名63岁女性，罹患膝关节重度骨关节炎十余年，关节周围有大量骨赘增生，关节内翻畸形。为使患者获得最佳的手术效果，该手术团队术前进行了多次讨论，最终采纳并使用了人工智能个性化术前规划。

AI KNEE系统术前规划界面      

术中，术者参考三维术前规划中标明的下肢力线、股骨外翻角、股骨外旋角、截骨厚度等关键参考指标，精准实现术前计划。在该手术方案的帮助下，手术操作全程耗时仅45分钟，所用假体型号、角度与术前计划完全一致，膝关节内外侧间隙、屈伸间隙平衡，髌骨轨迹及关节活动度良好，术后复查X线片，示假体位置良好，下肢力线恢复至中立位。

随着老龄化社会的到来，膝关节骨关节炎的发病率在老年人群体中急速上升。世界卫生组织相关数据显示，目前全世界骨关节病患者已超过4亿人，我国骨关节炎患者超过1亿。2019年我国人工关节置换量已突破80万台，成为仅次于美国的第二大关节置换市场，且手术量预计将以每年20%左右的速度递增。

传统的全膝关节置换术极其依赖术中所见及骨科医生的临床经验，医生常需于术中反复比对以寻找最适假体大小，同时由于患者个体差异大、病情复杂等问题，导致全膝关节置换术后患者满意度偏低。

AI KNEE人工智能全膝关节置换手术三维规划系统根据患者术前CT检查结果，运用人工智能像素级分割网络(神经网络渲染技术)及基于循环神经网络（LSTM）的边缘平滑技术对骨骼骨块进行精准分割，相比于传统的Unet或FCN分割网络有更强的敏感性和准确性，并且对小块骨骼以及骨质边缘区域的分割效果极佳。采用力学运动模拟技术以及包含注意力机制的神经网络，精确的对骨骼关键解剖点位进行识别，识别精度接近毫米级且具有较高的鲁棒性(robustness)。在假体放置方面，该系统将监督学习和基于强化学习的无监督学习相结合，依据假体设计理念及患者股骨及胫骨的解剖结构特点，准确、快速、个性化的放置膝关节假体，计算最适角度，3分钟内输出个性化患者三维术前规划，以最大限度恢复患者股骨旋转及下肢力线，提高患者术后满意度。

国家骨科与运动康复临床医学研究中心主任、解放军总医院骨科医学部主任唐佩福教授指出，本次手术的成功开展标志着人工智能技术在人工全膝关节置换领域开启了崭新的篇章，有望全面提升关节置换手术的精准度，进一步推进手术的标准化与规范化。人工智能全膝关节置换手术三维规划系统的问世是众多专家智慧的结晶，在未来与临床的深度结合中，还要经历一个磨合调整的过程，希望此技术在不断完善的过程中可以培养出更多优秀的关节科医生，推动骨科优质诊疗技术向基层下沉，助力国家的分级诊疗政策的全面落实。

解放军总医院骨科医学部陈继营教授表示，人工智能技术在骨科领域的蓬勃发展不断为关节科医生解决了临床工作中所遇到的问题。相比于机器人手术系统，人工智能全膝关节置换手术三维规划系统在临床推广与应用中，准入门槛及成本更低，特别是在基层医院的普及以及年轻医生的培养方面有很大的优势。

解放军总医院骨科医学部柴伟副教授表示，本次全膝关节置换手术所用到的智能规划与术中所见高度匹配，其精确提供了术中所需的假体大小与截骨角度，有效保障了手术精准、顺利的开展。未来，我们将不断打磨并完善这一规划系统，逐步推进创新技术从理论创新到技术落地，进一步致力于常规手术微创伤化、复杂手术标准化、高难度手术智能化。

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