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如何精准找到肌肉内部的病灶实现高效注射给药是治疗脑卒中患者肌肉痉挛并发症的关键所在哈工程智能学院4位研究生的科创成果用于脑卒中靶肌穿刺治疗与技能评估的智能医疗导航系统为实现“药到病除”的理想治疗效果提供了一双“火眼金睛”解决了这一长期困扰医学界的难题在前不久的“华为杯”第五届中国研究生人工智能创新大赛中获得一等奖入围全国十五强图:“智声医疗”团队合影随着我国逐步进入老龄化社会,每年新增脑卒中患者达250万人,严重威胁人们的健康。脑卒中患者中约80%~90%有不同程度的肌肉痉挛,传统治疗脑卒病多采用肌肉靶向治疗,由于病灶隐于皮下组织,肉眼无法观测,手术精准度和安全性都面临挑战,肌肉精准穿刺是靶向治疗的关键。哈工程学生科创团队研发的智能医疗导航系统,结合AI技术,重新设计穿刺设备的外形结构,内部进行了算法创新。系统将定位刚体分别固定在超声探头和针管上,通过刚体的反射信号使双方建立位置关系并准确定位,能够帮助医务人员准确找到藏在皮下组织下方的病灶,给予精准用药注射,使治疗更加安全、快捷、精准。中国研究生人工智能创新大赛颁奖现场师生合力定策2020年,哈工程智能学院栾宽了解到在日常治疗脑卒中靶肌穿刺治疗时,目前的二维超声引导技术存在空间位置不直观、成像模糊、实际操作难度大等问题,临床医生希望学校在该方向能有所突破,解决医疗过程中的实际问题。栾宽指导丁世宇、孙镕、张策、王一铭4位学生着手研究这一医疗领域中亟待解决的难题。4位学生查阅大量资料后发现,在传统的脑卒中靶肌穿刺治疗过程中主要有以下弊端:一是治疗过程需要注射、影像等多科室医疗人员相互配合;二是传统注射技术,因为穿刺针注射肌肉时角度受限,医生观察界面有限,容易出现误差;三是二维超声成像模糊,穿刺针引导轨迹未知,无法将药物注射到深层次的小肌肉中。经过文献调研、与临床医师深入交流,在栾宽带领下,学生们找到了脑卒中靶肌穿刺治疗的技术核心——“精准引导+精准注射”,为疾病治疗打造一双“火眼金睛”。铸造“金睛”炼就本领中国研究生人工智能创新大赛团队成员介绍项目“做‘真科研’研究‘真问题’,才能炼就‘真本领’,栾老师经常对我们说这句话”,丁世宇说,“智能医疗导航系统能在比赛中脱颖而出,是因为它研究的是现实医疗行业亟需解决的问题。”一项技术的革新要经历无数次的磨炼才能实现,这个过程需要团队成员的相互协作,从研一到研三,将近3年的时间,4位学生勇攀科研高峰,如同经历“九九八十一难”的考验与磨炼。丁世宇是队长,负责项目统筹,技术实现、论文撰写、系统展示等。张策是团队的技术员,根据系统需求编写程序,以技术手段将团队成员的想法还原。王一铭负责作品设计,找同类技术算法,进行算法对比试验,用以验证项目的先进性和创新性。孙镕负责前沿理论设计,需要从大量的资料中筛选团队能够用到的技术、背景等,辅助团队顺利推进试验。“任何一个岗位都很重要,我们就是彼此的左膀右臂,缺一不可。”丁世宇说,项目的成功与每个人的努力不可分割。“精准引导+精准注射”是该项目的技术核心,而“精准”便是团队成员需要攻克的主要难题,“为了能达到‘精准’,我们试过很多算法,直至误差值越来越小。”技术员张策介绍。为了保证高精度,团队尝试使用双目光学定位仪,将注射针和超声探头匹配到同一坐标系,使双方建立联系,通过测试发现注册精度不稳定,难以满足实际需要。通过反复试验,在老师的指导下,团队发现采用“3D打印辅助注册的方法”,确实可以将空间误差从2cm的降至0.2mm。但传统优化算法中容易出现的随机性高、局部优化困难、算法速度慢等问题仍亟待解决,最终团队采用“多策略麻雀搜索算法”,对不同类型穿刺指标数据的预测的准确率达到0.989,较同行业同类产品精度0.86、0.94,数值上大大提升。