人工智能可快速精准匹配X光与三维扫描图像

手术中的二维X光图像与术前三维CT或磁共振成像（MRI）如何快速“对上”？美国麻省理工学院等机构科学家开发的人工智能（AI）系统“xvr”给出了新方案。该系统可针对患者进行个性化适配，在数秒内将术中X光图像与三维医学扫描精准匹配，定位手术器械的位置，精度达到亚毫米级。相关研究成果发表于新一期《自然》杂志。

在血管成形术等微创手术中，医生会通过微小切口将手术器械送入人体，并使用实时X光图像观察手术过程。但X光图像只有二维信息，医生很难准确判断器械在人体内的具体位置和朝向。为了定位手术器械，临床医生有时需要手动将X光图像与患者术前的三维医学图像进行对齐。现有用于简化这一过程的AI工具，在不同患者身上进行图像对齐时表现并不稳定，难以真正用于临床实践。

xvr并不试图训练一个适用于所有患者的模型，而是针对具体患者进行个性化适配。它首先利用患者术前的CT或MRI数据，从不同角度生成大量模拟X光图像，并模拟真实X光成像的物理过程。每秒钟，系统可以生成约1000张模拟图像。xvr不是像某些生成式AI那样凭空生成数据，其物理模拟完全基于患者本人的CT或MRI数据，不存在“幻觉”问题。

这些患者特异性的模拟数据可用于训练AI，将二维X光图像与三维扫描结果对应起来。但从头训练一个患者专属模型需要约12小时，为此，团队利用2000多名患者的三维医学扫描数据预先训练AI基础模型，使其面对新患者时仅需约5分钟即可完成个性化适配，随后几秒内便能完成图像匹配。

在来自5家医院的真实数据测试中，xvr覆盖了成人和儿童患者，以及数十种骨骼和器官系统。结果显示，它在准确性和稳定性方面均优于已有的AI方法，同时运行速度足以满足急诊手术等场景的需求。

对于临床应用而言，这种快速配准可以帮助医生更准确地判断导管、内窥镜等器械在人体内的位置，降低操作过程中损伤周围组织的风险。该技术还可用于手术机器人导航。