可提高機器人全膝關節置換術的準確性和效率
新聞要點：
- 一種用于機器人全膝關節置換（rTKR）的人工智能算法獲得了國際專利合作條約（PCT）專利，保護機器人全膝關節置換的計算算法的獨特性，新穎性和專有權。該專利自2024年八月起在150多個成員國申請專利保護，迄今為止，通過獨立專利機構的嚴格審查和大量收據探索，尚未發現其他類似的概念或技術。早在2023年10月，團隊已獲取新加坡的專利。
- 自2023年8月以來，約有200名患者從這一創新方法中受益。該算法在植入物定位方面的精度高達約0.5毫米，而此前人工規劃的rTKR手術精度僅為2毫米，從而顯著提高了手術規劃的精確度，降低了錯位風險。
- 通過將手術期間的人工調整替換為人工智能技術，手術時間縮短了約15分鐘，整體手術效率得到提升，并可能帶來更好的功能效果、更高的患者安全性和滿意度。
- 生產效率：使用該算法的手術比依靠人工規劃的手術快約48%。
新加坡2025年2月12日 /美通社/ -- 亞歷山大醫院（AH）骨科手術團隊獲得了由世界知識產權組織（WIPO）管理的國際專利合作條約（PCT），該條約保護了機器人全膝關節置換（rTKR）算法的獨特性，新穎性和專有權。自2024年8月在150多個成員國申請專利保護以來，通過獨立專利機構的嚴格審查和大量數據檢索，迄今為止，尚未發現其他類似概念或技術。新加坡的專利在2023年10月就已申請并獲得，并已確定這種計算算法，在提高機器人全膝關節置換（rTKR）的準確性和效率，是獨一無二的。
亞歷山大醫院（AH）的骨科手術顧問醫生廖子強與當時還是醫學生的陸煒強（中）和黃頌平醫生共同開發了新加坡首個獲得就機器人全膝換術人工智能（A.I.）的算法的全球專利
該算法由亞歷山大醫院的骨科手術顧問醫生廖子強與黃頌平醫生和陸煒強先生共同開發。后二者在參與該項目時還是醫學生。 這項人工智能驅動的創新技術通過在rTKR手術中創建符合每位患者獨特膝關節解剖結構的個性化植入物定位精度，優化了rTKR手術中的個性化植入物定位。 這種創新方法解決了手術期間手動規劃的問題，幫助外科醫生精確對齊膝關節組件，從而可能帶來更好的術后效果和植入物壽命，并縮短手術時間，提高生產效率，堪稱該領域的顛覆性創新。自2023年8月以來，已有約200名患者使用這種新方法接受了手術。
克服當前rTKR方法的挑戰：
全膝關節置換術（TKR）是最常見的骨科手術之一，其應用越來越廣泛，從1999年的每10萬名65歲及以上患者中有187名患者接受手術，到2019年的499名患者。在此期間，患病率增加了2.7倍[1]。對于因骨關節炎等各種退行性疾病而出現嚴重膝關節疼痛的患者，全膝關節置換手術（TKR）為他們提供了恢復無痛活動能力的機會，從而改善他們的生活質量。在過去的五年中，機器人全膝關節置換手術（rTKR）因其精確性和改善患者預后的潛力而變得越來越受歡迎。
然而，挑戰依然存在。在機器人膝關節置換手術中，找到滿足外科醫生目標和患者解剖結構的最佳解決方案可能是一個復雜的過程，因為每個人的骨骼和韌帶結構都是獨一無二的。植入物的準確定位對于術后膝關節的生物力學功能、患者的舒適度和手術的成功至關重要。
目前，rTKR外科醫生在手術中手動計劃和調整股骨和脛骨植入物的定位。這可能是一個復雜的過程，因為它需要至少在8個運動軸/自由度上對兩個植入物進行三維考慮。由于每個自由度都會影響其他自由度，因此為每位患者找到最理想的植入物位置可能具有挑戰性。這可能需要外科醫生考慮上千種可能性，并多次重復鋸骨和松解軟組織。目前，在手術室中，這項工作需要手動完成，耗時長達15分鐘。在時間壓力下，外科醫生在確定實施方案之前，探索更多可能性的時間有限。因此，手動規劃可能耗時較長，并可能影響手術結果。
新算法和方案的特點：
這種新穎的人工智能算法集成在切割機器人的軟件界面中，經證實能夠應對上述挑戰，提高手術規劃的精確度，縮短手術時間。它考慮了定位中至少8個自由度及其相互關系（即每個自由度如何影響其他自由度）。該算法計算了數千種排列組合，以確定理想的優化植入物規劃定位，精度高達±0.5mm，用時不到0.1秒（點擊鏈接：亞歷山大醫院的動畫視頻），最大限度地減少了手術期間手動調整所需的時間。
臨床益處和未來前景：
該算法已被證明可顯著提高TKR植入物計劃的準確性，并節省手術時間，從而減少失血量和縮短麻醉時間。目前正在進行進一步的長期研究，以調查這項創新技術通過降低植入位置不理想、不必要的手術時間、失血量和感染率，從而改善患者預后和安全性。通過提高計劃精度，還可以降低術后并發癥的風險，如松動、磨損和不穩定，減少所需的翻修手術次數，并有助于提高長期植入物的功能和壽命，從而節省長期成本。
- 提高精確度：根據患者獨特的解剖結構和外科醫生的個人理念，實現植入物計劃定位精度為±0.5mm。
- 計算效率：在0.1秒內（以前需要15分鐘，包括重做骨鋸切割和軟組織釋放），算法可解決數千個解決方案的超平面，并有效排列最佳解決方案。
- 縮短手術時間：最大限度地減少術中計劃所需的時間，從而縮短手術總時間。
- 手術效率：使用該算法的手術比依賴人工計劃的手術大約快48%[2]。
- 患者擇期手術的等待時間可能縮短。
AH團隊曾進行了一項研究，評估該算法的有效性，結果表明有望提高精確度并縮短手術時間。該研究項目在2024年新加坡骨科協會年度科學會議上獲得了P Balasubramaniam獎，并在2024年國際人工關節置換技術學會（ISTA）科學大會上進行了展示。
一項涉及2021年11月至2023年12月期間接受rTKR手術的67名連續患者的預期研究證明了該算法的有效性。在這些患者中，25名在手術中使用了該算法，而42名沒有使用：
- 提高精確度：使用該算法的rTKR患者中，92%的手術間隙在±1.5mm以內，而未使用該算法的手動手術組中，只有52%的手術間隙在±1.5mm以內。
- 輸出一致性：手術效果不受患者年齡、性別、身高或膝關節退化程度等變量的影響。
- 更高的患者滿意度：由于對齊效果更好且并發癥更少，患者對膝關節置換術的滿意度往往更高。
"我熱衷于采用創新解決方案來提高患者治療效果。"廖子強顧問醫生說道。他補充道："看到我的患者術后生活質量顯著提高，我感到非常高興和滿足。通過持續研究來驗證其長期影響，這種人工智能驅動的方法有可能為機器人輔助骨科手術樹立新的標準，最終惠及全球的患者和外科醫生。"
[1] 新加坡衛生部管理醫療成本增加（https://www.moh.gov.sg/newsroom/managing-healthcare-cost-increases) |
[2] 從平均一小時以上縮短到40分鐘以內。 |
新加坡2020年10月23日 /美通社/ -- 經過8年的研究、開發與臨床驗證；多達5248名來自新加坡與韓國的研究對象參與其中，一組由新加坡臨床醫生和科學家組成的研究團隊，成功針對胃癌研發一套血液檢測方案，料可作為一種具成本效益的篩查工具，用以盡早發現胃癌患者。
由國立大學醫院上腸胃外科主任兼高級顧問醫生蘇博欣教授（右）所領導的新加坡研究團隊，成功針對胃癌研發一套血液檢測方案。右二為國立大學醫院腸胃與肝臟科顧問醫生許建弈，左一為MiRXES聯合創始人及首席執行官周礪寒博士。
根據世界衛生組織(WHO)的統計，胃癌是全球第三大最常導致死亡的癌癥。在新加坡，它分別是男性和女性第五大和第六癌癥殺手，每年造成約300人死亡。由于多數胃癌患者晚期時才出現癥狀，使得這一癌癥的死亡率較高。內窺鏡是目前用來診斷胃癌的標準診斷方案。然而，由于內窺鏡檢查并不便宜且具侵入性，以致不少病人即使出現癥狀也不愿接受內窺鏡檢查。
研究項目由國立大學醫院上腸胃外科主任兼高級顧問醫生蘇博欣教授、國大醫院腸胃與肝臟科高級顧問醫生楊啟源教授，以及新加坡國立大學楊潞齡醫學院生物化學系朱興奮副教授所領導。研究團隊除了包括來自國立大學醫學組織（National University Health System簡稱NUHS）的臨床醫生與科學家外，還包括來自新加坡科技研究局屬下的生物處理科技研究院與醫療診斷發展中心，以及本地生物科技公司MiRXES的研究人員。
這個研發項目始于2012年，團隊通過研究682名病人的578份微核糖核酸（microRNA，簡稱miRNA），成功發現由12個miRNA組成的生物標記，能夠順利將胃癌患者與普通病人區分開來，準確性甚至超過92%。根據這組12-miRNA生物標記，團隊成功研發符合臨床標準的胃癌血液檢測試劑盒。與此同時，2013年至2018年，團隊也在新加坡多個醫院就這個檢測試劑盒進行驗證。參與驗證的病人人數超過5000人[1]，成為全球迄今針對循環miRNA作為胃癌檢測生物標記，所展開的最全面評估。
也是新加坡國立大學癌癥中心腫瘤外科主任兼高級顧問醫生的蘇博欣教授解釋：“多數胃癌病患確診時已處晚期，五年存活率甚至低于5%。因此，若想減少胃癌死亡率，一個有效的方案便是盡早確診胃癌患者，以便即時給予治療。這種非侵入性的血液檢測便是胃癌診斷上的一大突破，具潛力成為有效的篩查測試，用以盡早發現胃癌患者。”
優于常見血液生物標記
通過對照內窺鏡檢查和活體組織檢查,結果顯示不論參與者的腫瘤處于什么階段，又或是他們的年齡、性別或種族有何不同，這個血液檢測方案都具頗高敏感性，能夠檢測出87%的胃癌，包括87.5%患有第一期胃癌的病人。不僅如此，研究結果也顯示這個血液檢測試劑盒的準確性也高于任何現有胃癌血液生物標記檢測。這些研究成果已于今年十月發表于著名國際醫學期刊《Gut》[2]。
進行內窺鏡前具成本效益的胃癌風險評估工具
研究團隊也進行經濟效益分析，以了解若在新加坡使用這個胃癌血液檢測試劑盒展開全國篩查所可能帶來的經濟與衛生影響。結果發現，這個檢測方案的成本比做內窺鏡來得低[3]，有可能作為高風險群體[4]的有效胃癌篩查工具。
有鑒于此，這個胃癌血液檢測試劑盒為那些想要更好了解自己患胃癌風險，以判斷是否需做內窺鏡檢查的人提供了另一替代選擇。檢測結果將有助識別那些應接受內窺鏡檢查的胃癌高風險患者，繼而減少對內窺鏡的依賴[5]。
蘇博欣教授說：“隨著進一步的衛生科技評估證明這一方案能作為新加坡人口篩查工具的有效性，我們有信心這個方案能與內窺鏡相結合，成為針對胃癌高風險患者的篩查工具。
不過，朱興奮副教授強調：“這個方案并不能取代內窺鏡檢查，而是能為那些在初期不愿做內窺鏡的病人提供另一選擇。就如糞便DNA測試能夠作為結腸癌篩查的一種選擇一樣。不僅如此，這個測試所帶來的便利，以及非侵入性的特質，也有助公眾獲得更好的醫療照料。”
未來計劃
研究團隊目前打算評估在基層醫療通過這個檢測方案來識別那些面對患上胃癌風險公眾的可能性。與此同時，提升這個胃癌血液檢測試劑盒實用性的研究也在進行中。
這個非侵入性的胃癌血液檢測方案是由MiRXES與醫療診斷發展中心聯合研發，現已通過名為GASTROClear?的試劑盒發售。這個產品已于2017年成功獲得歐盟CE標志認證[6]，并于2019年獲新加坡衛生科學局批準。MiRXES也在中國和日本，這個兩個每年新增最多起胃癌個案的國家進行臨床研究，以尋求監管機構批準GASTROClear?的使用。整個胃癌血液檢驗于實驗室內進行，結果可在三個小時左右出爐，并可在一個星期內得出報告交于病人醫生。
這項研究獲得新加坡衛生部旗下全國醫學研究理事會的支持，資金贊助來自于理事會的 Bedside & Bench grant （NMRC/ BnB/0014b/2014）、Translational and Clinical Research grant (TCR/009-NUHS/2013), 以及新加坡科技研究局的Technology Development Grants。這項研究也獲新加坡胃癌研究團隊(Singapore Gastric Cancer Consortium) 的支持，這是一個由來自全國多個學術醫療機構、大學、醫院以及研究機構的臨床人員與科學家，所組成的全國轉換研究小組。
[1] 病人年齡介于40歲至90歲，他們都是于2013年至2016年根據標準臨床檢測后，被安排在國大醫院與陳篤生醫院做內窺鏡的病人。 |
[2] https://gut.bmj.com/content/gutjnl/early/2020/10/07/gutjnl-2020-322065.full.pdf |
[3] 價格因醫療業者而異。以公共醫院為例，價格預計少于新幣$200。 |
[4] 50歲或以上，曾患有幽門螺旋桿菌的新加坡華族男性。 |
[5] 推薦12miRNA檢測結果呈陽性患者接受內窺鏡檢查。 |
[6] 這顯示這個產品經評估，已達到相關安全、衛生，及環境保護等方面的要求。 |
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