人工智能辅助修复唇腭裂，为贫困国家患儿减负

非政府组织AWD Kinderhilfe Schweiz的医生和外科医生组成的跨学科团队正在为吉尔吉斯斯坦的一名双侧唇腭裂患者进行检查。 © 2007 Thomas Kern Thomas Kern

患有唇裂或腭裂或两者皆具的孩子的出生，可能会让人情绪消沉、心烦意乱，尤其并非所有的家庭都能负担其未来为期漫长且费用高昂的治疗费用。现在，瑞士研究人员已经开发出一种低成本、无风险的方式来简化修复治疗流程，为贫困国家的唇腭裂患儿家庭减轻负担。

巴塞尔大学医院的医生安德烈亚斯·穆勒(Andreas Müller)刚刚收到了远在万里之外的印度医生用智能手机拍摄的十几张唇腭裂新生儿的照片，他立刻在电脑上输入这组照片，通过特殊软件自动创建出一个腭部的数字模型。然后，他将模型数字版发回给印度当地医生，他们便可以使用3D打印机为新生儿患者打印出术前腭板。

在原本需要耗时数周的术前流程中，只需按下几个按钮，就能制作出符合唇腭裂儿童口腔结构的个性化的腭板，为面部先天畸形的新生儿安装，从而避免他们后续经历多次费用昂贵的手术痛苦。巴塞尔大学唇腭裂治疗中心主任穆勒和苏黎世联邦理工学院(ETHZ)计算机科学系的科学家们联合开发的数字流程，目前正在印度和波兰的诊所进行测试，这可能让更好的治疗在未来成为现实，特别是在低收入国家。

作为一种先天性缺陷，唇腭裂比你想象的要普遍得多：根据为87个国家的儿童提供唇腭裂矫正手术的非营利组织 “微笑列车 ”(Smile Train，英)外部链接的统计，全世界每700个新生儿中就有一个患有唇腭裂。这使得唇腭裂成为最常见的出生缺陷之一。其中最普遍的形式是唇裂，即胎儿在发育过程中上唇没能正常形成，留下一道裂隙；腭裂则根据程度而各有不同，有可能是后腭出现一个细小的开口，也有可能是上腭(也称为口腔顶部)出现一个大的缺口。

但是，唇腭裂的并发症不仅仅只是外观上的问题。患有唇腭裂而未能得到治疗的儿童，可能将终生与各种障碍作伴，包括呼吸、吸吮、吞咽以及牙齿和语言发育问题。发表在《美国医学会儿科杂志》上的一项研究外部链接(英)表明，出生时患有腭裂的人，长大成人后也往往有更严重的学习困难、焦虑症、自闭症谱系障碍，甚至会有更高的死亡风险。

毫无疑问，修复手术可以在很大程度上缓解这些困难。自20世纪中期以来，医学界在修复唇腭裂领方面已经取得了重大进展。然而，出生时患有唇腭裂的儿童在整个童年乃至成年早期，仍然不得不接受两到四次手术才能彻底修复这一先天缺陷。

费用不菲的传统疗法

唇腭裂修复手术的费用，根据裂缝的类型和所需治疗的种类而有所差异。据穆勒介绍，在瑞士和美国，单次手术的费用就得要5’000-10’000美元；而在印度，类似的两到四次手术和治疗费用总计才2’300-3’500美元。虽然与富裕国家的治疗费用相比，这似乎是个相对负担得起的价格，但对于中低收入国家的许多家庭来说，这一数字依然远远超出了他们的支付能力。尽管唇腭裂可能发生在所有种族群体中，但根据美国全国儿童医院(Nationwide Children’s Hospital，英)外部链接提供的数据，它在亚裔中更为常见（大约每500个新生儿中就有一个），其次是美国本土和西班牙裔的新生儿。

近年来，一些医生倾向于将闭合唇腭畸形的手术干预步骤从多次手术减少到一次。然而，正如穆勒所说，这只有在多学科团队的合作下才能完成：首先，在婴儿出生后不久，需要一名儿科牙医、一名外科医生和一名麻醉医师合作对其腭部进行印模，制作石膏模型；随后，由经验丰富的牙科技师根据该模型手工制作出一个为患儿量身打造的塑料矫正腭板；然后再由一名合格的正畸医生将塑料腭板植入婴儿的口腔里，并在几个月内经常进行调整。矫正板关闭了向鼻子开放的上颚，使婴儿在佩戴期间减少喝奶的难度。佩戴矫正腭板6到8个月之后，婴儿唇颚部的裂缝将变得窄一些，舌头的位置也能在很大程度上得到纠正，足以进行一次手术来闭合裂缝。

“但只有少数(医疗资源丰富地区的)团队能够做到这一点，”穆勒坦言：“作为医疗工作者，我们感到很沮丧，因为我们要面对这样一个残酷的现实：在医疗资源匮乏、培训不足、医疗工作者数量少的国家，很多家庭都无法享受到这样的‘奢侈品’。” 此外，这样的手术也并非没有风险。由于婴儿的呼吸系统尚未发育完善，医生在用硅胶材料取印时，有可能堵塞其呼吸道从而导致婴儿窒息-尽管这种情况非常罕见。

从照片到3D打印

从2020年起，穆勒就和他在巴塞尔大学医院的同事以及苏黎世联邦理工学院的团队开始探索如何让唇腭裂修复手术变得更快捷、更安全、能更精准地预测术后效果，并把患者及其家庭的费用负担降到最低。然而，他们的愿景和资金之间始终存在着不可逾越的鸿沟。”作为唇腭裂畸形修复领域的临床研究人员，我们能够获得巨额资金的机会是相当罕见的，”他说。

幸运的是，在2020年初，穆勒的团队从由巴塞尔大学和苏黎世联邦理工学院联合发起并新成立的Botnar儿童健康研究中心(BRCCH)获得了一笔资金，用于开发一种数字流程，以便测量唇腭裂裂隙的空间，并简化术前腭板模型的生产过程。

目前，发达国家的诊所中最常用的方法，是对唇腭裂患者的口腔结构进行硅胶物理印模，然后制作石膏模型，或者用口内扫描仪捕捉图像，获取数字印模。但来自苏黎世联邦理工学院的科学家们与穆勒的团队开发出了一种更快捷、更节省成本的流程。高级研究科学家芭芭拉·索伦萨勒(Barbara Solenthaler)专门研究人类数字模拟和基于图像的建模，她告诉瑞士资讯SWI swissinfo.ch，未来的医生-无论他们在哪里-只需要一部智能手机、一台3D打印机和电脑上安装的人工智能软件，就可以为他们的病人制作一个“私人定制”的术前腭板。

医生只需要拿起手机拍摄几张病人唇腭裂裂缝的二维照片或者一段时长30秒的视频，然后将图像输入由索伦萨勒和她的同事开发的软件，电脑就会自动生成一个腭板的数字模型，有了这套虚拟模型，医生就可以用3D打印机快速地打印出术前腭板。索伦萨勒团队开发的这套软件，是在现有的几十万份唇腭裂患者石膏模型板的二维图像基础上创建的。对病人来说，这种数字化操作流程也更为保险，因为他们在手术之前只需要接受拍照或摄像，而无需经历麻醉或X射线扫描来取印。

为低收入地区的医生和儿童减轻负担

这种数字化工作流程有效克服了地域限制。自2022年夏天以来，包括印度班加罗尔Bhagwan Mahaveer Jain医院在内的六家参与试验的试点医院的医生们，一直在向瑞士巴塞尔或苏黎世的实验室发送照片或视频。该团队则负责通过邮件向医生们发送数字3D腭板模型，当地医生收到后便可以迅速打印出来。

从长远来看，由于极大地节省了医疗时间和人力资源，因此从理论上来说，这种数字工作流程理论上在成本上更为低廉。根据辛辛那提大学医学院助理教授Yen Hsieh博士和洛杉矶儿童医院的Mary Roz Timbang的说法，3D打印让一切变得自动化，而且还能根据唇腭裂患者的个人口腔结构进行量身定做，所以有效减少了医生制作修复术前腭板所需的时间。他们系统地回顾了(英)外部链接目前3D打印在唇腭裂患者治疗中的实际应用情况，并于2021年将他们的发现和结论发表在核心期刊上。

穆勒和他的同事也在2022年8月发表的一篇论文(英)外部链接中介绍称，未来，这种数字化工作流程有可能将医疗机构的人工干预时间从现有的135分钟减少到60分钟。“但这一切的实现都离不开两个前提：临床医生需要经过一段初始学习期，医院需要承担3D打印机的初始采购成本，”Hsieh和Timbang补充说。

Hsieh和Timbang向瑞士资讯SWI swissinfo.ch介绍，一些低收入国家的现行政策，在一定程度上对医疗机构顺利采购3D打印机形成了阻碍。另一个挑战则是确保使用这种技术的医疗机构维持相应的使用和护理标准。“据我所知，现在不少国家的医疗机构已经相继采购了众多的3D打印机、打印材料，并且掌握了算法和技术流程。但问题在于，没有接受过相应培训的临床医生没有能力去使用这项新技术，”Timbang说。但他仍然相信，3D打印技术在改善低收入国家的医疗服务方面拥有很大的潜力。

预计由瑞士发起的这项临床试验将持续到2024年，截至目前，已有印度的三家医院、波兰的一家医院和瑞士的两家医院参与了该项目。在此期间，索伦萨勒和她的同事将继续通过扫描和测量更多现有的腭板模具来进一步训练和完善软件系统。

穆勒对该项目目前取得的初步成功感到很满意。他表示：“当我听到我们在印度诊所的同僚说这种新的工作流程让他们的手术变得比以前容易得多的时候，我感觉自己充满了动力。我殷切地希望我们新的治疗策略能给那些低收入国家因为财政和医疗资源的限制而无法获得专业修复治疗的儿童带来彻底的改变。”

(编辑：Sabrina Weiss)