【假一罚四】人工智能与椎体骨折诊断严瀚主编

人体的某些结构设计巧妙，骨骼排列复杂，脊柱椎体骨折是脊柱外科医生诊疗中最常见的疾病，尽管影像学技术发展很成熟，但发生骨折时，临床上还是会存在“误诊”的可能。因而借助人工智能技术，辅助脊柱椎体骨折的诊断，能最大地程度提高椎体骨折的确诊率。本书共分为人工智能、椎体骨折、人工智能在脊柱椎体骨折诊断中的未来与展望三篇，主要介绍了人工智能的基本原理，人工智能与医学，脊柱椎体的构成和解剖学特点，脊柱椎体的骨折分类与危险因素，脊柱椎体的生物力学，脊柱椎体骨折的评估与影像学诊断，人工智能在脊柱外科中的应用与展望，人工智能医疗在椎体骨折中的挑战、机遇与思考，人工智能在医疗领域的现状和未来等内容。

作者简介

严瀚骨外科教授，主任医师，硕士研究生导师，从事脊柱外科专业工作20余年，擅长颈椎病、腰椎退行性骨关节病、脊柱肿瘤、脊柱畸形矫正等手术治疗，对脊柱微创手术有独到的研究，擅长椎间孔镜等脊柱微创治疗。在国内中华医学会旗下系列期刊及中文核心期刊发表论文20余篇，目前主持广东省自然科学基金面上项目1项、广州市卫生健康科技重大项目1项、广州市临床特色技术项目1项。

第1章绪论

1.1人工智能的起源和定义

1.1.1人工智能的起源

1.1.2人工智能的定义

1.2人工智能的分类…

1.2.1按发展阶段分类

1.2.2按应用技术领域分类

1.2.3按人工智能在各行各业的应用分类

1.2.4按智能化强弱程度分类

1.3人工智能的发展与趋势·

1.3.1人工智能的发展历程

1.3.2深度学习的发展现状

1.3.3人工智能所面临的问题以及未来趋势

第2章人工智能发展简介

2.1机器学习基础介绍·

2.1.1基本概念

2.1.2机器学习的三个基本要素

2.1.3机器学习的算法类型

2.1.4数据的特征表示

2.1.5评价指标

2.1.6理论与定理

2.2机器学习模型介绍

2.2.1线性模型

2.2.2非线性模型

2.2.3进阶模型·

2.3总结

第3章人工智能与医学

3.1人工智能在医学图像检测与分割中的应用

3.1.1引言

3.1.2基于人工智能的医学图像检测

3.1.3基于人工智能的医学图像分割

3.1.4基于人工智能的椎骨定位与分割

3.2基于人工智能的多模态医学影像分析和应用

3.2.1引言

3.2.2多模态医学影像

3.2.3基于深度学习的多模态医学影像分割的关键技术

3.2.4深度学习的多模态医学影像融合在腰椎组织分割中的应用…

3.3基于可视化的模型改进及其在医学图像处理中的应用

3.3.1引言

3.3.2深度学习可解释性

3.3.3U-Net模型及其可视化

3.3.4网络的整体结构

3.3.5实验结果及分析

第4章人工智能在骨科疾病诊断中的应用

4.1概述

4.2人工智能在X线影像诊断骨科疾病中的应用

4.2.1人工智能在X线诊断骨折中的应用

……

第5章脊柱椎体的构成和解剖学特点

第6章 脊柱椎体的骨折分类与危险因素

第7章 脊柱椎体的生物力学

第8章脊柱椎体骨折的评估与影像学诊断

第9章人工智能在脊柱外科中的应用与展望

第10章人工智能医疗在椎体骨折中的挑战、机遇与思考

第11章人工智能在医疗领域的现状和未来

致谢

1.1人工智能的起源和定义

1.1.1人工智能的起源

人工智能（arificial inteligcnce，AI）属于一门新的技术科学，主要研究、

开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用的系统。人工智能是计算机科学的一个分支，自20世纪70年代以来被称为世界三大尖端技术之一。三大尖端技术分别为空间技术、能源技术和人工智能。随着大数据和计算机技术的发展，人工智能获得了迅速的发展，被成功地应用于很多学科领域，并取得了丰硕的成果。人工智能现在已成为一个独立的分支，在理论和实践上自成一个系统。

人工智能的诞生，很大程度上要归结于计算机的发展。美国科学家约翰·文森特·阿塔纳索夫设计了世界上第一台电子计算机阿塔纳索夫-贝瑞计算机（Atanasoff-Bemry computer,ABC），并于1942年测试成功。这台计算机不可编程，仅能用于求解线性方程组。ABC是电子与电器的结合，电路系统中装有300个电子管执行数字计算与逻辑运算，机器使用电容器存储数值，通过打孔读卡方法输人数据，并且采用了二进制。ABC的诞生标志着人类存储和处理信息的方法开始发生革命性的变化，同时标志着人类的计算从模拟向数字挺进，为大型机和小型机的发展奠定了坚实的基础。

1946年，美国开发了世界上第一台可编程的电子计算机——电子数字积分计算机（electronic numerical integrator and computer,ENIAC）。ENIAC不仅能求解线性方程，还能求解非线性方程。它每秒能进行5000次加法运算(据测算，普通人最快每秒只能进行5次加法运算），400次乘法运算，比当时已有的计算机速度要快1000倍。同时，ENIAC还能按照事先编好的程序自动执行算术运算、逻辑运算和存储数据。ENIAC也有很多缺点，其体积庞大且耗电惊人，同时由子管很容易因机器运行产生的高热量而损坏。不过，ENIAC宣告了一个新时代的开始，从此科学计算的大门被打开。1949年发明了可以存储程序的计算机，体很程变得相对简单。编程变得简单，使得计算机理论迅速发展，同时促使了人工智能理论的产生。人们也因此找到了可以存储信息和自动处理信息的方法。

虽然当时的计算机已经可以实现部分人类的智力，但直到20世纪50年代人们才把人类智力和计算机联系起来。美籍俄裔数学家、控制论的创始人诺伯特·维纳（Norbert Wiener）通过研究反馈理论，提出了一个论断，即所有人类智力的结果都是一种反馈的结果，通过不断地将结果反馈给机体而产生动作，进而产生了智能（1]。

1950年，一篇划时代的论文《计算机与智能》[2]发表，其作者为艾伦·麦席森·图灵（Alan Mathison Turing）。在这篇论文中，图灵讨论了创造一种“智能机器”的可能性。同时由于“智能”一词难以定义，图灵就提出了著名的图灵测试：“一个人在不接触对方的情况下，通过一种特殊的方式与对方进行一系列的问答，如果在规定的时间内，他无法根据这些回答判断对方是人还是计算机，那么就可以认为这个计算机是智能的。”图灵通过图灵测试打消了人们对“思考的机器”的质疑。1952年，图灵又提出了一个新的想法：让计算机冒充人，如果超过30%的裁判误以为在和自己说话的是人而非计算机，那就算作成功[3]。

1955年，美国计算机科学家艾伦·纽厄尔（Allen Newell）和赫伯特·亚历山大·西蒙（Herbert Alexander Simon）设计了一个计算机程序，取名为“逻辑理论家”。该程序被设计用于模仿人类解决问题的能力，被后人称为第一个人工智能的程序4。“逻辑理论家”证明了罗素和怀特海的《数学原理》前52个定理中的38个定理，并且对其中的一些定理采用了更新的方法进行证明。这个程序在人工智能的历史上占有重要地位，在学术界和社会上产生了巨大的影响。我们现在很多程序所采用的思想方法还是来源于这个20世纪50年代产生的程序。同样是在1955年，师从逻辑学家丘奇的克门尼（John G.Kemeny)在《科学美国人》杂志上发表了一篇名为《把人看作机器》的文章（5]。这篇文章介绍了图灵机和冯·诺伊曼的细胞自动机，并且提到“肌肉机器”和“大脑机器”，其中“大脑机器”就是后来人工智能的另一种说法。

……

本书共分为人工智能、椎体骨折、人工智能在脊柱椎体骨折诊断中的未来与展望三篇，主要介绍了人工智能的基本原理，人工智能与医学，脊柱椎体的构成和解剖学特点，脊柱椎体的骨折分类与危险因素，脊柱椎体的生物力学，脊柱椎体骨折的评估与影像学诊断，人工智能在脊柱外科中的应用与展望，人工智能。