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口腔癌与OPMDs诊疗及术后重建中生物材料与人工智能的整合应用、挑战与前景。
苗晓宇|陈雷|张书涵|李静|冯月|李翔|魏建华|薛阳|白世柱|Franklin R. Tay|牛丽娜
国家口腔疾病临床研究中心，陕西口腔医学重点实验室，口腔颌面重建与再生国家重点实验室，第四军医大学口腔医学院修复学系，西安，710032，中国
摘要
口腔癌和口腔潜在恶性疾病（OPMDs）在诊断和治疗方面仍面临重大挑战，这主要是由于早期检测、靶向治疗和术后康复方面的固有局限性。传统的诊断和治疗方法往往缺乏足够的敏感性、特异性以及恢复口腔功能的效果。包括纳米颗粒、水凝胶和支架在内的生物材料凭借其可调性质、生物相容性和在药物输送及组织工程中的多功能性，提供了多种解决方案。然而，这些材料的临床应用受到个性化需求和疗效问题的限制。人工智能（AI）作为一种变革性技术，正在推动生物材料在口腔肿瘤学中的设计、优化和应用。通过整合机器学习（ML）和数据驱动的建模，AI通过生物传感和放射组学分析提高诊断准确性，指导药物载体的合理设计和给药方案，并促进计算机辅助的颌面重建支架的制造。本综述总结了AI与生物材料在口腔癌和OPMDs领域的最新进展，重点介绍了早期检测、靶向治疗和术后修复方面的创新。同时讨论了当前存在的障碍，如数据质量、模型泛化能力和监管问题，并概述了跨学科研究的未来方向。当AI与生物材料得到适当结合时，有望为口腔癌管理提供更精确、高效且个性化的解决方案。
引言
口腔癌是指发生在嘴唇、口腔和舌头的恶性肿瘤，是全球第六大常见恶性肿瘤。大多数病例起源于口腔潜在恶性疾病（OPMDs）[1]，[2]。最近的流行病学数据显示，年轻人群和女性群体中OPMDs的发病率正在上升，但过去二十五年的死亡率仅略有下降。这一悖论凸显了临床上的紧迫问题[3]，[4]。
目前，活检仍是诊断口腔癌的金标准，尽管耗时较长[5]，[6]。在晚期阶段，传统化疗的效果有限，因为其靶向效率较低[7]，[8]，[9]，[10]。早期至中期病变通常通过手术治疗，但手术常导致颌面重建时的功能缺陷和美观问题[9]，[10]，[11]。这反映了在早期诊断、靶向治疗和术后康复方面创新的迫切需求。
生物材料的最新进展为口腔肿瘤学带来了更高效、精确和以修复为导向的方法。纳米颗粒、脂质载体、水凝胶和可植入支架等创新技术越来越多地应用于影像学、靶向药物输送和组织再生[12]，[13]，[14]，[15]，[16]。为了满足对个性化护理日益增长的需求，生物材料的设计必须从一开始就考虑患者的特定生理因素。在这种情况下，人工智能（AI）作为一种变革性工具，能够处理复杂的数据集，识别疾病特异性模式，并指导生物材料的合理设计[17]，[18]。
人工智能是指模拟人类智能以执行复杂任务的计算技术[19]。它在生物材料的发现、设计和临床应用中发挥着关键作用，用于早期检测、靶向治疗和功能重建。基于深度学习（DL）的诊断方法能够快速检测肉眼看不见的微尺度放射组学或光学特征，并在几毫秒内对可疑病变进行排序[20]，[21]，[22]，[23]，[24]，[25]，[26]。分子设计算法能够在计算机上模拟药物-肿瘤相互作用，创建能够将正确剂量输送到目标区域的载体，同时不会对正常组织产生不良影响[27]。计算机辅助设计（CAD）驱动的AI技术还将患者的特定解剖结构和加载数据转化为定制的支架几何形状，从而恢复颌面重建的形式和功能[28]，[29]。
本综述概述了AI与生物材料在口腔癌和OPMDs三个临床领域的协同整合：（1）早期检测，（2）靶向治疗，（3）功能重建（表1）。同时强调了改善口腔癌和OPMDs患者预后的新兴策略。
节选
将AI整合到口腔生物材料开发中的设计原则
人工智能在医学诊断、药物研究和医疗机器人技术中发挥着重要作用，对口腔癌的早期诊断也至关重要。随着机器学习（ML）的不断进步，AI系统越来越多地应用于生物材料的开发，尤其是在AI辅助设计方面。这一范式为优化特定生物医学应用的材料性能提供了前所未有的潜力
用于早期和准确检测口腔肿瘤的人工智能集成生物材料
活检标本的组织病理学分析仍是诊断和分期口腔癌的金标准[40]。然而，这种方法具有侵入性，可能会给患者带来不适[41]。此外，诊断结果可能受到采样变异性和临床医生主观解释的影响[42]，[43]。来自遗传代谢物、自身抗体等来源的分子生物标志物在临床肿瘤学中起着关键作用。这些分子特征可以支持
用于口腔肿瘤个性化治疗的人工智能辅助生物材料
基于AI驱动的生物材料在诊断方面的突破，AI的整合正在通过利用多维生物医学数据（基因组学、蛋白质组学、表观遗传学、代谢组学和临床成像）来识别生物标志物和治疗靶点，从而推进精准医学[74]，[75]，[76]，[77]，[78]。这些数据驱动的方法能够根据个体分子特征制定个性化治疗计划（图4）。在药物
用于口腔肿瘤术后重建和康复的人工智能支持生物材料
早期至中期口腔和颌面肿瘤的治疗通常需要广泛的手术切除，这可能导致骨骼、软组织和牙齿的显著解剖和功能缺陷[126]。AI和生物材料的最新进展正在通过实现更精确、个性化和综合的重建和康复方法来改变术后护理[22]，[23]，[24]。人工智能在三个关键领域发挥作用：挑战与未来方向
尽管在开发用于口腔癌管理的AI辅助生物材料方面取得了进展，但仍存在一些挑战，阻碍了其广泛的临床应用和长期成功。
一个主要问题是需要改进患者分类方法以支持精准医疗策略。当前的分类系统通常侧重于区分健康个体和患病个体，可能涉及广泛的癌症分期或按肿瘤类型进行分类[173]。尽管如此
CRediT作者贡献声明
李翔：撰写 – 审稿与编辑。魏建华：撰写 – 审稿与编辑，监督。李静：撰写 – 审稿与编辑。冯月：撰写 – 审稿与编辑。Franklin R. Tay：撰写 – 审稿与编辑，监督。牛丽娜：撰写 – 审稿与编辑，监督，资金筹集。薛阳：撰写 – 审稿与编辑，监督。白世柱：撰写 – 审稿与编辑，监督。苗晓宇：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
数据可用性
作者确认支持本研究结果的数据可在文章[和/或其补充材料]中找到。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号82325012）的支持。
