人工智能+3D打印 做出一口好“牙”

金鳳

近年來，將數(shù)字化技術(shù)用于全口義齒修復(fù)成為研究熱點(diǎn)。不過，由于制模、記錄頜位與全口義齒設(shè)計(jì)技術(shù)難度仍然較高，導(dǎo)致義齒設(shè)計(jì)效率和智能化程度不高。

如今，北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)數(shù)字化研究中心副主任、主任醫(yī)師孫玉春教授團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)研發(fā)的復(fù)雜口腔修復(fù)體人工智能設(shè)計(jì)軟件、專用3D打印工藝設(shè)備和仿生氧化鋯材料，已經(jīng)可以讓“數(shù)字化義齒”的修復(fù)變得高效、舒適且美觀。這項(xiàng)技術(shù)不僅填補(bǔ)了國內(nèi)空白，部分達(dá)國際領(lǐng)先水平，而且還實(shí)現(xiàn)了中國自主高端口腔醫(yī)療技術(shù)裝備在全球牙科市場(chǎng)“零的突破”。

1000多副手工模型建成數(shù)據(jù)庫

孫玉春團(tuán)隊(duì)將北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院最初積累的1000多副義齒模型掃描進(jìn)電腦，進(jìn)行數(shù)據(jù)建模。利用這1000多副模型，團(tuán)隊(duì)最終提出基于面部中線、口角線、唇高低線、牙頜弓曲線（寬度、深度、曲度）等10余個(gè)關(guān)鍵變量的權(quán)重指標(biāo)體系，根據(jù)這些指標(biāo)采集患者的信息，幾秒就能在數(shù)據(jù)庫中找到最適合當(dāng)前患者的標(biāo)準(zhǔn)義齒模板。

現(xiàn)在，他們的數(shù)據(jù)庫里已經(jīng)有全國近20萬副的義齒模型?！澳壳霸趪鴥?nèi)有約570家義齒加工廠在用，每天可以設(shè)計(jì)1700多副義齒模型?！睂O玉春說。

探索最適合的齒形結(jié)構(gòu)3D打印參數(shù)集

雖然設(shè)計(jì)義齒的效率提升了，但要把設(shè)計(jì)圖變成真實(shí)的義齒，還面臨很多困難。

早期進(jìn)口的金屬3D打印裝備為單激光掃描，排版設(shè)計(jì)過程過于煩瑣，智能分析判斷能力不足，需要大量的手工調(diào)整和打磨后處理操作，導(dǎo)致制造精度和效率低，材料浪費(fèi)大。

孫玉春團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)了3D打印自動(dòng)化排版切片工藝軟件，率先研制出3套口腔專用的單/雙激光金屬3D打印裝備和物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維平臺(tái)3D云，通過分類和模式識(shí)別算法優(yōu)化姿態(tài)調(diào)整，對(duì)精度要求更高的關(guān)鍵局部結(jié)構(gòu)做自動(dòng)的特殊工藝設(shè)定，突破了金屬3D打印懸垂面精度限制，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備總體打印精度與國際同類設(shè)備持平，且關(guān)鍵局部打印精度優(yōu)于國際同類設(shè)備水平的突破。

疊層處理材料讓義齒更逼真

從牙尖到牙根，顏色、透明度、硬度是漸變的，如何制備出仿生的材料用于人工智能設(shè)計(jì)和精細(xì)的制造工藝呢？

氧化鋯是制造義齒的主要材料?！霸缙谏a(chǎn)的氧化鋯材料只有單一的顏色、透明度、硬度，力學(xué)、美學(xué)均與天然牙齒硬組織‘失配’，這也是全球牙科陶瓷材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)?！睂O玉春指出，為了讓義齒從上到下呈現(xiàn)出不同的顏色、透明度、力學(xué)性能，科研團(tuán)隊(duì)對(duì)氧化鋯材料進(jìn)行了疊層處理，每一層都暗藏玄機(jī)。

“我們將含有不同比例氧化釔的6種氧化鋯，按照一定結(jié)構(gòu)壓在一起，在每層建立一種雙向梯度滲透的仿生界面，這個(gè)界面模仿天然牙齒的牙釉層，使義齒在制造和燒結(jié)時(shí)，不會(huì)發(fā)生層間斷裂和制造精度下降?！睂O玉春說，這套技術(shù)在一定程度上解決了義齒咬合面的硬度、彈性模量遠(yuǎn)高于天然牙釉質(zhì)的難題，提升了口腔氧化鋯修復(fù)體與余留天然牙齒在功能、美學(xué)上的仿生匹配度。

如今，經(jīng)由這套方案研發(fā)出的8種產(chǎn)品，均可完全替代進(jìn)口并已出口海外，仿生氧化鋯材料產(chǎn)品已經(jīng)推廣到全球120多個(gè)國家，每年可生產(chǎn)近千萬顆義齒。