人工智能+3D打印 做出一口好“牙”

金鳳

近年來，將數字化技術用于全口義齒修復成為研究熱點。不過，由于制模、記錄頜位與全口義齒設計技術難度仍然較高，導致義齒設計效率和智能化程度不高。

如今，北京大學口腔醫學院口腔醫學數字化研究中心副主任、主任醫師孫玉春教授團隊原創研發的復雜口腔修復體人工智能設計軟件、專用3D打印工藝設備和仿生氧化鋯材料，已經可以讓“數字化義齒”的修復變得高效、舒適且美觀。這項技術不僅填補了國內空白，部分達國際領先水平，而且還實現了中國自主高端口腔醫療技術裝備在全球牙科市場“零的突破”。

1000多副手工模型建成數據庫

孫玉春團隊將北京大學口腔醫學院最初積累的1000多副義齒模型掃描進電腦，進行數據建模。利用這1000多副模型，團隊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余個關鍵變量的權重指標體系，根據這些指標采集患者的信息，幾秒就能在數據庫中找到最適合當前患者的標準義齒模板。

現在，他們的數據庫里已經有全國近20萬副的義齒模型。“目前在國內有約570家義齒加工廠在用，每天可以設計1700多副義齒模型。”孫玉春說。

探索最適合的齒形結構3D打印參數集

雖然設計義齒的效率提升了，但要把設計圖變成真實的義齒，還面臨很多困難。

早期進口的金屬3D打印裝備為單激光掃描，排版設計過程過于煩瑣，智能分析判斷能力不足，需要大量的手工調整和打磨后處理操作，導致制造精度和效率低，材料浪費大。

孫玉春團隊原創了3D打印自動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打印裝備和物聯網運維平臺3D云，通過分類和模式識別算法優化姿態調整，對精度要求更高的關鍵局部結構做自動的特殊工藝設定，突破了金屬3D打印懸垂面精度限制，實現了設備總體打印精度與國際同類設備持平，且關鍵局部打印精度優于國際同類設備水平的突破。

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計和精細的制造工藝呢？

氧化鋯是制造義齒的主要材料。“早期生產的氧化鋯材料只有單一的顏色、透明度、硬度，力學、美學均與天然牙齒硬組織‘失配’，這也是全球牙科陶瓷材料領域的研究熱點和難點。”孫玉春指出，為了讓義齒從上到下呈現出不同的顏色、透明度、力學性能，科研團隊對氧化鋯材料進行了疊層處理，每一層都暗藏玄機。

“我們將含有不同比例氧化釔的6種氧化鋯，按照一定結構壓在一起，在每層建立一種雙向梯度滲透的仿生界面，這個界面模仿天然牙齒的牙釉層，使義齒在制造和燒結時，不會發生層間斷裂和制造精度下降。”孫玉春說，這套技術在一定程度上解決了義齒咬合面的硬度、彈性模量遠高于天然牙釉質的難題，提升了口腔氧化鋯修復體與余留天然牙齒在功能、美學上的仿生匹配度。

如今，經由這套方案研發出的8種產品，均可完全替代進口并已出口海外，仿生氧化鋯材料產品已經推廣到全球120多個國家，每年可生產近千萬顆義齒。