人工智能+3D打印 做出一口好“牙”

金凤

近年来，将数字化技术用于全口义齿修复成为研究热点。不过，由于制模、记录颌位与全口义齿设计技术难度仍然较高，导致义齿设计效率和智能化程度不高。

如今，北京大学口腔医学院口腔医学数字化研究中心副主任、主任医师孙玉春教授团队原创研发的复杂口腔修复体人工智能设计软件、专用3D打印工艺设备和仿生氧化锆材料，已经可以让“数字化义齿”的修复变得高效、舒適且美观。这项技术不仅填补了国内空白，部分达国际领先水平，而且还实现了中国自主高端口腔医疗技术装备在全球牙科市场“零的突破”。

1000多副手工模型建成数据库

孙玉春团队将北京大学口腔医学院最初积累的1000多副义齿模型扫描进电脑，进行数据建模。利用这1000多副模型，团队最终提出基于面部中线、口角线、唇高低线、牙颌弓曲线（宽度、深度、曲度）等10余个关键变量的权重指标体系，根据这些指标采集患者的信息，几秒就能在数据库中找到最适合当前患者的标准义齿模板。

现在，他们的数据库里已经有全国近20万副的义齿模型。“目前在国内有约570家义齿加工厂在用，每天可以设计1700多副义齿模型。”孙玉春说。

探索最适合的齿形结构3D打印参数集

虽然设计义齿的效率提升了，但要把设计图变成真实的义齿，还面临很多困难。

早期进口的金属3D打印装备为单激光扫描，排版设计过程过于烦琐，智能分析判断能力不足，需要大量的手工调整和打磨后处理操作，导致制造精度和效率低，材料浪费大。

孙玉春团队原创了3D打印自动化排版切片工艺软件，率先研制出3套口腔专用的单/双激光金属3D打印装备和物联网运维平台3D云，通过分类和模式识别算法优化姿态调整，对精度要求更高的关键局部结构做自动的特殊工艺设定，突破了金属3D打印悬垂面精度限制，实现了设备总体打印精度与国际同类设备持平，且关键局部打印精度优于国际同类设备水平的突破。

叠层处理材料让义齿更逼真

从牙尖到牙根，颜色、透明度、硬度是渐变的，如何制备出仿生的材料用于人工智能设计和精细的制造工艺呢？

氧化锆是制造义齿的主要材料。“早期生产的氧化锆材料只有单一的颜色、透明度、硬度，力学、美学均与天然牙齿硬组织‘失配’，这也是全球牙科陶瓷材料领域的研究热点和难点。”孙玉春指出，为了让义齿从上到下呈现出不同的颜色、透明度、力学性能，科研团队对氧化锆材料进行了叠层处理，每一层都暗藏玄机。

“我们将含有不同比例氧化钇的6种氧化锆，按照一定结构压在一起，在每层建立一种双向梯度渗透的仿生界面，这个界面模仿天然牙齿的牙釉层，使义齿在制造和烧结时，不会发生层间断裂和制造精度下降。”孙玉春说，这套技术在一定程度上解决了义齿咬合面的硬度、弹性模量远高于天然牙釉质的难题，提升了口腔氧化锆修复体与余留天然牙齿在功能、美学上的仿生匹配度。

如今，经由这套方案研发出的8种产品，均可完全替代进口并已出口海外，仿生氧化锆材料产品已经推广到全球120多个国家，每年可生产近千万颗义齿。