香港大學(xué)牙醫(yī)學(xué)院研發(fā)智能制造牙冠核心技術(shù)
研究團(tuán)隊(duì)成員丁豪博士利用研發(fā)的智能核心技術(shù)設(shè)計(jì)個(gè)性化牙冠
研究團(tuán)隊(duì)成員丁豪博士利用研發(fā)的智能核心技術(shù)設(shè)計(jì)個(gè)性化牙冠
天然牙齒（左）與生成式AI設(shè)計(jì)的牙冠（右）比較。
港大牙醫(yī)學(xué)院牙科物質(zhì)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)成員： （左起） 博士后研究員丁豪博士、首席研究員徐杰漢博士、博士生陳彥凝
研究團(tuán)隊(duì)成員丁豪博士利用研發(fā)的智能核心技術(shù)設(shè)計(jì)個(gè)性化牙冠。 （小圖）由生成式AI設(shè)計(jì)的牙冠
香港大學(xué)（港大）牙醫(yī)學(xué)院以生成式人工智能（generative AI）結(jié)合現(xiàn)有牙科制造技術(shù)，研發(fā)出智能制造（smart manufacturing）牙冠的核心技術(shù)，制造切合病者天然牙齒形態(tài)特征和生物力學(xué)性能的個(gè)性化牙冠，作牙科臨床醫(yī)療應(yīng)用。
研究團(tuán)隊(duì)由港大牙醫(yī)學(xué)院牙科物質(zhì)學(xué)副教授徐杰漢博士帶領(lǐng)，與工程學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)系跨學(xué)科合作，旨在推動(dòng)全新一代智能制造義齒（假牙）工作流程的躍進(jìn)。
新技術(shù)已在學(xué)術(shù)期刊《Dental Materials》發(fā)表，文章題為3D-DCGAN設(shè)計(jì)牙冠的形態(tài)和機(jī)械性能表征。
目前設(shè)計(jì)及制造假牙主要依賴'電腦輔助設(shè)計(jì)和制造（Computer-Aided Design and Manufacturing， CAD/CAM）'數(shù)碼化工作流程，牙科制成品較以往有顯著提升，但過(guò)程中仍涉及大量人手和時(shí)間，制造假牙的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生有害氣體或粉塵，危害牙科從業(yè)員健康和環(huán)境。 現(xiàn)時(shí)CAD軟件主要利用牙齒庫(kù)中儲(chǔ)存的牙冠模型，協(xié)助假牙的設(shè)計(jì)，然后牙科技師需根據(jù)個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，進(jìn)一步調(diào)整假牙以切合患者口腔的實(shí)際情況。
港大研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的生成式人工智能牙科義齒設(shè)計(jì)算法，采用真正的三維深度學(xué)習(xí)方法，設(shè)計(jì)并生產(chǎn)高準(zhǔn)確度模仿天然牙齒形態(tài)特征的牙冠，既能迎合不同人士的需要，同時(shí)具備與牙科陶瓷力學(xué)特性匹配的生物力學(xué)特征。
「我們使用3D-DCGAN（（3D-Deep Convolutional Generative Adversarial Network，三維深度卷積生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)）方法，利用超過(guò)600個(gè)健康的天然牙齒案例來(lái)『教導(dǎo)』人工智能甚麼是好的設(shè)計(jì)，透過(guò)生成器和鑒別器之間的內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)來(lái)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。 在訓(xùn)練過(guò)程中，AI學(xué)習(xí)了天然牙齒形態(tài)特征，例如牙尖角和牙齒溝槽，因此能設(shè)計(jì)出形態(tài)和功能均能比擬天然牙齒的牙冠?！?項(xiàng)目共同研究員丁豪博士解釋說(shuō)。
團(tuán)隊(duì)將利用AI算法設(shè)計(jì)的牙冠，與天然牙齒，以及由CAD軟件和牙科技師設(shè)計(jì)的兩種常規(guī)方法制成的牙冠作比較。 結(jié)果顯示，與天然牙齒相比，利用新AI算法設(shè)計(jì)的牙冠具有的三維偏差，以及接近的牙尖角度（形態(tài)特征）和咬合接觸點(diǎn)數(shù)量及面積（功能特征），與天然牙齒的形態(tài)特征非常接近。 研究結(jié)果亦顯示，根據(jù)生物力學(xué)有限元疲勞分析顯示，利用二硅酸鋰（lithium disilicate）陶瓷作為原材料，結(jié)合AI生成的假牙，與天然牙齒的預(yù)期壽命估計(jì)貼近，而使用其他兩種現(xiàn)有方法設(shè)計(jì)的牙冠，分別過(guò)大或過(guò)薄，均不接近天然牙齒的預(yù)期壽命。
研究結(jié)果表明，利用3D-DCGAN設(shè)計(jì)高精度的個(gè)性化牙冠，不僅能模仿天然牙齒的形態(tài)和生物力學(xué)性能，同時(shí)不需技師調(diào)整以適應(yīng)患者口腔情況，從而節(jié)省了人力成本。
「許多AI設(shè)計(jì)僅能設(shè)計(jì)出『看起來(lái)像牙齒』的產(chǎn)品，我們的研究作為將數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的AI算法功能轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品的先驅(qū)，研究成果有助推動(dòng)智能牙科制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以應(yīng)對(duì)香港老齡化社會(huì)所面臨的挑戰(zhàn)?！?首席研究員徐杰漢博士說(shuō)。 徐博士指出，目前全球25 - 30%的口腔義齒在大灣區(qū)生產(chǎn)，每年收入大約33億美元，研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的智能制造義齒的核心技術(shù)，配合'十四五'發(fā)展新形式工業(yè)化和信息化（即智能制造）的規(guī)劃，有望進(jìn)一步推動(dòng)大灣區(qū)的牙科產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
研究的臨床試驗(yàn)正在進(jìn)行中，團(tuán)隊(duì)正研究擴(kuò)大這技術(shù)在其他牙科修復(fù)領(lǐng)域（如設(shè)計(jì)牙橋和牙托）的應(yīng)用。
研究獲優(yōu)配研究金（General Research Fund， GRF）、創(chuàng)新及科技基金（Innovation and Technology Fund， ITF）和衛(wèi)生及醫(yī)療衛(wèi)生研究基金（Health and Medical Research Fund， HMRF）支持，其初步結(jié)果由丁豪博士在2021年第35屆牙科研究國(guó)際協(xié)會(huì)（東南亞分會(huì)）上發(fā)表， 并獲協(xié)會(huì)頒發(fā)研究類(lèi)別獎(jiǎng)（牙科材料和生物材料類(lèi)別）。
請(qǐng)按此閼覽發(fā)表在《Dental Materials》題為「3D-DCGAN設(shè)計(jì)牙冠的形態(tài)和機(jī)械性能表征」（Morphology and mechanical performance of dental crown designed by 3D-DCGAN）的文章。
研究團(tuán)隊(duì)
香港大學(xué)牙醫(yī)學(xué)院
首席研究員
牙科物質(zhì)學(xué)副教授徐杰漢博士
共同研究員
牙科物質(zhì)學(xué)博士后研究員丁豪博士
牙科物質(zhì)學(xué)博士生陳彥凝
牙科物質(zhì)學(xué)名譽(yù)教授馬裕褀教授
修復(fù)齒科學(xué)臨床副教授鮑浩能醫(yī)生
修復(fù)齒科學(xué)臨床教授Michael Francis Burrow醫(yī)生
香港大學(xué)工程學(xué)院
計(jì)算機(jī)科學(xué)系博士生崔智銘
計(jì)算機(jī)科學(xué)系榮休教授王文平教授
卓克索大學(xué) - 機(jī)械工程與力學(xué)系博士生Ebrahim Maghami
