香港大学(HKU)牙医学院的主要研究人员利用牙科制造技术开发了一种新型智能牙冠制造技术。由牙科材料科学副教授JamesTsoi博士领导的团队与香港大学工程学院计算机科学系的同事合作，为下一代人工智能设计的假牙生产工作流程迈出了一大步。
研究人员开发了一种生成式AI算法，该算法使用真正的三维(3D)深度学习方法，以高精度制作个性化牙冠，模仿形态并匹配天然牙齿生物力学所需的材料。生物力学有限元分析表明，通过使用硅酸锂，人工智能设计的牙冠可以非常接近天然牙齿的预期寿命。相比之下，现有的两种牙冠设计方法导致牙冠要么太大要么太薄，并且达不到与天然牙相同的寿命。
该成果已发表在领先的学术期刊《牙科材料》上的一篇题为“3D-DCGAN设计的牙冠的形态学和机械性能”的文章中。
目前，计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)数字工作流程已显着改善牙科，但仍面临挑战。从牙科修复体的设计到制造，这个过程是劳动密集型、耗时的，并且在3D打印和铣削过程中会产生健康和环境危害。该软件使用包含预定义牙冠模板的“牙齿库”来帮助生成修复设计，但操作员仍需要进一步调整以满足个人条件。
研究团队开发的智能制造方法可以应对挑战，并有助于取代传统方法来设计个性化牙冠。
“我们使用3D-DCGAN(3D深度卷积生成对抗网络)方法通过向算法提供600多个自然健康的牙列案例来‘教导’人工智能算法‘好的’设计。该算法通过生成器和鉴别器之间的内部竞争来提高设计质量，”该项目的联合研究员丁浩博士说。
“在训练过程中，算法学习了天然牙齿的形态特征，因此它可以设计出与天然牙齿相当的牙冠——无论是在形态上还是在功能上。”丁医生补充道。
将3D-DCGANAI设计的牙冠与天然牙以及其他两种传统的CAD牙冠设计方法进行了比较。结果显示，与天然牙齿相比，生成式AI设计的牙冠具有最低的3D差异、最接近的牙尖角(形态特征)和相似的咬合接触(功能特征)。
“这表明3D-DCGAN可用于设计高精度的个性化牙冠，不仅可以模拟天然牙齿的形态和生物力学，而且无需任何额外的人工微调即可运行，从而节省了额外的生产成本过程，”首席研究员JamesTsoi博士说。
“许多AI方法设计了一个‘相似’的产品，但我相信这是第一个将数据驱动的AI功能化为真正牙科应用的项目。我们希望这项智能制造技术将成为推动牙科工业4.0的垫脚石，这对于应对香港老龄化社会和牙科人才短缺的挑战至关重要。”他加了。
Tsoi博士表示，这一突破标志着大湾区牙科行业迈出了重要一步，大湾区每年在全球范围内生产25-30%的牙科修复体，年收入为3.3B美元，并与国家第十四个五年计划保持一致发展新型工业化和信息化即。智能智能制造。
将这种生成人工智能用于牙冠的临床试验正在进行中。该团队还在研究该工具在其他牙科修复体(如牙桥和假牙)中的适用性。
该研究得到一般研究基金(GRF)、创新科技基金内地与香港联合资助计划(ITF-MHKJFS)和健康与医学研究基金(HMRF)的支持。其初步成果由丁浩博士在国际牙科研究协会(IADR)东南亚(SEA)第35届年度科学会议上发表，并在2018年荣获领先的IADR-SEA研究类别奖(牙科材料和生物材料类别)2021.