口腔數字化修復技術的自主創新研發成果——訪孫玉春主任醫師

中國醫學論壇報今日口腔2019-06-26 04:57:23

編者按:在今年北京國際口腔展創新展區,北京大學口腔醫學院在數字化修復領域的創新成果又一次得到了全方位顯示。從數字化、智能化的活動義齒修復解決方案,到前牙精準美學修復材料和技術,再到下頜功能運動檢測記錄和三維生物打印技術,北大口腔已經將數字化技術深入滲透到口腔修復領域的各個方面。在展會前夕,本報記者採訪了北京大學口腔醫學院口腔醫學數字化研究中心副主任孫玉春,請他介紹了本次的主要創新展品以及科研體會。


詳情請看採訪視頻↓↓↓


小編特別整理了文字版,給不方便觀看視頻的讀者~


六大創新展品

 創新一 功能易適數字化全口義齒技術產品 

2017年發佈的《第四次全國口腔健康流行病學調查》顯示,我國至少還有2100萬例無牙頜患者,全口義齒是無牙頜患者的主要修復方式。經典的修復技術大量依賴於手工操作技巧和專家經驗。臨牀很多年輕醫生包括年輕技師對全口義齒望而生畏,不願意做全口義齒。

針對這種情況,北大口腔自主研發了一套全口義齒的數字化修復系統,不只解決最終義齒的設計和製造,而且把數字化技術有效恰當地應用於全口義齒的上游關鍵環節,包括功能印模的製取和準確的頜位關係的記錄,以及最終義齒的數字化設計和製作,通過這三個環節有效地應用數字化技術,可以顯著提高全口義齒修復過程中的精度,同時降低醫生的操作難度和對專家經驗的依賴,並且大幅度提高最終義齒修復之後的功能適合性。這套FSD功能易適數字化全口義齒技術(Func-tionally Suitable Denture,固易美),包含了25個發明專利,核心專利國際檢索報告顯示,全部25項權利要求均具有新穎性、創造性和工業實用性。在臨牀操作全程恰當植入數字化技術,有效破解傳統上的操作難題。

該專利技術已經與北京巴登技術有限公司簽署專利轉化協議,目前FSD技術已推廣至全國二十多家醫院,完成近200例的臨牀應用驗證,效果良好,總體滿意率在85%~90%以上(圖1)。


圖1 功能易適性數字全口義齒



 創新二 複雜可摘局部義齒智能設計與精準製造技術產品 

雖然全國有2100萬無牙頜患者,但是缺失一部分牙的患者數量更大,10倍甚至20 倍於無牙頜患者。這一類患者存在諸如全身系統疾病、局部骨量不足、心理恐懼以及經濟因素等等,在臨牀修復中種植修復佔比比較小。據不完全統計,我國大概有幾十億顆牙需要進行修復治療,而目前每年大概也只能種植修復幾百萬顆,大部分還是要靠可摘局部義齒和固定義齒進行修復。可摘局部義齒之前一直靠手工雕蠟之後鑄造支架,然後再去排人工牙。

在FSD的科研積澱基礎上,北大口腔的第二個創新是可摘局部義齒智能設計與精準製造技術。用現有的CAD軟件設計一個複雜可摘局部義齒需要30~40分鐘,基於自主研發的專用人工智能算法,只需5~10分鐘;通過對中國人牙列缺損情況與可摘局部義齒專業設計結果進行數據挖掘、聚類分析和相關關係映射,該技術可更深入地詮釋專家經驗,並更適合中國人的口腔解剖結構和生理功能, 即複雜可摘局部義齒的智能設計軟件(圖2)。

同時,北大口腔開發了口腔醫用3D 打印精度保障技術體系,相當於給所有打印機一把非常精準的“尺子”,通過將該技術體系植入到現有的3D打印系統,能夠將軟件設計的可摘局部義齒製造得更為精準、可靠。上述專利技術已經與南京前知智能科技有限公司簽約。


圖2 複雜可摘局部義齒的智能設計軟件



 創新三 3D仿生絢彩氧化鋯陶瓷 

北大口腔的第三個創新是在牙科氧化鋯方面。很長一段時間裏,國外都佔領着氧化鋯市場的尖端技術,受到習主席和黨中央反覆強調的“創新驅動發展、彎道超車”的啟迪,北大口腔沒有沿着國外的發展路徑去追趕,而是通過分析當時氧化鋯的弊端,設計了一種仿生的梯度多層氧化鋯材料,目標是模擬人類天然牙齒的硬度結構,突破氧化鋯的發

展理念,除了滿足仿生美學之外,更注重於仿生的力學性能,有助於實現高強度的同時,增強對口腔剩餘軟硬組織的力學緩衝,降低對頜牙齒的過度磨損(圖3)。

這項發明已經與愛迪特(秦皇島)科技股份有限公司簽約,2018年全球銷量超150萬顆。它主要的突破點是:分為六層不同的氧化鋯材料。底部跟牙齒接觸部分強度很高,不容易折裂,而在咬合面那個位置,它的耐磨性跟天然牙釉質更為接近,這樣可以減少修復體修復完之後對於對頜牙齒的損耗。


圖3 3D 仿生絢彩氧化鋯陶瓷



 創新四 精準美學數字修復技術 

口腔修復不光要考慮功能恢復,還要考慮美學重建。孫玉春主任從人工智能和精準理念出發,建立了一套精準美學數字化修復技術,臨牀研究表明,應用該技術可實現術前在患者口腔內精準預測、術中微創牙體預備以及術後的美學效果的精準實現(圖4)。

該技術的核心是,一種基於氣質分型的前牙美學形態的三維重建方法,把中國人的前牙美學形態分為六型,女性有靚麗型、優雅型、端莊型,男性則分俊朗型、剛毅型、仿生型等。中國人對於牙齒美學的審美,實際上是有歷史傳承的。比如説中國古代瓷器玉壺春瓶,弧度實際上就是女士選的最多的優雅型形態,就是讓牙齒在美學區域產生一個優美的曲線,凸顯女人的柔美秀麗、優雅大方。各分型牙齒形態,可凸顯患者的氣質性格,或者説心理預期,顯著降低了細節美學形態確認前的工作難題,提升了美學形態的修復效果及患者滿意度。該項專利技術已經轉化給星火萬方齒科技術(北京)有限公司。通過這一技術的推廣普及,可以讓基層醫生也能做出良好的美學修復效果。


圖4 精準美學數字化修復技術



 創新五 下頜運動跟蹤裝置 

臨牀上,對於需要進行咬合重建的患者,頜位關係的重新確定和記錄具有很大的難度,北大口腔開發了一套開放數據的下頜運動軌跡記錄系統,能夠記錄無牙頜患者下頜運動時的實時位置變化,相關配套軟件可以實現下頜運動狀態的虛擬再現,應用該技術有望突破常規頜位記錄對經驗和技術的依賴,實現高效、精確、自動化的咬合重建患者頜位關係的直接數字化確定與數字化記錄(圖5)。該項專利技術已經轉化給南京易形信息科技有限公司。


圖5 下頜運動跟蹤裝置



 創新六 生物打印技術產品 

骨組織工程為骨缺損提供了新的治療思路,傳統的支架製造工藝難以精確設計支架的宏微觀結構,而3D打印有助於實現人工骨支架的宏微觀一體化成形。在數字化技術飛速發展的今天,3D打印由於其個性化、快速、精確、可控等優勢,在生物醫學的多個領域成為研究熱點。然而,目前國內外相關研究尚未完全闡明最適宜的三維拓撲結構特徵。同時,3D生物打印成形材料也尚缺乏明確的選擇標準和優劣指標。均需更多更全面的研究來不斷改進。這就需要能夠有一種可以將多種有潛力的生物材料、按照多種可能的混合比例,製造出精確可控的多種跨尺度空間結構。針對上述科研需求,2015-2018年我們建立了一種3D 打印多孔組織工程支架複合材料及其製備方法,並通過專利轉化的方式與北京實諾泰克科技有限公司合作開發完成了Bioplatform三維生物打印系統,首次實現了多種材料、多種可控比例、多種三維跨尺度結構的一體化共混打印,有望在組織工程材料、跨尺度三維宏微一體化結構優選與創新研究方面產生新的突破(圖6)。


圖6 三維打印機


科研經驗分享

 選準研究方向 

發明專利申請、科研工作均瞄準能解決實際臨牀問題並且具有良好工業實用性(可批量生產或廣泛應用)的技術領域,對國內外最新研究進展進行全面的分析後確定具體研究方向。國外已經做過或者正在做的大方向不一定就不能產生創新成果,可能只是還沒找到最合適的角度,或者沒有找到北大口腔特色的研究角度。


 注重階段成果的產出與轉化 

一個重大科研成果的轉化,往往是分階段完成的。階段性的研究成果,如果已經能夠解決部分臨牀難題,就可以先行轉化成產品,產品在被其他人臨牀實際應用的過程中發現的具體問題,有利於進一步校準之前預定的研究方向或派生出新的研究方向。


 選擇有創新活力的年輕企業或資深企業的年輕部門作為預期產業化對象 

創新是企業發展的生命線,隨着習主席和國家科技主管部門對科研創新及創新科研成果轉化重視程度的不斷加強,會派生出一大批具有良好創新活力的增長型企業或現有資深企業的新部門,此類機構對於新技術的敏感度和認可度更強,在合作研發過程中的配合度也更好。


 與目標企業成果共享、風險共擔 

科研成果轉化時,以分期付款等方式達成協議,減輕企業在轉化技術初期的資金壓力和風險,面向未來。同時,此類方式可以最大限度地調動合作雙方的積極性,共同努力、形成合力,1+1>2,有利於更快、更好地將科研成果轉化為實用、有市場的產品。


 多予少取、先予後取、只予不取 

這是習主席在中非合作論壇中的講話精華,代表了中國大國外交的理念、國與國之間交往的中國邏輯,也適用於科研成果轉化的過程。有時候當前的付出不一定馬上就有回報,但將來會有回報。來得越晚的回報,往往越巨大。成果受讓企業,往往看中的是持有科研成果人的科研誠信和能力,甚至是人品。要樹立良好、正確的合作觀念,方能獲得企業的認可,達成雙贏的科研成果轉化協議。


我們的目標:把技術推廣到基層

我們在做研究的時候,有一個主體思想,就是不能為了數字化而數字化。我們是為了抽取數字化技術的長處,彌補傳統技術的短處;同樣傳統技術中有一些長處,也可以彌補數字化的短處。舉個例子,我們常説我們需要把牙齒做得對稱和諧,這幾個字對於人來説是很容易看到的,可是對於計算機就很難了,因為和諧是個主觀詞,而計算機只認識零和一,所以説我們要充分發揮兩者的優勢,核心目的是解決現在臨牀還解決不了的困難,這是我們的主要研究目標。通過這個方法,我們把原來一些定性的、半定量的專家經驗,包括臨牀手工操作技巧,高度凝鍊在開發的人工智能設計軟件中,包括開發的3D 打印系統裏面,如果把這個技術推廣到廣大基層,就相當於在基層醫生的旁邊隨時站着一個高級專家去幫你做得更好。我們的目標不是我們做得很好,是希望通過技術研發,把北大口腔優秀的專家經驗凝結在智能軟件裏面,讓大多數牙科醫生都能做好,只有這樣才能惠及全國,甚至惠及世界,反過來我們的軟件也可以不斷迭代。


 受訪者簡介 


孫玉春,主任醫師、副教授、博士生導師,北京市科技新星,醫院科研人才第一梯隊、口腔醫學數字化研究中心副主任。現任中華口腔醫學會口腔醫學計算機專委會常務委員,口腔修復專委會委員。中國機械工程學會增材製造(3D打印)技術分會委員。口腔數字化醫療技術和材料“國家工程實驗室”數字化製造平台牽頭人。北京口腔醫學會口腔材料學專委會常務委員。《口腔頜面缺損修復學雜誌》編委。《中華口腔醫學雜誌》及5個SCI收錄雜誌審稿人。國家自然科學基金醫學學部、工程與材料學部項目評議人。主持863、國自然等項目11項,發表論文162篇,第一/通訊論文52篇(SCI 31篇)。



來自《中國醫學論壇報·今日口腔》

第258期06~07版

★轉載請獲本公眾平台許可

“發現口腔人的精彩,滿足口腔人的需要!”

——《中國醫學論壇報·今日口腔》

https://hk.wxwenku.com/d/201004563