孫玉春，郭雨晴，陳 虎，鄧珂慧，李偉偉

(北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院·口腔醫(yī)院口腔醫(yī)學(xué)數(shù)字化研究中心，口腔修復(fù)教研室，國(guó)家口腔醫(yī)學(xué)中心，國(guó)家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心,口腔數(shù)字化醫(yī)療技術(shù)和材料國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，口腔數(shù)字醫(yī)學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)口腔醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用工程技術(shù)研究中心，國(guó)家藥品監(jiān)督管理局口腔材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

根據(jù)《第四次全國(guó)口腔健康流行病學(xué)調(diào)查報(bào)告》(2018)，我國(guó)各年齡組缺損、缺失牙齒達(dá)數(shù)十億顆。牙齒缺損、缺失后會(huì)導(dǎo)致咀嚼功能障礙、營(yíng)養(yǎng)攝入障礙，易導(dǎo)致顳下頜關(guān)節(jié)疾病甚至誘發(fā)心血管疾病等全身系統(tǒng)性疾病，需及時(shí)用口腔修復(fù)體重建生理功能。

口腔數(shù)字化修復(fù)技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括三維掃描、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(computer aided design， CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(computer aided manufacturing，CAM)、可數(shù)字化加工的材料等[1]，能顯著提高口腔修復(fù)的效率與精度。但是長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)相關(guān)軟硬件基本依賴進(jìn)口，基礎(chǔ)研究與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)嚴(yán)重缺乏國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，設(shè)計(jì)算法、打印工藝、材料制備工藝等核心技術(shù)面臨被“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)[2]。為改變這一現(xiàn)狀，北京大學(xué)口腔醫(yī)院口腔醫(yī)學(xué)數(shù)字化研究中心孫玉春團(tuán)隊(duì)自2001年開(kāi)始對(duì)口腔數(shù)字化修復(fù)技術(shù)進(jìn)行研究，包括智能設(shè)計(jì)軟件、自動(dòng)化制造裝備、仿生疊層氧化鋯材料，以及臨床數(shù)字化創(chuàng)新應(yīng)用方案等(前期研究在呂培軍、王勇兩位導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成)。

本課題組相關(guān)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技支撐計(jì)劃、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，以及首都科技領(lǐng)軍人才工程等基金項(xiàng)目的支持，發(fā)表論文200余篇，獲得國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)49項(xiàng)、美國(guó)發(fā)明專利1項(xiàng)，發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)。專利轉(zhuǎn)化并合作研發(fā)出8種口腔數(shù)字化修復(fù)核心技術(shù)產(chǎn)品和3種臨床診療方案，顯著提高了復(fù)雜口腔修復(fù)體的設(shè)計(jì)效率、3D打印精度和陶瓷材料的仿生性能。與國(guó)際同類技術(shù)對(duì)比，其設(shè)計(jì)效率、制造精度提升2倍，診療難度和應(yīng)用成本降低50%，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，有助于實(shí)現(xiàn)修復(fù)過(guò)程的快、簡(jiǎn)、準(zhǔn)和功能美學(xué)個(gè)性仿生匹配。

1 口腔修復(fù)體人工智能設(shè)計(jì)軟件的研發(fā)

2001年開(kāi)始，本課題組首先進(jìn)行了固定義齒基底支架CAD技術(shù)的研究，建立了全冠、固定橋及其基底支架的CAD方法[3]；繼而，基于進(jìn)口函數(shù)庫(kù)研發(fā)了口腔固定修復(fù)CAD/CAM算法并開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的商業(yè)軟件[3-4]，但由于進(jìn)口函數(shù)庫(kù)售價(jià)高昂，軟件不具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，未能有效推廣。本課題組發(fā)現(xiàn)以CAD/CAM為代表的口腔數(shù)字化修復(fù)技術(shù)，在全口義齒、可摘局部義齒等復(fù)雜口腔修復(fù)體方面發(fā)展尚不成熟，國(guó)內(nèi)外均處于起步階段，因此，本課題組開(kāi)始聚焦于全口義齒等復(fù)雜口腔修復(fù)體，2004—2015年系統(tǒng)研究了全口義齒CAD & 3D打印輔助制作技術(shù)，并將數(shù)字化全口義齒技術(shù)推進(jìn)到可臨床實(shí)用的階段[1, 5-6]。

歐美等國(guó)開(kāi)發(fā)的口腔修復(fù)CAD軟件主要基于解析幾何算法，設(shè)計(jì)時(shí)要用鼠標(biāo)和鍵盤(pán)對(duì)每顆牙齒的空間位置、姿態(tài)和三維形狀進(jìn)行逐個(gè)交互式調(diào)整，以空間位姿為例，每顆牙齒需要考慮6個(gè)自由度的變量，全口28顆牙齒需調(diào)整168個(gè)自由度，耗時(shí)約25～30 min[7]。自2007年起，本課題組以平衡牙合理論為依據(jù)，以橫牙合、縱牙合曲線為引導(dǎo)，研究并建立了全口28顆人工牙空間位置姿態(tài)的三維定量分析與參數(shù)化描述，建立了人工牙三維圖形數(shù)據(jù)庫(kù)[8]，并將數(shù)字化技術(shù)與中性區(qū)理論結(jié)合，建立了全口義齒自動(dòng)化平衡牙合排牙原型算法，基于Imageware通用軟件研發(fā)了實(shí)驗(yàn)室第一代CAD 軟件平臺(tái)[7]。排牙時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建排牙線，同時(shí)制定區(qū)域參數(shù)化排牙法則，實(shí)現(xiàn)了人工牙在排牙線上的個(gè)性化就位，最后基于特征曲面造型法完成基托的設(shè)計(jì)[9-10]。之后，本課題組創(chuàng)建了一種基于可重構(gòu)規(guī)則驅(qū)動(dòng)的全口義齒自動(dòng)排牙方法[11]，10 s內(nèi)完成平衡牙合的排列；牙齒排列后使用基于泊松曲面的構(gòu)建方法生成牙齦基托外形，完成義齒設(shè)計(jì)[12]。由于該算法是基于進(jìn)口圖形函數(shù)庫(kù)完成，無(wú)法單獨(dú)使用，且美學(xué)效果不足，故不具備推廣應(yīng)用價(jià)值。進(jìn)一步，本課題組原創(chuàng)了用于STL三角網(wǎng)格曲面頂點(diǎn)特征自動(dòng)提取的底層核心神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)MeshSegNet，對(duì)牙頜與修復(fù)體三維數(shù)據(jù)上的三角網(wǎng)格曲面頂點(diǎn)進(jìn)行聚類，研究了個(gè)體牙頜生理解剖特征的自動(dòng)化識(shí)別算法[13-17]。同時(shí)，通過(guò)批量掃描臨床制作的石膏模型、牙合堤及高質(zhì)量修復(fù)體，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)定，建立了專家預(yù)設(shè)模板的參數(shù)化三維圖形數(shù)據(jù)庫(kù)[8]。最后基于面部中線、口角線等10余個(gè)變量，原創(chuàng)了一種基于專家預(yù)設(shè)模板整體匹配和關(guān)鍵局部結(jié)構(gòu)自適應(yīng)變形適配的復(fù)雜口腔修復(fù)體高效率設(shè)計(jì)新方法[16, 18]，由此開(kāi)發(fā)出第三代全口義齒CAD平臺(tái)，在給新患者設(shè)計(jì)修復(fù)方案時(shí)通過(guò)智能化自動(dòng)匹配，幾秒就能在數(shù)據(jù)庫(kù)中找到最適合當(dāng)前患者的標(biāo)準(zhǔn)義齒模板[19]，該方案大幅提高了數(shù)字義齒設(shè)計(jì)的效率及牙齦美學(xué)形態(tài)效果，同時(shí)具有可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)專家經(jīng)驗(yàn)的傳承與迭代[20]。

通過(guò)專利轉(zhuǎn)化，與山東山大華天軟件有限公司和南京前知智能科技有限公司分別共同研發(fā)出全口義齒和可摘局部義齒人工智能設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)品，固定義齒軟件也進(jìn)入了關(guān)鍵開(kāi)發(fā)階段[21]，研究同時(shí)向頜面缺損修復(fù)等方向不斷擴(kuò)展[22]，目前已推廣至國(guó)內(nèi)600余家加工廠，輻射至近萬(wàn)家醫(yī)療單位，實(shí)際應(yīng)用30余萬(wàn)例。此外，本課題組還對(duì)口腔靜動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)獲取、頜位與咬合三維重建、虛擬咬合記錄與分析等數(shù)字化設(shè)計(jì)體系的重要環(huán)節(jié)進(jìn)行了全面布局與同步研究[23-26]?；谙嚓P(guān)研究，牽頭起草了5項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其中兩項(xiàng)已正式發(fā)布[27-28]。

2 口腔醫(yī)用3D打印技術(shù)裝備的研發(fā)

本課題組對(duì)口腔數(shù)字化制造的研究起步于數(shù)控切削，自主研發(fā)的國(guó)產(chǎn)CAM系統(tǒng)，與國(guó)外商品化CAM系統(tǒng)(威蘭德T1加工設(shè)備)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)CAM設(shè)備的加工精度與國(guó)外同類產(chǎn)品持平[29]。但數(shù)控切削技術(shù)在加工復(fù)雜結(jié)構(gòu)(如可摘局部義齒)時(shí)刀具空間干涉多、材料浪費(fèi)大、綜合成本高，且我國(guó)在四軸(以上)聯(lián)動(dòng)切削工藝算法方面存在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法克服的短板，本課題組暫停了相關(guān)研究，轉(zhuǎn)入了對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)制件更具優(yōu)勢(shì)的3D打印技術(shù)研究。3D打印有望解決上述數(shù)字切削技術(shù)存在的問(wèn)題，但其打印精度、效率及多材料一體化打印有待突破[30-31]。

保障3D打印精度的關(guān)鍵難題之一是克服重力、材料收縮對(duì)打印懸垂面成形精度的影響，與打印時(shí)制件的擺放角度和支撐設(shè)計(jì)密切相關(guān)。本課題組首先從表面積較大的全口義齒入手，采用所購(gòu)置的純蠟3D打印機(jī)，初步驗(yàn)證了精準(zhǔn)3D打印復(fù)雜齒形結(jié)構(gòu)的可行性[32]。之后，本課題組通過(guò)自主研發(fā)的FDM打印機(jī)對(duì)全口義齒和種植導(dǎo)板等各類復(fù)雜齒形結(jié)構(gòu)制品打印時(shí)擺放角度、支撐設(shè)計(jì)等十幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)打印精度的影響規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)探究，闡明了一定角度范圍內(nèi)懸垂面在特定材料供給路徑下的智能自支撐原理，建立了一種口腔修復(fù)體等齒形結(jié)構(gòu)醫(yī)療制品的專用打印方法[33]。通過(guò)優(yōu)化姿態(tài)調(diào)整和支撐添加，對(duì)精度要求更高的關(guān)鍵局部結(jié)構(gòu)做自動(dòng)的特殊工藝設(shè)定，將打印機(jī)硬件的“精準(zhǔn)打印能力”聚焦于關(guān)鍵局部區(qū)域，突破了復(fù)雜口腔修復(fù)體激光選區(qū)燒結(jié)成形時(shí)懸垂面精度限制，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備硬件不變前提下，總體打印精度持平，但關(guān)鍵局部打印精度優(yōu)于國(guó)際同類設(shè)備水平的突破[34-35]。通過(guò)專利轉(zhuǎn)化與南京前知智能科技有限公司合作研發(fā)了3套自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的口腔專用的單/雙激光金屬3D打印裝備，主要用于鈦合金、鈷鉻合金材料的全口/可摘局部義齒金屬支架、冠橋、種植上部基臺(tái)支架等的高精度3D打印制造[36]。在中國(guó)、日本、韓國(guó)、新加坡等國(guó)得到了實(shí)際應(yīng)用，年應(yīng)用量近千萬(wàn)顆牙齒。

3 仿生疊層氧化鋯材料制備技術(shù)

本課題組對(duì)口腔“固定修復(fù)”數(shù)字化技術(shù)的研究始于2013年，盡管由于前述各種客觀條件的限制，未能實(shí)現(xiàn)根本性突破，但在咬合狀態(tài)下牙齒空間位姿精準(zhǔn)三維重建、下頜運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的牙冠功能性磨耗面精準(zhǔn)個(gè)性化設(shè)計(jì)、美學(xué)修復(fù)精度等方面做出了一系列特色鮮明的研究，并得到了國(guó)內(nèi)外同行的廣泛認(rèn)可[34, 37-39]。

氧化鋯是固定修復(fù)體的主要材料之一，歐美日等國(guó)長(zhǎng)期掌握著該材料制備的尖端技術(shù)，但早期進(jìn)口的3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯材料透明度差、顏色單一。盡管后期通過(guò)改變色料添加比例出現(xiàn)了多色氧化鋯材料，但因?yàn)楣に嚭?jiǎn)單，所制作材料的透明度、硬度、力學(xué)、美學(xué)仍然與天然牙齒硬組織“失配”，是當(dāng)時(shí)該領(lǐng)域的難題，于是，本課題組開(kāi)始針對(duì)氧化鋯材料開(kāi)展了系統(tǒng)研究。

本課題組首先對(duì)患者最關(guān)心的氧化鋯類高密度口腔修復(fù)材料在CT下出現(xiàn)射線硬化偽影的問(wèn)題進(jìn)行了定量研究，明確了多種材料口腔修復(fù)體在錐形束計(jì)算機(jī)斷層掃描(cone-beam computed tomography，CBCT)下出現(xiàn)射線硬化偽影的程度，為臨床提供了良好的參考[40]。之后，基于對(duì)3D打印逐層累加成形原理的深刻理解，本課題組以人牙釉質(zhì)和牙齒力學(xué)梯度結(jié)構(gòu)為仿生模本，提出了一種將不同顏色、透明度和耐磨耗性能的陶瓷材料疊層打印的技術(shù)思想，以期制造出從表及里分為功能磨耗層、應(yīng)力緩沖層和抗折基底層三層結(jié)構(gòu)的仿生陶瓷修復(fù)體。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，本課題組前期嘗試使用光固化3D打印技術(shù)制備修復(fù)體，但發(fā)現(xiàn)所制造的全冠陶瓷修復(fù)體精度不足[41]。接著嘗試了疊層壓制的方法制作修復(fù)體，發(fā)現(xiàn)此種方法制作仿生疊層全鋯冠的臨床適合性較高[42]。理論上逐顆修復(fù)體分別疊層壓制可以達(dá)到最佳的仿生效果，但這種方法生產(chǎn)效率低，無(wú)法滿足臨床需求，若能研制出顏色、半透性和力學(xué)性能梯度漸變的氧化鋯預(yù)成材料，則更具工業(yè)實(shí)用性?；谶@種思路，通過(guò)創(chuàng)新的成分配比及膠態(tài)氧化鋯疊層壓制工藝，有機(jī)融合氧化鋯多層顏色、半透性與強(qiáng)度調(diào)控技術(shù)，將含有不同比例氧化釔穩(wěn)定的6種氧化鋯，按照一定結(jié)構(gòu)壓在一起，原創(chuàng)了可切削氧化鋯材料的力學(xué)、半透性和顏色的梯度疊層漸變?cè)O(shè)計(jì)制備方法，在保留純陶瓷材料優(yōu)勢(shì)的同時(shí)初步實(shí)現(xiàn)了咬合面力學(xué)性能仿生弱化[41, 43]，并通過(guò)層間界面的雙向滲透仿生結(jié)構(gòu)，確保了較高的加工與燒結(jié)精度、機(jī)械強(qiáng)度[44]。

通過(guò)專利轉(zhuǎn)化與愛(ài)迪特(秦皇島)科技股份有限公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)出3套顏色、半透性和強(qiáng)度均勻過(guò)度的系列仿生氧化鋯陶瓷材料，在一定程度上解決了修復(fù)體咬合面的硬度、彈性模量遠(yuǎn)高于天然牙釉質(zhì)的難題，顯著提升了口腔氧化鋯修復(fù)體與余留天然牙齒在功能、美學(xué)上的仿生匹配度。所生產(chǎn)的可切削氧化鋯材料“出廠即(部分)仿生”，有效破解設(shè)計(jì)制作仿生修復(fù)體的“專家經(jīng)驗(yàn)技巧強(qiáng)依賴”的難題，所轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品在120個(gè)國(guó)家得到了實(shí)際應(yīng)用，年應(yīng)用量近千萬(wàn)顆牙齒。

4 數(shù)字化修復(fù)臨床創(chuàng)新應(yīng)用方案

口腔修復(fù)診療過(guò)程是“臨床手術(shù)操作”與“修復(fù)體設(shè)計(jì)制造”相配合的過(guò)程。傳統(tǒng)口腔修復(fù)臨床操作復(fù)雜、患者就診次數(shù)多、治療周期長(zhǎng)、對(duì)醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)依賴程度很高、費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效果因人而異。為縮短治療周期，提高診療效果，本課題組結(jié)合前述系列原創(chuàng)數(shù)字化單元技術(shù)，進(jìn)一步原創(chuàng)研發(fā)了3種口腔數(shù)字化修復(fù)臨床創(chuàng)新應(yīng)用方案。

4.1 功能易適數(shù)字化全口義齒

基于提高診療效率、簡(jiǎn)化就診流程和提高臨床適合性的目標(biāo)，本課題組將原創(chuàng)數(shù)字化技術(shù)與成熟的全口義齒修復(fù)材料結(jié)合，建立了一種可臨床應(yīng)用的全口義齒數(shù)字化輔助診療解決方案——功能易適數(shù)字化全口義齒(functionally suitable digital removable complete dentures，F(xiàn)SD)[7]。

傳統(tǒng)全口義齒制做需要的初印模、終印模、頜位關(guān)系記錄、義齒試戴、義齒初戴5個(gè)步驟。FSD技術(shù)解決了制取功能微壓印模、確定/記錄頜位關(guān)系、義齒設(shè)計(jì)制作效率和精度等難題[35, 45-48]，將上述5步流程簡(jiǎn)化成“初印模及初始頜位記錄→終印模/頜位記錄→義齒初戴”3個(gè)步驟：(1)患者第1次就診時(shí)使用印模膏制取上下頜初印模與頜位記錄，并記錄上唇豐滿度，標(biāo)記中線、口角線等美學(xué)信息；(2)技工室三維掃描后用上述人工智能設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)并打印全口義齒形態(tài)的閉口式個(gè)別托盤(pán)[49-50]；患者第2次就診時(shí)，使用義齒式托盤(pán)制取閉口式終印模，校準(zhǔn)頜位關(guān)系，醫(yī)患雙方共同確認(rèn)美學(xué)信息；(3)技工室將終印模和確認(rèn)后的頜位關(guān)系及美學(xué)信息掃描，設(shè)計(jì)并打印出全口義齒蠟型，結(jié)合傳統(tǒng)工藝完成最終全口義齒的制作，在患者第3次就診時(shí)即可義齒初戴[18, 32]。FSD建立了一套簡(jiǎn)便、易掌握的全口義齒臨床操作流程，可快速提升年輕醫(yī)生的修復(fù)水平。

FSD系統(tǒng)兼顧了數(shù)字化制造高精度、高效率與經(jīng)典修復(fù)材料高成熟度的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)首套全口義齒數(shù)字化修復(fù)完整技術(shù)方案的臨床準(zhǔn)入、有效應(yīng)用和推廣普及。針對(duì)該技術(shù)本課題組還在持續(xù)研究，未來(lái)有望進(jìn)一步提高無(wú)牙頜印模制取、頜位關(guān)系記錄以及終義齒全數(shù)字化制作的效率與精度[47, 51-52]。

4.2 智能可摘局部義齒

結(jié)合前述原創(chuàng)3D打印技術(shù)，本課題組原創(chuàng)了一種三重剛性約束引導(dǎo)的3D打印牙體預(yù)備導(dǎo)板，臨床醫(yī)生僅需將車針沿導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)即可完成牙體預(yù)備，實(shí)現(xiàn)義齒基牙關(guān)鍵功能區(qū)域的精確引導(dǎo)切削，顯著降低了牙體預(yù)備操作對(duì)經(jīng)驗(yàn)和技巧的依賴程度，有助于快速提升基層年輕醫(yī)生的技術(shù)水平與義齒修復(fù)效果[36, 38, 53]。

基于原創(chuàng)的人工智能設(shè)計(jì)軟件和3D打印技術(shù)，本課題組進(jìn)一步提出了復(fù)雜可摘局部義齒的一站式解決方案[54]，具體步驟如下：(1)用上述復(fù)雜修復(fù)體人工智能設(shè)計(jì)軟件及3D打印裝置設(shè)計(jì)并制作可摘局部義齒；(2)基于設(shè)計(jì)完成的可摘局部義齒，設(shè)計(jì)并3D打印牙體預(yù)備導(dǎo)板；(3)將牙體預(yù)備導(dǎo)板和最終義齒同時(shí)提供給臨床醫(yī)生，醫(yī)生先使用導(dǎo)板進(jìn)行牙體預(yù)備，然后立即戴入義齒即可完成診療。使用該技術(shù)單次就診即可同時(shí)完成“牙體預(yù)備”與“義齒戴入”，最大程度地提高了可摘局部義齒的臨床診療效率與設(shè)計(jì)制作精度，是該領(lǐng)域的顛覆性全新技術(shù)。

4.3 數(shù)控飛秒激光自動(dòng)化牙體預(yù)備系統(tǒng)

牙體預(yù)備的過(guò)程類似于數(shù)控切削等減法加工過(guò)程，手工牙體預(yù)備模式存在精度效率差、質(zhì)量低、臨床牙體預(yù)備的設(shè)計(jì)目標(biāo)難于準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題；用多軸數(shù)控機(jī)床體外牙體預(yù)備，可大幅提高牙體預(yù)備的精度、效率和自動(dòng)化水平[55]，但數(shù)控機(jī)床體積較大，不適合在口腔這種狹小空間內(nèi)安裝和運(yùn)行。數(shù)控振鏡控制的超快激光可不受口腔內(nèi)狹小空間的限制，有望實(shí)現(xiàn)口腔內(nèi)自動(dòng)化精準(zhǔn)牙體預(yù)備。2011年起，本課題組開(kāi)啟了在飛秒激光自動(dòng)化切削牙齒硬組織方面的探索研究，建立了高強(qiáng)度飛秒激光自動(dòng)化切削牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)、表面顯微形貌及其髓腔溫度控制等基本方法和參數(shù)體系[56]。后續(xù)深入探究了超快激光與牙齒硬組織的相互作用規(guī)律、切削精度的控制方法以及自動(dòng)化牙體預(yù)備過(guò)程的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)技術(shù)，建立了國(guó)際首套數(shù)控飛秒激光自動(dòng)化牙體預(yù)備系統(tǒng)樣機(jī)。該樣機(jī)由控制系統(tǒng)、機(jī)器手、定位器、隨動(dòng)導(dǎo)光臂、飛秒激光器等組成，具有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。系統(tǒng)可按照醫(yī)生設(shè)計(jì)的牙齒預(yù)備方案，自動(dòng)、精準(zhǔn)完成牙體預(yù)備路徑規(guī)劃和切削操作，與經(jīng)典手工操作相比，其精度、效率提高數(shù)倍，目前處于產(chǎn)業(yè)化研究階段。

綜上所述，復(fù)雜口腔修復(fù)體的人工智能設(shè)計(jì)與精準(zhǔn)仿生制造項(xiàng)目填補(bǔ)了我國(guó)在口腔數(shù)字化修復(fù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的空白，本課題組2001—2021年共研發(fā)了8種口腔數(shù)字化修復(fù)核心技術(shù)產(chǎn)品和3種數(shù)字化修復(fù)臨床創(chuàng)新應(yīng)用方案，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)自主高端口腔醫(yī)療技術(shù)裝備在全球牙科市場(chǎng)“零”的突破。