世界牙科技术



ONLINE SERVICES
客服热线
请点击企业QQ咨询

欢迎咨询订阅《世界牙科技术》

微信二维码

微信二维码
0
首页 > 专家论坛
通过人工智能实现一键比色和排牙(德)
前往购买本期杂志,或者关注微信公众号:
idpc1997
,索取全文

作者:
Johannes Löw 博士(德)
维他公司/德国
J.Loew@vita-zahnfabrik.com


人工智能为口腔医学和牙科技术提供了巨大的潜力,可以更有效、更好地为患者提供修复治疗。使用VITA Easyshade® V分光光度计进行牙齿比色,可获得比人眼更精确的结果。借助VITA牙齿数据库,可以在四个排牙方案中根据选择创建数字义齿,最多可进行600种功能排牙;义齿能够满足所有的骨骼类型,按一下按钮即可实现反𬌗设计。本文以示例形式描述了这种人工智能的学习曲线。

关键词:人工智能,牙齿比色,排牙,分光光度计


引言

人工智能公司Kernel首席执行官布莱恩・约翰逊(Bryan Johnson)表示:“人类与人工智能(AI)之间的关系在某种程度上必然是共生的”。因此,对人工智能影响的讨论需要在哲学、社会科学、伦理、心理和经济意义上以跨学科的方式进行。AI意味着,基于计算机科学使智能行为自动化,也就是说教导机器实现应用,因此机器的学习能力才是关键。

讨论涉及患者治疗方面的人工智能时,相较于口腔医学和牙科技术,作为综合学科的临床医学势必会成为媒体关注的焦点。大数据的存储和分析为诊断提供了巨大的帮助,并为患者的个性化治疗铺平了道路。如果软件能够再次识别大数据中的模型,则有助于快速做出正确的个性化治疗决策。

观察牙科技工室和牙科临床的日常工作,很快就会发现人工智能的应用实例,它们在简化牙科治疗工作并为患者提供更加有效而精准的治疗结果方面发挥着巨大的作用。下文将介绍如何使用VITA Easyshade® V分光光度计进行牙齿的数字化比色,及如何利用软件中的VITA牙齿数据库对成品树脂牙虚拟排牙(这两种产品均由德国维他公司提供)。此外,本文还将展示软件或者说机器的学习过程,以及需要付出怎样的努力才能在其部分领域内得到可靠的应用,并一一列举由此产生的优点。


什么是分光光度计

由工程师和软件设计师组成的专家团队参与了VITA Easyshade®分光光度计的开发,旨在将光学、电子和软件转化成智能单元。

只需按一下按钮,即可在数秒钟内确定牙齿的颜色(图1)。为此,维他公司专门开发了VITA vEye光学系统:将测量尖平放在牙齿上进行测量。它包含标准化的白光LED,它们在两个同心照明环中发出明确规定的光。光线穿透牙釉质到达牙本质核,并根据牙齿的颜色反射回去。被照明环围绕的中央区是探测光纤,该光纤接收发射光谱并将其传输到设备内(图2)。在那里,光遇到光谱滤光片并被分解成光谱的颜色,以便由光电传感器进行分析和评估(图3)。在物理学上,这里借助了L*a*b*颜色空间/值(该颜色空间包含了所有可感知的颜色),基于“是/否—决定”发挥功能,并选择最合适的色标。

1 拷贝.png

图1:VITA Easyshade® V分光光度计首先必须学会确定颜色。

2 拷贝.png

图2:VITA Easyshade® V分光光度计的测量头结构示意图。 

3 拷贝.png

图3:VITA Easyshade® V分光光度计内的漫反射光谱示意路径。


神经网络和专家评估

但是,当处理L*a*b*值时,隐藏在漫反射光谱(diffuse reflectance spectrum)中的各种信息会丢失。诸如透明度和荧光等影响因素在颜色感知中也会发挥作用。这就是为什么在这一点上需要人工智能才能对牙齿颜色进行最终解释,这些都是通过选定专家组的丰富经验而获得。

按照光的彩色视觉(color vision),机器首先要学习准确地确定牙齿颜色。这一功能通过神经网络系统VITA vBrain的开发而实现,该网络系统模拟的是大脑中的神经元网络。在20位色彩鉴定专家的帮助下,通过训练教会它如何正确解释光学颜色信息。也就是,用分光光度计测量样本,同时由专家目视评估样本颜色。专家的结果作为输入数据被导入到VITA Easyshade®内。以10万次标准化测量的软件运行以及来自40项科学研究的大量数据为基础,分光光度计最终学会了精确确定牙齿的颜色。


比人类的眼睛更加精确

因此,人类的专业知识对于分光光度计的学习过程至关重要。测量结果在最终计算后被输出,也就是说,牙齿的基本色或者从切端到颈部的颜色梯度,以VITA SYSTEM 3D-MASTER®比色系统、VITA经典色A1-D4、VITABLOCS®或漂白色为基准,按照美国牙科协会(ADA)的规定作出选择。使用分光光度计可以在几秒钟内,比人眼更精确地确定牙齿颜色。在使用比色版进行(人工)可视化比色时,在3.200次测量中确定牙色的正确率仅能达到72%。相反,VITA Easyshade®的正确率则高达100%。由于使用了标准化的LED白光,在比色时无需考虑照明条件和周围环境颜色的影响。只有人眼会被外部因素所干扰,人工智能可以一直提供精确的结果(图4)。

4 拷贝.png

图4:当测量尖平放时,按下按钮即可确定牙齿颜色。它比人眼更精确。


智能化排牙软件

VITA VIONIC® SOLUTIONS是用于数字化制作全口和单颌义齿的开放性系统解决方案。除了无缝材料系统外,虚拟VITA牙齿数据库是CAD/CAM支持的全口义齿制作的智能核心部分。它可用于3Shape和exocad软件,在进行虚拟模型分析后,只需按一下按钮即可自动排牙(Set-up),其中包括四种排牙方案以及多达600种的功能排牙,适用于所有骨骼类型,包括反𬌗类型(图5)。

5 拷贝.png

图5:借助VITA牙齿数据库的智能功能,只需按一下按钮就可以虚拟排牙。


数字化标准样品(master sample)和牙科技术知识

虚拟排牙的基础是VITAPAN® LINGOFORM成品树脂后牙和VITAPAN EXCELL®树脂前牙的全数字化标准样本。树脂牙的数字化结构可确保理想的排牙效果,是软件智能化排牙的基本条件。

但是,只有通过与专家级牙科技师的专业知识和技能的互动,才能够实现数字化排牙。这需要教会软件这四个理想的排牙方案,使其能适合于所有的颌骨类型。为此,需按照球形排牙辅助装置的规则,经过数月的人工操作,针对每种情况进行理想化的排牙,之后完成数字化并在软件中实现。因此我们可以看到,智能软件的基础来自于人类的知识和技能。

结合来自数字模型分析和智能排牙的输入信息,该软件现在可以独立地进行虚拟排牙。根据参考点,软件选择宽度适合的成品树脂牙(图6),此外,还可以随时进行细微调整和个性化设置。

6 拷贝.png

图6:软件自动选择宽度适合的成品树脂牙。 


单颌修复:虚拟研磨

Ceramill Mind CAD 3.14版软件升级后,可以在Ceramill D-Flow软件模块中通过VITA VIONIC® SOLUTIONS CAD/CAM的支持制作单颌义齿,并且可以自动数字化清除与对颌牙之间的干扰接触点,之后在虚拟𬌗架上检查咬合。

将VITAPAN EXCELL® DD FRAME和VITAPAN® LINGOFORM DD FRAME成品树脂牙嵌入蜡中的稳定位置上,使其在铣削机内能够被研磨修改,以适合于对颌的咬合情况以及(由减材或增材制造方法加工的)基托上的牙槽基底形状(图7)。最后,用VITA VIONIC® BOND粘接系统精确、无间隙且无旋转地粘接固定在基托上(图8和9)。之后,在压力锅内放置20分钟,复合材料完全聚合,无需后续处理。

7 拷贝.png

图7:对成品树脂牙VITAPAN EXCELL® DD FRAME和VITAPAN ® LINGOFORM DD FRAME的圆形基底部分和咬合面进行调改,以完成单颌修复。  

8 拷贝.png

图8:粘接系统VITA VIONIC® BOND被非常薄地涂在牙齿接触的基托面上。

9 拷贝.png

图9:然后,将成品树脂牙无旋转且无间隙地与基托粘接。


全口修复:完美的义齿设计

新款VITA VIONIC VIGO®是进行全口义齿修复的正确选择(图10)。成品树脂牙基于其数字化前身VITAPAN® LINGOFORM和VITAPAN EXCELL®,并且具有基底和颈部预缩小的设计,可实现高效的CAD/CAM支持加工。

10 拷贝.png

图10:对于全口义齿修复,经过优化设计的预处理VITA VIONIC VIGO® 树脂牙可立即被粘接到聚合材料基托上。

该软件的智能排牙功能可确保与对颌牙之间的最佳位置设置,不需要虚拟研磨。可以将预处理过的牙齿从泡罩包装中单独取出,并即刻粘接在义齿基托上,无需做任何处理。如上所述,这里也需要使用VITA VIONIC BOND粘接剂。经过技能和专业知识、配套的材料系统和专业牙科知识是实现智能数字训练过的软件化工作流程的关键。


总结

以上两个示例表明,仅在口腔医学和牙科修复工艺技术的小领域内建立人工智能就需要付出大量的工作。只有通过工程师、软件开发人员和牙科专家组成的跨学科团队,才能实现由机器或软件来完成可靠而精确的特定应用。专家的鉴定对于学习效果至关重要。只有这样,才能成功地实现人、材料与软件或机器之间的共生并产生附加值(图11)。

11 拷贝.png

图11:牙科高级技师Franz Hoppe制作的全口义齿:VITA VIONIC® SOLUTIONS,可以用光固化饰面流体树脂VITA VM® LC flow进行个性化处理。

很显然,在CAD/CAM领域,数学世界还无法独立行动,仍然需要专家提供大量信息。因此,专业技能仍然是必不可少的。科幻小说只是呈现了关于计算机系统与人类在工作中能够平起平坐的一些想法。在不久的将来,同理心、手动敏捷性、智能规划和对不可预测事件做出反应的能力仍然掌握在人类手中。毋庸置疑,人工智能将会变得越来越重要,尤其在提高治疗方案各个步骤的安全性、可预测性和有效性方面。


相关阅读
 口腔临床和修复工艺中的人工智能应用(德)
 综合报道 | 人类牙齿的所有细胞首次被详细破译(瑞士)
前往购买本期杂志,或者关注微信公众号:
idpc1997
,索取全文


全部评论(0)


暂无评论

E-Mail:
请输入邮箱