香港大學（港大）牙醫學院以生成式人工智能（generative AI）結合現有牙科製造技術，研發出智能製造（smart manufacturing）牙冠的核心技術，精準製造切合病者天然牙齒形態特徵和生物力學性能的個人化牙冠，作牙科臨床醫療應用。
研究團隊由港大牙醫學院牙科物質學副教授徐傑漢博士帶領，與工程學院計算機科學系跨學科合作，旨在推動全新一代智能製造義齒（假牙）工作流程的躍進。
新技術已在學術期刊《Dental Materials》發表，文章題爲「3D-DCGAN設計牙冠的形態和機械性能表徵」。
目前設計及製造假牙主要依賴『電腦輔助設計和製造（Computer-Aided Design and Manufacturing, CAD/CAM）』數碼化工作流程，牙科製成品較以往有顯著提升，但過程中仍涉及大量人手和時間，製造假牙的過程會產生有害氣體或粉塵，危害牙科從業員健康和環境。現時CAD軟件主要利用「牙齒庫」中儲存的牙冠模型，協助假牙的設計，然後牙科技師需根據個人的經驗和知識，進一步調整假牙以切合患者口腔的實際情況。
港大研究團隊開發的生成式人工智能牙科義齒設計算法，採用真正的三維深度學習方法，設計並生產高準確度模仿天然牙齒形態特徵的牙冠，既能迎合不同人士的需要，同時具備與牙科陶瓷力學特性匹配的生物力學特徵。
「我們使用3D-DCGAN（(3D-Deep Convolutional Generative Adversarial Network，三維深度卷積生成對抗網絡）方法，利用超過600個健康的天然牙齒案例來『教導』人工智能甚麼是好的設計，透過生成器和鑑別器之間的內部競爭來提高設計質量。在訓練過程中，AI學習了天然牙齒形態特徵，例如牙尖角和牙齒溝槽，因此能設計出形態和功能均能比擬天然牙齒的牙冠。」項目共同研究員丁豪博士解釋說。
團隊將利用AI算法設計的牙冠，與天然牙齒，以及由CAD軟件和牙科技師設計的兩種常規方法製成的牙冠作比較。結果顯示，與天然牙齒相比，利用新AI算法設計的牙冠具有最低的三維偏差，以及最接近的牙尖角度（形態特徵）和咬合接觸點數量及面積（功能特徵），與天然牙齒的形態特徵非常接近。研究結果亦顯示，根據生物力學有限元疲勞分析顯示，利用二矽酸鋰（lithium disilicate）陶瓷作爲原材料，結合AI生成的假牙，與天然牙齒的預期壽命估計最貼近，而使用其他兩種現有方法設計的牙冠，分別過大或過薄，均不接近天然牙齒的預期壽命。
研究結果表明，利用3D-DCGAN設計高精度的個性化牙冠，不僅能模仿天然牙齒的形態和生物力學性能，同時不需技師調整以適應患者口腔情況，從而節省了人力成本。
「許多AI設計僅能設計出『看起來像牙齒』的產品，我們的研究作爲將數據驅動的AI算法功能轉化為實際產品的先驅，研究成果有助推動智能牙科製造產業的發展，以應對香港老齡化社會所面臨的挑戰。」首席研究員徐傑漢博士說。徐博士指出，目前全球25 - 30%的口腔義齒在大灣區生產，每年收入大約33億美元，研究團隊研發的智能製造義齒的核心技術，配合國家『十四五』發展新形式工業化和信息化（即智能製造）的規劃，有望進一步推動大灣區的牙科產業發展。
研究的臨床試驗正在進行中，團隊正研究擴大這技術在其他牙科修復領域（如設計牙橋和牙托）的應用。
研究獲優配研究金（General Research Fund, GRF）、創新及科技基金（Innovation and Technology Fund, ITF）和衞生及醫療衞生研究基金（Health and Medical Research Fund, HMRF）支持，其初步結果由丁豪博士在2021年第35屆牙科研究國際協會（東南亞分會）上發表，並獲協會頒發研究類別獎（牙科材料和生物材料類別）。
請按此閲覽發表在《Dental Materials》題為「3D-DCGAN設計牙冠的形態和機械性能表徵」（Morphology and mechanical performance of dental crown designed by 3D-DCGAN）的文章。
研究團隊
香港大學牙醫學院
首席研究員
牙科物質學副教授徐傑漢博士
共同研究員
牙科物質學博士後研究員丁豪博士
牙科物質學博士生陳彥凝
牙科物質學名譽教授馬裕褀教授
修復齒科學臨床副教授鮑浩能醫生
修復齒科學臨床教授Michael Francis Burrow醫生
香港大學工程學院
計算機科學系博士生崔智銘
計算機科學系榮休教授王文平教授
卓克索大學 - 機械工程與力學系博士生Ebrahim Maghami
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