矫正牙齿吗?人工智能可以提供帮助

　　

哥本哈根大学和3Shape正在开发一种新工具，可以帮助正畸医生正确地将牙套安装到牙齿上。使用人工智能和虚拟患者，该工具预测牙齿将如何移动，以确保牙套既不会太松也不会太紧。

我们中的许多人都记得在牙医办公室定期调整和重新拧紧牙套的感觉。每年，大约30%的15岁以下的丹麦年轻人戴牙套来矫正弯曲的牙齿。正畸医生利用从他们的教育和经验中获得的知识来完成他们的工作，但没有计算机可以提供的预测最终结果的可能性。

哥本哈根大学计算机科学系和3Shape公司合作开发了一种新工具，可以模拟牙套应该如何安装，以达到最佳效果，而不会带来太多不必要的不便。

该工具是在人类颌骨的牙齿和骨骼结构扫描图像的帮助下开发的，然后人工智能利用这些图像来预测应该如何设计一套牙套，以最好地矫正患者的牙齿。

“我们的模拟能够让正畸医生知道牙套应该和不应该在哪里施加压力来矫正牙齿。目前，这些干预完全基于正畸医生的判断，涉及大量的试验和错误。这可能导致许多调整和访问正畸医生的办公室，我们的模拟可以帮助减少从长远来看，”Kenny Erleben教授说，他是UCPH计算机科学系研究部门IMAGE(图像分析，计算建模和几何)的负责人。

帮助预测牙齿运动

毫无疑问，很难准确预测牙套如何移动牙齿，因为牙齿在人的一生中会不断轻微移动。每口人的动作都不一样。

“每个病人的牙齿运动都不一样，这使得准确预测不同人的牙齿运动变得更具挑战性。”这就是为什么我们开发了一种新工具和不同模型的数据集来帮助克服这些挑战，”来自3Shape的Torkan Gholamalizadeh解释说，他是计算机科学系的博士。

作为经典支架和牙套的替代品，新一代的透明牙套，被称为矫正器，已经取得了进展。矫正器被设计成一个透明的牙齿塑料模型，病人可以把它套在他们的牙齿上。

患者每天必须佩戴矫正器至少22小时，并且每两周需要更换新的更紧的矫正器。由于矫正器是由塑料制成的，一个人的牙齿也会改变矫正器本身的轮廓，这也是新工具考虑的因素。

由于透明矫正器比金属牙套更柔软，因此计算移动牙齿所需的力量就变得更加复杂。但这是我们教我们的模型要考虑的一个因素，这样人们就可以在使用牙齿矫正器时预测牙齿的运动，”Torkan Gholamalizadeh说。

数字双胞胎可以改善治疗

研究人员创建了一个计算机模型，可以对单个患者的下颌进行精确的3D模拟，牙医和技术人员可以利用这个模型来制定最佳的治疗方案。

为了创建这些模拟，研究人员通过对牙齿和颌骨和牙齿之间的小而精细的结构(称为周韧带)进行详细的CT扫描，绘制了人类牙齿的图像。周韧带是一种富含纤维的结缔组织，可以将牙齿牢牢地固定在颌骨中。

这种精确的数字模仿被称为数字双胞胎，在这种情况下，研究人员建立了一个“数字牙科患者”数据库。

但他们并没有就此止步。研究人员的数据库还包含其他数字患者类型，有朝一日可能会在医疗保健领域的其他地方使用:

“现在，我们有一个数字患者数据库，除了模拟对准器设计外，还可以用于髋关节植入等。从长远来看，这可以使患者的生活更轻松，并为社会节省资源，”Kenny Erleben说。

利用数字双胞胎的研究领域相对较新，就目前而言，Erleben教授的虚拟病人数据库处于世界领先地位。然而，如果数字双胞胎要真正扎根并造福医疗行业和社会，这个数据库还需要变得更大。

Erleben教授说:“更多的数据将使我们能够模拟治疗和调整医疗设备，以便更精确地针对整个人群的患者。”

此外，该工具必须清除各种监管障碍，才能推广给正畸医生。这是研究人员希望在可预见的未来看到的。

盒子:数字双胞胎

数字孪生是一种存在于云中的虚拟模型，旨在准确地反映人类、物理对象、系统或现实世界的过程。

“虚拟模型可以立即回答现实世界中发生的事情。例如，一个人可以问如果你推一颗牙齿会发生什么，并得到关于它会移动到哪里以及它会如何影响其他牙齿的答案。这可以很快完成，这样你就知道发生了什么。如今，必须经过数周才能发现是否达到了预期的效果，”Erleben教授说。

数字孪生体可用于规划、设计和优化，因此可用于运营公司、机器人、工厂，并在能源、医疗保健和其他领域得到更多应用。

在计算机科学系与数字双胞胎合作的目标之一是能够创建人口模拟，例如，在医疗保健部门。如果使用医疗产品，虚拟人必须接触并测试他们在各种情况下的反应。模拟提供了一幅画面，描绘了个体会发生什么，最终是整个种群。

Deep-Learning-Based Segmentation of Individual Tooth and Bone With Periodontal Ligament Interface Details for Simulation Purposes