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机器人帮你精准诊疗口腔正畸

机器人帮你精准诊疗口腔正畸

夏泽洋和精准口腔正畸诊疗机器人系统

  腾讯分分彩如果能将口腔正畸诊疗从经验模式提升到精准模式,不仅能提高治疗效果,还可缩短治疗周期、降低治疗成本。未来,面向口腔正畸的医疗机器人的问世有望解决此难题。

  口腔正畸医生往往凭经验采用“试错”的方式对错颌畸形患者实施口腔正畸诊疗,存在治疗效果欠佳等问题。如果能将口腔正畸诊疗从这种经验模式提升到精准模式,不仅能提高治疗效果,还可缩短治疗周期、降低治疗成本。未来,面向口腔正畸的医疗机器人的问世有望解决此难题。

  在中国科学院深圳先进技术研究院(以下简称深圳先进院)有这样一支团队正在从事相关的研究,他们来自医疗机器人与生物力学实验室。

  日前,实验室负责人夏泽洋在接受《中国科学报》采访时说:“我们的精准口腔正畸诊疗机器人将推动临床口腔正畸诊疗从经验模式提升到精准模式,最终实现在合理的时间内给予患者个性化、可预测、快速的口腔正畸治疗。”

  瞄准医疗机器人 

  医疗机器人是机器人的一个重要领域。1985年出现了工业机器人来完成脑组织活检中探针的导向定位。1989年,英国皇家学院机器人技术中心改进了一款工业机器人,利用其开展前列腺切除手术,缩短了手术操作时间。

  1997年,北京航空航天大学和海军总医院联合研制了脑外科机器人辅助定位系统,并开展临床应用,填补了我国医疗外科机器人研究的空白。

  1998年,夏泽洋成为上海交通大学机械工程学院的大学新生,4年后他来到清华大学精密仪器与机械学系攻读博士学位,开始了和机器人打交道的科研之路。

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  夏泽洋在获得博士学位后,前往新加坡南洋理工大学和美国普渡大学印地分校从事博士后工作,并发现由于多方面原因,当时的研究对应用对象的生物力学特性关注普遍不足,限制了医疗机器人的应用发展。

  2012年,夏泽洋回国加入深圳先进院时,利用自己团队在机器人和生物力学领域的交叉研究背景,成立了医疗机器人与生物力学实验室,将研究方向瞄准医疗机器人。

  实验室以智能服务与操作机器人、精准口腔诊疗机器人、软体医疗及康复机器人为研究方向,主要致力于解决创新性机器人系统设计、特殊环境下的机器人运动规划与控制、医疗机器人应用中的生物力学问题等共性应用基础科学和关键技术问题。

  夏泽洋介绍道,实验室目前建立了一支多学科交叉的研究团队,主要成员涵盖机器人系统及控制、图像处理、计算生物力学等多学科方向,同时与清华大学、上海交通大学、美国普渡大学、日本电气通信大学等多所国内外著名高校和相关重点企业、临床单位建立了长期稳定的项目合作研究与人才联合培养机制。

  小试牛刀崭露头角 

  2017年年底,第七届吴文俊人工智能科学技术奖在苏州揭晓,医疗机器人与生物力学实验室完成的“精准口腔正畸诊疗机器人”项目获第七届吴文俊人工智能自然科学奖。

  据了解,错颌畸形是危害人类健康的第三大口腔疾病,它不仅影响患者颜面美观、颌面发育和口腔功能,还会诱导心脑血管等多类重大疾病。医疗机器人与生物力学实验室搜集的数据显示,我国青少年儿童的发病率高达52.8%~72.9%,需正畸治疗的青少年约1.2亿,但治疗率仅约10%,远低于发达国家水平。

  夏泽洋指出:“改变正畸治疗技术现状、普及正畸治疗已成为一个重要目标。但是,当前临床口腔正畸以基于试错的经验诊疗模式进行,过度依赖于医师经验。”

  比如,基于物理牙模的诊疗方法未充分考虑口腔生物力学特性,导致治疗过程及结果缺乏可预测性;现有方法难以实现个性化、高精度矫治器的制备。“上述诊疗模式导致治疗效果不佳、周期长、综合成本高,迫切需求数字化及自动化方法的介入。”夏泽洋说,“现代口腔正畸诊疗已经成为一个涵盖医学图像处理、智能化诊疗方法、自动化科学的交叉研究热点。”

  为此,医疗机器人与生物力学实验室科研团队在夏泽洋带领下,开展了将机器人应用于口腔正畸的研究。团队以基于机器人学及计算生物力学的精准口腔正畸诊疗的基础理论与关键技术为突破点,逐步建立了精准口腔正畸诊疗机器人的研究方向。

  夏泽洋介绍道,我们的研究内容主要包含三点:一是口腔组织重构及可视化,二是基于生物力学的口腔正畸模式控制与可预测治疗,三是个性化矫治器机器人制备。“希望通过我们的努力可以推动临床从基于试错的经验诊疗模式向基于预测的精准诊疗模式转变。”

  寻找临床合作伙伴 

  当前,医疗机器人与生物力学实验室已经完成精准口腔正畸诊疗机器人的理论、技术和系统研究。夏泽洋表示:“应用是我们现在开始的重点工作,我们将和临床单位进行合作,重点推进若干辅助诊疗终端共享一个机器人制备中心的应用模式。”

  然而,技术转化的道路并非一帆风顺。夏泽洋指出现在实验室遇到的最大的困难是,社会和科研领域整体上对于口腔健康的重视还有待进一步提高,需要进一步推动相关研究得到国家和社会的更加广泛和更大力度的支持。

  夏泽洋说:“我们在过去几年通过各类交流方式来推介相关研究的成果,这种状况已经得到较大的改观。”近年来,实验室参与组织了2016年IEEE 实时计算与机器人学国际会议(RCAR 2016)、第11届计算机视觉系统(ICVS)国际会议等重要国际学术会议,承办了2017年世界机器人大会机器人青年科学家论坛等学术活动,并将承办2019年IEEE RCAR国际会议。

  除了精准口腔正畸诊疗机器人,医疗机器人与生物力学实验室还在研发上肢运动功能主动康复机器人系统、用于运动功能康复的可穿戴软体手系统等医疗机器人,以及驱动对象形态变化的机器人,机器人精准感知、识别与复杂信息融合技术及其应用领域的研究。

  “我们的优势在于机器人和生物力学学科的深入交叉研究。”夏泽洋还指出,“我们当前最希望解决的问题是,突破目前所在区域的医疗条件和资源不足的限制,拓展更多既能开展临床研究合作,也能开展临床应用推广的合作伙伴。”

(原载于《中国科学报》 2018年2月12日 6版)