SJTU airXlab

近期关注

近期论文

欢迎来到上海交通大学机械与动力工程学院医疗机器人与生物力学实验室。实验室主要从事医疗机器人方向的研究，特别是机器人、人工智能、智能制造、生物力学等前沿交叉主题的研究及其医学应用。近年来聚焦于口腔诊疗机器人、软体医疗机器人、多模机器人操作方向的基础理论、关键技术和重要应用的研究。我们期待来自世界各地的研究同仁加盟实验室，也欢迎青年学子的加入，在这个令人兴奋的研究及应用领域做出有意义的工作！

——夏泽洋教授，博士生导师

实验室动态

[202512]研究论文Cardiac Dynamic Characteristics Classification on Cine MRI Using Semi-supervised Imaging Approach发表于Machine Intelligence Research

心血管疾病是全球首位致死原因，准确及时的诊断至关重要。磁共振电影成像（cine MRI）在心脏疾病诊断中发挥着重要作用。传统的基于监督学习的心脏磁共振影像疾病诊断和病理分类方法需要大量的标注数据，但临床上标注的心脏影像极其有限。半监督学习方法对标注数据的需求较少，但尚未有结合影像分割和运动参数估计的方法。因此本文提出了一种基于半监督学习的心脏磁共振影像动态特征分类方法，将影像分割、运动参数估计与病理分类有机统一，在心脏磁共振影像上实现了较高准确率的影像分割、运动参数估计和心脏病理分类。更多

[202512]研究论文Modeling Deformable Object under External Load with Reduced-State Representation发表于IEEE/ASME Transactions on Mechatronics

本文提出了一种在外部载荷作用下实现可形变对象操作的降阶建模方法。该方法基于可形变对象精细网格中提取的控制柄构建降阶状态空间，建立控制柄与网格节点之间的仿射投影关系，并将外部载荷视为附加控制柄整合到降阶状态空间中，从而能构直观且准确地表征机器人操作下可形变对象的动力学特性。该方法在精度和效率方面均展现出卓越的性能，为可形变对象机器人操控任务提供一种新的建模方法。更多

[202511]研究论文Toughening Eutectic Gels by Muscle-Like Training发表于SmartBot

软体机器人的发展，特别是其在医疗健康领域的创新性应用，对高性能的驱动与感知软材料提出了迫切需求。本论文面向医疗健康领域软体机器人对高性能材料的迫切需求，受肌肉训练原理启发，开发了一种基于仿生策略的各向异性增韧共晶凝胶。研究创新性地将共晶溶剂置换与循环力学拉伸训练相结合，成功制备了坚韧且导电的PVA单网络凝胶。该策略模拟了肌肉的强化机制，在材料内部构建了有序结构，从而实现了类似“凝胶肌肉与皮肤”的全面性能强化。相较于传统PVA凝胶，该材料在拉伸强度、韧性、模量、抗疲劳性及导电性等关键指标上均实现显著提升，展现出卓越的高输出驱动与多模态传感能力，为软体医疗机器人提供了新的材料解决方案。更多

[202511]研究论文Real-time Image-based High Accuracy Tooth Measurement for Precision Orthodontics发表于IEEE Transactions on Automation Science and Engineering

在精准正畸治疗中，牙齿的实时测量是关键环节，但传统的人工测量方法耗时、易受人为误差影响，并难以适应临床中的动态场景。为解决这一痛点，本论文提出了一种基于视频图像的实时自动测量系统，可在头戴相机捕获的快速运动画面中精准识别、跟踪牙套托槽，并实现高精度牙齿位移测量，为未来智能化、自动化牙科诊疗提供重要技术基础。更多

[202511]综述论文Morphological design methodologies of soft robots发表于The Innovation Informatics

近十年来，机器人的形态由刚体机器人快速向软体机器人拓展。软体机器人凭借独特的形态柔顺性、环境适应性与功能多样性，在特殊服务及生物医学等场景中展现出优势性能。同时，因其材料、驱动及控制模式的根本差异，传统的刚体机器人设计方法难以直接适用于软体机器人。尽管软体机器人研究持续升温，但软体机器人形态设计方法学的体系及框架尚未建立。本论文旨在深入地分析软体机器人形态设计的基本逻辑，全面地梳理现有设计方法，形成软体机器人形态设计方法学的系统性框架；指出其在新型应用需求或场景下的挑战，并提出多目标操作和时变目标交互场景下的形态学计算方法的基础框架，以期推动软体机器人的设计发展及应用。更多

[202508]团队赴长沙参加中国第六届机器人学术年会

团队师生赴长沙参加2025年中国机器人学术年会，本次年会系2018年在武汉首次举办以来的第六届中国机器人学术年会，本届会议立足智能制造、医疗健康等国家重大需求，以"人机共融，智向未来"为主题，吸引了超3000人参会。机器人学术年会已经成为我国机器人领域规模和影响力最大的学术盛会，大会上还举办了熊有伦智湖优秀青年学者奖的颁奖典礼等活动。夏泽洋教授是会议组委会委员，大会期间还参加了中国自动化学会机器人专委会、共融机器人专委会等专委会的年度会议。2026年年会将由上海交通大学机械与动力工程学院承办，期待明年会议再见。更多

[202508]研究论文Automatic Orthodontic Treatment Planning Using Deep Learning将发表于Machine Intelligence Research

本论文针对智能口腔诊疗领域中的自动化口腔正畸治疗规划问题，提出了包含预处理、治疗规划与后处理三大功能模块的自动化口腔正畸治疗规划方法，在预处理模块中对口腔组织进行自动分割和重构，在治疗规划模块中进行自动化排牙，在后处理模块中生成分阶段的治疗方案。本方法实现了治疗前智能预处理、治疗中智能预测优化以及治疗实施的智能辅助三大智能化，为自动化口腔正畸治疗规划提供了新的解决方案。更多

[202507]“一种基于软体叶片的心脏泵及软体叶片的刚度调节方法”获发明专利授权

本申请提供一种基于软体叶片的心脏泵及软体叶片的刚度调节方法，涉及机械工程技术领域，该心脏泵包括：叶轮和软体叶片，软体叶片布置于叶轮上；叶轮与电机连接。该方案中叶片采用软体叶片，可以降低叶片对人工心脏泵内血液和血细胞的冲击破坏、及其对心脏内生理环境的影响。更多

[202506]团队赴西班牙巴塞罗那参加2025年国际牙学会年会（IADR 2025）

团队赴西班牙巴塞罗那参加了2025年第103届国际牙学会年会（IADR 2025），夏泽洋教授受邀作发言报告，介绍了团队在使用质点张量模型进行口腔正畸力计算的方法以及应用，也系统展示了团队在国家自然科学基金联合基金重点项目支持下在口腔医学人工智能及口腔诊疗机器人方向的最新研究成果。团队研究生及本科生也在会议上进行了口腔医学图像处理及应用研究内容的海报展示。国际牙学会年会（IADR）是国际口腔医学领域的最高级别的官方会议，本年度汇聚了来自全球口腔医学临床、研究及产业同行，参会人数高达数千人，团队从2010年起已多次在IADR会上进行报告。更多

[202506] 合作研究论文Safe navigation for robotic digestive endoscopy via human intervention-based reinforcement learning发表于Expert Systems with Applications

本文针对自动化机器人消化道内窥镜（RDE）在复杂消化道环境中导航的安全性问题，提出了整合人类干预的 HI-PPO 框架。该框架通过增强探索机制、奖惩调整和行为克隆相似度优化，解决了传统强化学习算法因缺乏人为干预导致的碰撞风险及探索效率低的问题。仿真实验表明，其性能接近人类专家水平，为提升 RDE 的临床安全性和有效性提供了新方法。更多

[202504] “一种基于图像的实时牙齿移动量测量方法”获发明专利授权

本发明公开一种基于图像的实时牙齿移动量测量方法。该方法包括：获取目标图像，所述目标图像包含牙托槽的正视图；将所述目标图像输入到经训练的YOLO模型，以检测出牙托槽边界框信息，所述牙托槽边界框信息包括牙托槽边界框左上和右下对角点的坐标信息以及边界框所包围牙托槽的置信度；筛选出大于设定置信度阈值的牙托槽边界框，并根据边界框的坐标信息进行排列，进而分类为上颌骨托槽和下颌骨托槽；将所筛选出的牙托槽边界框按从左到右的顺序排列，并以画面中央的牙托槽边框长度为参考测量牙齿之间的距离变化情况，进而得到牙齿的位移测量结果。本发明能够以非侵入方式实时、准确测量正畸过程中牙齿在力作用下的位移，且对患者不造成额外伤害。更多

[202503]合作研究论文Utilizing shallow features and spatial context for weakly supervised intracerebral hemorrhage segmentation发表于Quantitative Imaging in Medicine and Surgery

本文基于深度学习辅助脑出血（ICH）诊断中弱图像级标签限制弱监督语义分割（WSSS）的情况提出了一种新方法，先借浅层特征类激活图（CAM）模块，利用卷积神经网络（CNNs）浅层细粒度信息生成CAM定位目标；再通过空间上下文感知（SCA）模块，用CT图像空间信息完善CAM未定位的出血部位；最后二值化CAM生成伪分割掩码。经脑 hemorrhage分割数据集（BHSD）和颅内出血检测分割CT图像数据集（BCHM）验证，该方法提升了ICH分割准确率，优于其他WSSS方法，能更好匹配出血点位置与轮廓、减少漏检和假阳性，减轻放射科医生创建像素级数据集的负担。更多

[202503]研究论文Automatic Tooth labeling After Segmentation using Prototype-based Meta-learning发表于Machine Intelligence Research

本文提出了一种基于完整牙齿模型的牙齿标记方法，通过基于元学习方法的小样本分类，实现了对完整牙齿模型的自动标记。为了解决类内相似性问题，本文还设计了一种基于矩阵分解的注意力机制。相对于其他前沿方法，本方法显著提高了标记准确度且特别适用于对相似牙齿、缺牙的自动标记，在数字牙科中有很大的优势和可行性。更多

[202502]论文Multi-guided feature refinement for point cloud semantic segmentation with weakly supervision发表于Knowledge-Based Systems

本文提出一种多引导特征优化框架，用于解决弱监督点云分割中的标注稀缺问题，特别适用于跨场景三维解析中的类内差异与边界歧义消除。点云分割在三维重建应用中常面临标注成本高昂与局部特征歧义的双重挑战，而基于混合邻居系统的点级优化机制在处理几何-色彩多模态关联与原型分布正则化上具有显著优势。本文引入双阶段优化策略：1）注意力驱动的特征聚合模块融合几何先验、邻居上下文与原型引导；2）概率化权重优化模块提取邻居原型有效分量实现特征蒸馏。该方法生成的点特征兼具局部平滑性与全局语义一致性，有效缓解类内差异与边界误判问题。更多

[202502] 综述论文AR and MR in Dentistry: Developments, Applications, and Prospects发表于IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics

本文系统综述了增强现实（AR）与混合现实（MR）技术在牙科领域的最新进展与应用前景。聚焦于AR/MR在数字化牙科手术导航、实时可视化及教育培训中的创新突破，在正畸、牙髓病治疗、种植牙、颌面外科等多领域均有应用。但目前这项技术存在成本效益不明、精度波动等问题。未来可从优化 OST - HMD 技术、发展反馈导航技术等方面改进。随着技术进步，AR 和 MR 有望在牙科广泛应用，提高医疗质量和效率。更多

[202412] 研究论文A Robot-Object Unified Modeling Method for Deformable Object Manipulation in Constrained Environments发表于IEEE/ASME Transactions on Mechatronics

本文提出了一种在受限环境中实现可变形对象操作规划的统一建模方法，将运动操作、对象形态和环境约束集成到一个物理变形模型中，实现高效准确的“机器人-对象”联合建模及形变状态计算。通过利用基于乘数的并行数值配方的交替方向法和基于学习的 sim2real 参数估计策略，实现了卓越的计算效率和建模精度。更多

[202412] "基于网格特征深度学习的口腔正畸自动排牙方法和系统"获发明专利授权

本发明公开了一种基于网格特征深度学习的口腔正畸自动排牙方法和系统。该方法包括：获取用于排牙的牙齿三角网格三维模型；将所述牙齿三角网格模型输入到预训练的深度学习模型，获得排牙结果的牙齿预测位置。其中所述深度学习模型包括第一特征编码器、第二特征编码器以及特征解码与映射器，第一特征编码器以所述牙齿三角网格三维模型作为输入，获得牙齿形状特征，第二特征编码器以牙列点云作为输入，获得牙列全局特征，所述特征解码与映射器基于所述牙齿形状特征和所述牙列全局特征，获得预测的排牙结果。本发明能自动、准确地规划患者牙齿的理想位姿。更多

[202412] 研究论文Automatic Tooth labeling After Segmentation using Prototype-based Meta-learning在线发表于Machine Intelligence Research

[202412] 研究论文A Material Point Based Simulation Method for Soft Robots with Free Boundary Interactions发表于Robotica

本文提出了一种基于物质点法的仿真方法，用于在自由边界条件下的软体机器人仿真，特别适用于软体机器人与流体的相互作用和非线性变形。软体机器人在实际应用中，通常会存在复杂的边界交互同时产生较大变形，而物质点法作为一种无网格方法，在处理大变形问题和复杂交互问题上具有天然的优势。本文引入了隐式时间积分和自动微分方法，在保证了精度的同时，提高了物质点法仿真的稳定性，解决了软体机器人在自由边界相互作用和不确定接触条件下的变形预测问题。更多

[202412] 研究论文Automatic feature-based markerless calibration and navigation method for augmented reality assisted dental treatment发表于IET Cyber‐Systems and Robotics

本文提出了一种新型基于特征点的无标记标定与导航方法，适用于HMD-AR可视化系统。研究团队重点攻克了三个关键技术难题：首先，通过生成合成RGB-D数据用于解剖标志点检测，并训练深度卷积神经网络（DCNN）；其次，利用检测到的解剖标志点实现HMD自动标定，无需用户干预或光学追踪器；最后，开发了多迭代最近点（ICP）算法以实现高效的3D-3D实时导航。更多

[202411] 团队赴清华大学参加2024年软体机器人大会，受邀作《Morphological Design Methodologies of Soft Robots》报告

团队参加2024年软体机器人大会，夏泽洋教授受邀作《Morphological Design Methodologies of Soft Robots》报告。报告概述了形态设计方法的概念、发展及三大类：正向仿生法、过渡拓扑优化法、基于学习的方法及逆向形态计算法。此外，还重点介绍了团队在软体机器人拓扑优化领域的研究成果。（该工作为软体机器人形态-功能一体化设计提供了系统方法论。）更多

[202411] 研究论文Precision Orthodontic Force Simulation Using Nodal Displacement-Based Archwire Loading Approach发表于International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering

本文提出了一种基于节点位移的有限元分析方法，用于精准模拟正畸弓丝加载下的力学响应。通过构建患者个性化的牙齿-牙周膜-骨复合体三维模型，结合托槽与弓丝模型，采用两步式有限元技术：首先通过节点位移实现弓丝与托槽的精确对位，随后计算牙齿位移并推导正畸力及力矩。该方法能显著提高正畸力预测的准确性，优化治疗计划，为临床定制化矫治方案提供可靠依据。更多

[202410] "Soft-bodied apparatus and method for opening eyelid"获美国专利授权

本发明提供了一种软体开眼睑装置及方法，包括：头部支撑模块、眼睑实时定位模块、机器人末端执行器实时定位模块、自动开眼睑操作模块。自动开眼睑操作模块包括机器人本体和机器人控制系统，机器人本体上设置有多轴刚体机械臂和软体末端执行器，机器人控制系统以用户上下眼睑的实时姿态为运动目标，以软体末端执行器的实时形状和姿态为反馈信息，控制机器人本体运动，实现眼睑的自动开睑。更多

[202410] "一种软体机器人仿真方法、装置、电子设备及存储介质"获发明专利授权

本发明提供一种软体机器人仿真方法、装置、电子设备及存储介质，该方法包括：确定第一时刻软体机器人物质点的第一运动学参数；通过插值函数确定物质点的第一运动学参数对应的第一网格动力学参数；基于第一网格动力学参数，通过隐式时间积分方法，确定第二时刻的第二网格动力学参数，第二时刻为第一时刻的下一时刻；通过插值函数确定第二网格动力学参数对应的物质点的第二运动学参数。该方案追踪软体机器人边界可以通过设置少量标记的物质点完成，无需PFEM中通过额外的算法解决不同运算步之间网格边界变化的问题，具有更高的灵活性。更多

[202409] 研究论文Mechanical effect of different patterns for preparation of orthodontic appliances: An experimental study发表于Dental Materials Journal

本文定量评估了不同制备方式的弓丝的力学效应，比较了一次弯曲和多次弯曲下正畸环的力学性能。采用三种典型的不锈钢正畸环（垂直环、T 环和 L 环），通过正畸力测试仪 (OFT) 对不同弯曲次数的环进行实验比较，量化了制备模式的力学效应。对结果进行 t 检验。本文还进行了不锈钢弓丝的断裂试验，并记录了断裂时的弯曲次数。试验结果表明，一次和多次弯曲对正畸器械有显著的力学影响。多次弯曲会导致机械性能显著下降并可能损坏器械。更多

[202409] "一种用于宫腔诊疗的软体驱动器系统"获发明专利授权

本发明公开了一种用于宫腔诊疗的软体驱动器系统。该系统包括：软体驱动器本体和支撑部件，所述支撑部件用于支撑和固定所述软体驱动器本体，所述软体驱动器本体包含依次连接的软体非工作段、连接器和软体工作段，所述连接器用于连接软体非工作段、手术器械和软体工作段，所述软体驱动器本体被设置为采用流体或气体驱动方式控制其弯曲形变运动。本发明的系统具有无限自由度的灵活性和系统小型一体化的优势，提升了临床应用范围和效率。更多

[202408] "一种基于物质点法的软体机器人仿真方法"获发明专利授权

本申请提供一种基于物质点法的软体机器人仿真方法，该方法包括：以空间网格为插值点更新粒子上的物理量；其中，在同一个仿真步内更新粒子上的物理量包括：物理量从粒子到空间网格的转移，物理量在空间网格上的更新，物理量从空间网格到粒子的转移；物理量在空间网格上的更新采用隐式时间积分。该方案可以在统一的更新框架内同时完成对不同物体的仿真，同时结合基于自动微分的物质点法隐式时间积分计算框架，保证了较高的精度。更多

[202408] 团队参加2024年中国机器人学术年会，受邀作《口腔诊疗机器人研究及应用进展》报告

夏泽洋教授团队参加2024年中国机器人学术年会医疗机器人论坛，夏泽洋教授受邀作《口腔诊疗机器人研究及应用进展》报告。报告将机器人在口腔医学及临床诊疗各分支的研究及应用情况进行介绍，并对其关键技术及挑战进行分析。同时以报告人团队近年来在精准口腔正畸机器人领域的研究及应用进展为例，对上述关键技术进行场景化的阐述和分析。报告也对未来的研究及应用发展进行了探讨及展望。更多

[202408] 综述论文Robotics Application in Dentistry: A Review发表于IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics

本文综述了数字牙科和智能牙科中机器人技术的应用和发展趋势。它探讨了牙科机器人在多个领域的应用，如口腔颌面外科、种植牙和正颌手术，强调了其通过高效、准确的技术集成改善患者治疗体验和结果。文章还讨论了人工智能在增强机器人决策能力方面的关键作用，以及机械设计和传感器技术在牙科机器人未来发展中的重要性。更多

[202407] 夏泽洋教授受邀参加机器人前沿青年科学家论坛并作《口腔诊疗机器人研究及应用进展》报告

夏泽洋教授参加机器人前沿青年科学家论坛并作《口腔诊疗机器人研究及应用进展》报告。报告将机器人在口腔医学及临床诊疗各分支的研究及应用情况进行了介绍，并对其关键技术及挑战进行分析。同时以报告人团队近年来在精准口腔正畸机器人领域的研究及应用进展为例，对上述关键技术进行场景化的阐述和分析。报告也对未来的研究及应用发展进行了探讨及展望。更多

[202405] 团队举行午餐会并进行了校史馆参观

2024年5月30日，团队举行了简约的餐聚活动，欢迎新加入团队的研究生。之后大家参观了校史馆，在教授的带领和讲解中，系统学习了交大校史。活动旨在增强了团队凝聚力，加强大家的荣誉感、责任感和使命感，取得了很好的效果。更多

[202404] 合作研究论文Hybrid Shape Deformation for Face Reconstruction in Aesthetic Orthodontics发表于IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology

本文提出了一种新的方法，用于从单视角图像中精确重建具有几何细节的人脸模型，特别适用于正畸学。通过混合形状变形表示和多分支监督，解决了传统3D可塑模型在覆盖几何细节上的不足。本文使用正交分解将形状变形分解为正面平面位置偏移和深度偏移，采用网格变形和密集预测来显式和隐式地处理局部依赖关系。更多

论文关注

技术转化

学术交流