实现精准口腔正畸诊疗的治疗预测与机器人辅助关键技术研究
项目类型： 国家自然科学基金（联合基金重点项目） 项目负责人： 夏泽洋
执行期： 2021-2024 经费总额: 287万元
研究背景
当前临床口腔正畸诊疗过度的依赖于医师的经验，导致治疗效果不佳、周期长、综合成本高，其原因在于难以实现对治疗的准确预测、个性化矫治器的精确制备和精准的临床操作。针对上述问题，本项目开展了实现精准口腔正畸诊疗所需的治疗预测与机器人辅助关键技术的研究。
研究内容
研究内容一：基于口腔生物力学模型的"矫治器→正畸力→牙齿移动"逐级模拟的治疗预测
- 口腔医学图像处理及建模
- 牙齿标记与自动化排牙
- 口腔正畸力模拟及牙齿移动模拟
- 颌面形变模拟
研究内容二：个性化高性能矫治器的机器人自动精确制备
- 机器人操作驱动下的面向弓丝及其形变过程的形态建模方法
- "机器人—矫治器"弯制联合规划方法
- 基于预建模形态和在线形态反馈的形态操作控制方法
研究内容三：基于实时正畸力获取与增强现实的矫治器精准加载操作辅助
- 矫治器加载过程中正畸力的实时获取
- 矫治器加载过程中牙齿移动量的实时测量
- 基于增强现实的矫治器精准加载操作辅助方法与系统
研究内容四：实验验证
- 治疗预测方法的验证
- 个性化高性能矫治器机器人自动精确制备方法的验证
- 矫治器精准加载操作辅助方法的验证
- "诊疗、制备及操作辅助"一体的精准口腔正畸诊疗系统
代表性成果
【学术专著】
-
[1] 夏泽洋著，《现代机器人系统仿真》，华中科技大学出版社，2021
[2] 夏泽洋，甘阳洲著，《口腔医学图像处理》，科学出版社，2022
【代表性期刊论文】
-
[1] H. Deng, F. Ahmad, J. Xiong, Z. Xia, "A Robot-Object Unified Modeling Method for
Deformable Object Manipulation in Constrained Environments", IEEE/ASME Transactions on
Mechatronics, 2024.
[2] U. Sehar, J. Xiong, Z. Xia, "Automatic Tooth Labeling After Segmentation using
Prototype-based Meta-Learning", Machine Intelligence Research, 2025.
[3] W. Ahmad, K. Liang, J. Xiong, J. Dai, J. Cao, Z. Xia, "Precision Orthodontic Force
Simulation Using Nodal Displacement-Based Archwire Loading Approach", International Journal
for Numerical Methods in Biomedical Engineering, 2024.
[4] Y. Wang, L. Huang, Q. Zhao, Z. Xia, N. Zhao, "Hybrid Shape Deformation for Face
Reconstruction in Aesthetic Orthodontics", IEEE Transactions on Circuits and Systems for
Video Technology, 2024.
[5] J. Dong, Z. Xia, Q. Zhao, N. Zhao, "Human-machine integration based augmented reality
assisted wire-bending training system for orthodontics", Virtual Reality, 2023(27):
627-636.
[6] S. Tian, J. Dai, W. Ahmad, K. Liang, Q. Tan, H. Deng, F. Jiang, J. Xiong, J. Cao, Z.
Xia, Mechanical effect of different patterns for preparation of orthodontic appliances: an
experimental study, Dental Materials Journal, 2024.
[7] F. Ahmad, J. Xiong, Z. Xia, "Automatic Feature-based Markerless Calibration and
Navigation Method for AR-assisted Dental Treatment", IET Cybernetics and Robotics,
2024.
[8] W. Ahmad, F. Jiang, J. Xiong, Z. Xia, "The mechanical effect of geometric design of
attachments in invisible orthodontics", American Journal of Orthodontics and Dentofacial
Orthopedics, 2023.
[9] Z. Xia, F. Ahmad, H. Deng, L. Jiang, W. Qin, Q. Zhao, J. Xiong, "Robotics Application in
Dentistry: A Review", IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics, 2024.
[10] F. Ahmad, W. Ahmad, J. Xiong, Z. Xia, "AR and MR in Dentistry: Developments,
Applications, and Prospects", IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics, 2024.
【部分授权专利】
-
[1] 夏泽洋, 黄嘉伟, 熊璟. 基于网格特征深度学习的口腔正畸自动排牙方法和系统, 中国发明专利, ZL 202211299421.X, 申请日: 2022-10-21, 授权日:
2024-12-17.
[2] 夏泽洋, 侯文国, 熊璟. 一种用于机器人操作的可形变对象仿真方法, 中国发明专利, 申请号: CN202310411234.4, 公开号: CN116468875A,
申请日: 2023-04-10, 公开日: 2023-07-21.
[3] 夏泽洋, 侯文国, 林淑娴, 熊璟. 一种口腔正畸力测量装置和方法, 中国发明专利, 申请号: CN202310388150.3, 公开号: CN116807663A,
申请日: 2023-04-12, 公开日: 2023-09-29.
[4] 夏泽洋, 丹尼, 王泓伟, 熊璟. 一种基于图像的实时牙齿移动量测量方法, 中国发明专利, 申请号: CN202310124935.X, 公开号: CN116115366A,
申请日: 2023-02-09, 公开日: 2023-05-16.
[5] 夏泽洋, 凡在, 熊璟. 一种基于学习的AR辅助牙科治疗自动校准和导航方法, 中国发明专利, 申请号: CN202310805124.6, 公开号: CN116919586A,
申请日: 2023-07-03, 公开日: 2023-10-24.
【软件著作权】
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[1] 基于水平集模型的有金属伪影CT图像牙冠分割软件, 登记号：2024SR0453824, 登记日期：2024/04/01.
[2] 基于混合水平集模型的口腔CT图像牙齿分割软件, 登记号：2024SR0402191, 登记日期：2024/03/18.
[3] 可形变对象机器人操作仿真与离线编程系统, 登记号：2022SR1494887, 登记时间：2022/11/11.