時代天使聯合多個院校在Cell子刊Patterns發表AI+口腔領域高水平研究論文

2023/09/08 17:01 (GMT+08:00)

近日，時代天使聯合浙江大學、四川大學華西口腔醫學院、哈佛大學、空軍軍醫大學等專業院校的研究團隊，在Cell Press細胞出版社期刊Patterns上發表了題為“Deep learning-enabled 3D multimodal fusion of cone-beam CT and intraoral mesh scans for clinically applicable tooth-bone reconstruction”的研究論文。

Patterns是Cell Press旗下專注於數據科學的期刊。Cell Press出版社是全球頂級的全科學領域國際學術出版社，經過50餘年的發展，為生物化學、遺傳學、神經科學、免疫學、癌症等多個學科的研究者提供了具有全球影響力的優質內容，共同探索背後深層次的科學意義及社會影響。

錐形束計算機斷層掃描(CBCT)和口內掃描(IOS)能分別呈現複雜的口腔解剖結構和精準的牙冠牙齦信息，在數字化口腔診療中具有關鍵作用。在臨床診療中，通過融合CBCT和IOS數據構建高精度的三維口腔冠-根-骨模型，可以幫助實現高效精確的口腔疾病診斷、治療方案設計和預後療效評估。

然而，不同患者口腔解剖特徵的複雜性和多樣性、三維CBCT圖像和IOS點雲之間的模態差異、大規模真實數據集和臨床實驗驗證的缺乏等問題，為實現臨床可適用的三維CBCT和IOS多模態融合和三維冠-根-骨重構，帶來了諸多挑戰。

本項研究由上述臨床實際需求驅動，將為數字化口腔領域提供有力的智能診療關鍵技術支撐。時代天使與浙江大學、四川大學華西口腔醫學院、空軍軍醫大學等科研團隊合作，提出了一種名為Deep Dental Multimodal Fusion (DDMF)的端到端口腔三維影像多模態融合重構框架，利用深度學習技術將CBCT和IOS數據精確分割後再進行三維融合，實現了高精度的牙齒冠-根-骨重建。

DDMF框架圖

實驗結果顯示，DDMF在CBCT和IOS上實現了優異的分割性能，融合結果上平均對稱表面距離(ASSD)達到0.17毫米，並通過臨床適用性實驗證明了其在虛擬正畸治療計劃中精準模擬冠根骨結構的能力。

研究團隊構建了含503個CBCT和28,559個IOS數據的大規模多模態數據集，在大量實驗和臨床可適用性測試中均取得了優異表現，並將多模態口腔冠-根-骨重構過程從傳統的5-7小時（人工成本）降低至20-25分鐘。

DDMF冠-根-骨三維重建結果

這一創新成果開創了CBCT和IOS數據融合的新途徑，提供了在真實世界臨床應用中重建三維牙骨模型的有效解決方案，能夠為口腔正畸醫生提供“所見卽所得”的精準牙齒冠-根-骨結構。在臨床實踐中，DDMF將集成在時代天使Intelligent Root System（IRS智能根骨系統），進一步提高診療精度和效率，並降低治療成本。

作為長期深耕數字化正畸的國內隱形矯治龍頭企業，時代天使長期投入臨床口腔醫學、計算機科學、生物力學、材料學和智能製造五大基礎學科的研發，聯合設立浙江大學-時代天使智慧醫療聯合研發中心等高水平跨學科研發平臺，開發形成豐富的口腔正畸醫療產品、技術服務和解決方案。

通過將AI算法模型、海量大數據與正畸領域知識、醫生專業診斷相結合，時代天使得以顯著提升其數字化軟件的性能、質量及可靠性。以IRS為例，精確的算法模型將三維牙骨模型以“所見卽所得”的方式呈現，能夠在診斷治療和方案設計過程中更高效地助力醫生，如模擬生物力學的改變、對可能存在的風險進行預判和預警、降低傳統錯頜畸形診療過程中骨開窗開裂等各類風險，進而讓正畸治療變得更加可靠。

目前，時代天使在AI+口腔等相關領域的研究已達到國際先進水平。近一年來，時代天使聯合各大院校的研發團隊，先後在IEEE TMI, ICLR, MICCAI等具有全球影響力的人工智能和醫學影像處理國際期刊和頂級會議上發表多篇高水平學術論文。在時代天使大力拓展國際化業務的過程中，以 IRS為代表的數字化軟件能力獲得了全球醫生的讚譽，日益被醫生們視為正畸治療過程中至關重要的輔助工具。