——记北京大学口腔医院口腔医学数字化研究中心孙玉春教授团队
一口好牙，是畅享美食的基石，是自信笑容的点缀，更是全身健康的重要防线。然而，龋病、牙周病、外伤等因素却让无数人饱受缺牙之苦。根据《第四次全国口腔健康流行病学调查报告》，我国各年龄组缺损、缺失牙齿达数十亿颗，缺牙患者已突破7亿规模。牙齿缺失不仅影响营养摄入，更可能导致颞下颌关节疾病甚至诱发心血管疾病等全身系统性疾病。他们普遍渴求“快速、精准、长久”的修复诊疗，然而传统修复方式依赖纯手工技术，步骤繁琐、精度有限，且我国早期应用的数字化修复技术基本依赖进口，设计软件等核心技术面临“卡脖子”风险，这使得口腔修复诊疗面临“慢、糙、难”的困境。
在这场关乎国民健康的口腔保卫战中，北京大学口腔医院口腔医学数字化研究中心孙玉春教授团队挺身而出。在孙玉春教授的带领与统筹下，团队核心骨干陈虎副教授、田素坤副研究员、王相副研究员、张旭副研究员等协同攻关，依托北大口腔国家工程研究中心等十余个国家级创新平台，联合我国口腔数智化领域的多个龙头企业，系统性突破了口腔精准仿生修复与长效维护数智化关键技术瓶颈，填补领域空白且关键指标达国际领先，并实现大规模转化应用，为口腔健康事业带来了新的曙光，为“健康中国”战略写下了生动的注脚。
智破难题：口腔精准仿生修复与长效维护的数智化关键技术革新
“真想好好吃一口苹果”——这是一位全口牙缺失老人颤巍巍地站在北京大学口腔医院走廊里说的简单愿望，却道出了全国数亿缺牙患者的心声。牙齿，这个看似微小的器官，直接影响着人们的咀嚼功能、面部美观乃至全身健康。
一直以来，复杂口腔修复设计步骤繁琐、效率低下，都是困扰口腔修复领域的难题。源自欧美的设计技术严重依赖操作者的主观经验，设计单颗义齿需定义6自由度宏观构型及3万余个微观曲面特征，全口修复则涉及168个自由度、近100万个特征的复杂系统优化，高度依赖人工干预导致复杂修复耗时7-14天，无法满足快速修复需求。
在复杂口腔修复体设计领域，团队核心骨干田素坤副研究员带领人工智能小组开创性地提出多源异构大数据驱动的义齿结构智能推理式设计全新范式，打破了欧美依赖经验的交互设计模式。“口腔精智仿生修复技术，就是用最先进的数字化、智能化技术来做各类假牙的精准仿生修复，其中主要包含了四块技术：扫描、设计、制造和材料。”孙玉春教授如此介绍他们的研究成果。这段话看似简单，背后却是团队攻克的一个个技术难关。
在国自然面上等项目的支持下，孙玉春教授团队实现设计原理和技术的范式革新。团队提出的“仿蜻蜓复眼”牙颌模型三维旋转光照渲染策略，建立基于三通道细分色阶的牙颌宏微观生理解剖特征的归一化表征体系，实现对牙颌表面海量三角面片空间位姿的高分辨RGB快速映射与精准定量表征。
团队自主研发的功能易适数字化义齿人工智能设计软件，与国际主流软件相比，设计效率提升2倍，填补了领域技术空白，并将患者就诊次数和时长缩短60～80%。现在，这些软件已应用至全球1600家用户，完成超过8000万颗义齿的设计，同类产品国内市场占有率约33%，并出口美德日韩等发达国家。国家教育部新世纪优秀人才沈建新教授团队在国际权威期刊Comput. Biol. Med.(2023)上高度评价：基于深度学习的图像修补技术已经首次应用于口腔修复，并成功解决复杂义齿智能设计难题。
在精准扫描与制造领域，团队核心骨干田素坤副研究员带领人工智能小组原创时空-刚柔耦合的多维约束匹配扫描技术，实现大跨度种植扫描精度6-25微米，达国际最高水平。团队还发明了“一机双模”口内三维扫描系统，原创“单端聚拢横悬翼”扫描靶，打破“小视窗与大跨度”的尺寸悖论。团队提出的“构型-打印双向互哺”新策略，将复杂义齿关键功能区打印精度提升至30-50微米(欧美竞品100-150微米)，返工率降低50%以上。转化的口内三维扫描仪已实现规模化生产与市场应用，2023-2024连续两年位列中国销冠，在全球100余国家累计销量超过3万台，应用超过1亿颗牙齿，近三年销售额10.88亿元;成果转化的义齿专用打印机，2017年开始全面替代欧美进口产品，2018年同类产品中国销量第一，2019年出口欧日韩等发达国家。国内市占率18%～33%，打印义齿超过2亿颗，近三年销售额达1.45 亿。
针对口腔修复术后的长久维护难题，团队核心骨干王相副研究员带领仿生制造小组原创“类绞釉”拓扑结构将叠层陶瓷层间开裂率降低90%，国内外率先研制出力学仿生氧化锆陶瓷材料。团队还开发出极薄(仅86微米)强韧护牙贴面，无需磨削牙齿即可直接精准黏接于天然牙齿表面，将其抗磨损、抗腐蚀能力快速提升10倍以上。
更令人惊叹的是，团队核心骨干张旭副研究员带领生物再造小组创立的全自动口腔智能清洁技术，可在30秒内将“牙缝”等难清洁区域的菌斑清除率提升76%，真正破解了“刷牙不净”的千年难题。这些创新技术共同构成了口腔修复长效维护的完整解决方案，为患者带来了全方位的口腔健康保障。
匠心筑梦：二十年磨一剑的艰辛历程
鲜花与荣誉固然闪耀，但光环的背后，是孙玉春教授团队二十余年锲而不舍的坚守与创新。21世纪初，中国的口腔行业迅速崛起，然而欧美国家垄断着核心尖端技术，中国只能亦步亦趋模仿、追赶。孙玉春教授回忆，在那时，即使他们带着很有价值的方案向外国企业提出合作，对方也会嗤之以鼻，认为中国人提出的需求不是真正的需求。
孙玉春教授团队的研究起步于2001年，当时我国口腔数字化修复技术的基础研究与产品开发严重缺乏国际竞争力，相关临床用品基本依赖进口。团队最早开始进行固定义齿基底支架CAD技术的研究，建立了全冠、固定桥及其基底支架的CAD方法。
但由于进口函数库售价高昂，软件不具备市场竞争力，未能有效推广。团队转而聚焦于全口义齿等复杂口腔修复体，2004到2015年系统研究了全口义齿CAD&3D打印辅助制作技术，并将数字化全口义齿技术推进到可临床实用的阶段。
研发过程充满了艰辛，孙玉春教授团队需要解决从数据获取、算法设计到材料制备、制造工艺的全链条技术难题。在没有国外技术支持的条件下，他们只能靠自己一点一点摸索试错。孙玉春教授回忆道：“很多技术问题国外公司不会告诉我们解决方案，我们只能通过反复试验，失败一次就调整一次方案，直到找到适合中国人的解决方案。”
孙玉春教授团队在3D打印精度控制上的攻关历程尤为典型。最初，他们采用购置的纯蜡3D打印机，初步验证了精准3D打印复杂齿形结构的可行性。随后，通过自主研发的FDM打印机对全口义齿和种植导板等各类复杂齿形结构制品打印时摆放角度、支撑设计等十几个关键参数对打印精度的影响规律进行系统探究。经过无数日夜的试验，终于阐明了一定角度范围内悬垂面在特定材料供给路径下的智能自支撑原理，建立了一种口腔修复体等齿形结构医疗制品的专用打印方法。
材料研发更是团队攻克的又一个难关，孙玉春教授介绍说，氧化锆是固定修复体的主要材料之一，欧美日等国长期掌握着该材料制备的尖端技术。他们创新性地提出将不同颜色、透明度和耐磨耗性能的陶瓷材料叠层打印的技术思想，以期制造出从表及里分为功能磨耗层、应力缓冲层和抗折基底层三层结构的仿生陶瓷修复体。经过无数次成分配比试验和工艺优化，团队最终通过创新的胶态氧化锆叠层压制工艺，有机融合氧化锆多层颜色、半透性与强度调控技术，原创了可工业生产的仿生叠层氧化锆材料。
团队的成功不仅来自于技术攻关，还得益于跨学科的合作。孙玉春教授介绍，他目前带领着一个100人左右的校企联合科研团队，其中有口腔医学、计算机、机械工程、机器人、材料、合成生物学等不同专业背景的博士生，为团队进行跨学科研究奠定了良好的基础。这种“医工交叉”的模式，让团队能够从多学科角度解决口腔医学面临的复杂挑战。
20年时间，孙玉春教授带领团队走过了从“跟跑”到“并跑”再到“领跑”的艰辛历程，在口腔精准仿生修复与长效维护领域的贡献有目共睹，他们让中国自主高端口腔医疗技术装备在全球牙科市场实现了“零”突破，提升了口腔修复诊疗的效率和精准度。如今，团队构建的“口腔数智化精准仿生修复与长效维护”完整技术体系，授权中美欧日韩等多国发明专利86件，转化产品获批注册证69个，整体应用于中国各省(含台湾)及五大洲100多个国家，全球用量超过4.6亿颗牙，近3年直接经济效益超过27亿元，临床应用成本降低50%，更为广大缺牙患者带来了福音。
成功的不仅仅是技术的突破，更是“以患者为中心”理念的践行，展望未来，孙玉春教授团队将继续在口腔数字化、智能化、智能制造、仿生材料和手术机器人等方面进行全方位深入研究。终极目标是实现两个理想——“一个是不得牙病，一个是得了牙病治疗一次就好”。这看似简单的理想，背后正是他们对人民口腔健康的不变承诺和执着追求。
信念不改，初心如磐，使命在肩，砥砺前行。孙玉春教授团队正在用数智化技术守护着中国人民的口腔健康，让更多人拥有健康美丽的笑容。(文/张霞)
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