馬璁瓏，趙艷東

（天津職業(yè)大學，天津 300410）

牙齒是國民健康的重要標志之一，中國作為人口大國也是口腔醫(yī)療需求大國，口腔健康是重大、廣泛的民生問題。隨著人們生活水平的不斷提高，人們對口腔健康和美觀的需求也越來越高，例如，高檔的烤瓷義齒已成為我國現在義齒加工行業(yè)中的絕對主流。傳統(tǒng)金屬內冠義齒多采用手工技術。首先，根據口腔印模灌注石膏模型，然后利用石膏模型制作烤瓷牙蠟型，但在蠟型制作過程中，蠟容易收縮變形。此外，在利用熱加工鑄造工藝制作金屬內冠時，金屬受熱也容易產生變形，多種因素偏差導致義齒產品精度缺乏準確性。3D打印技術，又稱增材制造（Additive Manufacturing）技術，是在數字模型文件的基礎上，利用計算機軟硬件資源及可黏合材料通過逐層打印的方式來構造物體,工藝流程一般可分為三維建模、數據分割、打印、后處理四步，產品具有智能化程度高、精度高、制造快等特點，這正與口腔義齒制造要求相匹配。

1 基于3D打印的個性化義齒在線定制系統(tǒng)

一般來說，大型口腔醫(yī)院、口腔診所與社區(qū)門診在診療水平、收費標準等方面相差甚遠，這就造成了口腔醫(yī)療市場服務水平參差不齊。義齒制造新技術、新設備、高水平技師大多集中于大型口腔醫(yī)療機構與義齒加工企業(yè)，而社區(qū)門診、小型義齒加工企業(yè)等基層醫(yī)療機構由于缺乏資金投入，在設備、技術等方面更新滯后，無法滿足高端義齒定制需求。由于不同級別醫(yī)院溝通聯(lián)系不暢，無法實現協(xié)同診療的目標。因此，面對個性化義齒產品定制，需要開發(fā)基于3D打印的個性化義齒產品在線定制系統(tǒng)，從而將3D打印技術、醫(yī)療人員、技術人員、患者進行整合，實現高端制造資源的共享。

義齒是一種型面復雜且精度要求極高的不規(guī)則曲面擬合體，義齒的設計制造涉及口腔醫(yī)學、材料學、復雜曲面建模等眾多學科，每位患者的牙齒特征各不相同，無法使用通用數據加工制作義齒，義齒與口腔頜骨的匹配度會直接影響患者安裝義齒后的舒適度，因此，義齒的制造從單純追求功能為主發(fā)展到兼顧滿足患者舒適度的多功能需求，加工制造高精度的義齒是技術關鍵。

市場上國產CAD/CAM數字化義齒設計制造系統(tǒng)與國外品牌相比還有一定差距，如德國西諾德(Sirona)、德國澤康(Cercon)、德美合資卡瓦盛邦(KAVO EVERST)、德國威蘭德(Wieland)、瑞典Procera等發(fā)展較早，而國產系統(tǒng)尚未成熟，且不同品牌不同系統(tǒng)間數據交換困難、修改難度大。因此，整合多領域、專業(yè)化的義齒設計制造機構與人員、軟件、硬件等資源開發(fā)個性化義齒在線定制系統(tǒng)是行業(yè)發(fā)展方向。通過在線定制系統(tǒng)可實現義齒診療、設計、制造的一體化工作流程，具體工作過程為首先將牙齒掃描數據傳輸到協(xié)同云服務平臺，再經過醫(yī)生對患者的在線診療，完成義齒的診療與設計。為避免數據解釋、數據轉換錯誤等問題，在標準數據文件格式下，將設計模型發(fā)送給3D打印協(xié)同云制造平臺，從而保證義齒制造的完整性與精確性。

2 個性化義齒在線定制系統(tǒng)關鍵技術分析

個性化義齒在線定制系統(tǒng)方案一般分為三類。第一類是用戶通過企業(yè)網站產品分類、產品介紹等電子商務功能選擇產品和零部件，用戶體驗感較差；第二類是用戶通過在線選擇產品定制尺寸和顏色參數，輔以CAD形式在線實時瀏覽三維虛擬產品；第三類是在線定制與可視化交互技術相結合，客戶能在線參與產品的交互設計定制，這是目前在線定制系統(tǒng)的發(fā)展方向。

2.1 可視化協(xié)同交互技術

可視化技術的核心是為使用者提供空間信息直觀的、可交互的可視化環(huán)境。在移動互聯(lián)網時代，可視化與網絡技術結合使遠程可視化服務成為現實?？梢暬夹g主要包括科學可視化、信息可視化、可視分析學。

科學可視化面向的領域主要是自然科學，如物理、化學、氣象學、醫(yī)學、生物學等學科，通過可視化技術對數據進行解釋、操作與處理，通過建立可視化模型直觀展示數據特征與異常情況；信息可視化處理的對象是抽象數據集合，并通過信息圖形、視覺設計等現代技術以直觀的方式表達大量的抽象信息；可視分析學綜合了圖形學、計算機科學和人機交互等技術，以可視交互界面為載體進行信息交流，完成對信息的有效分析和決策。

2.2 大數據技術

針對牙齒醫(yī)療行業(yè)診療產生的海量數據，包括需求信息、口腔信息、診療方案、就醫(yī)信息、手術過程信息等等。大數據技術可通過數據采集、數據存儲、數據管理、數據分析與挖掘等，對義齒種植和牙齒修復過程中采集的各種數據進行分析，找出數據之間的相互關系，從而建立用戶行為與牙齒狀態(tài)的關系模型、病灶特征與醫(yī)療方案的關系模型、設計與制造之間的關系模型等，利用大數據技術形成動態(tài)的面向云服務平臺的數據關聯(lián)中心，為診療方案和設計制造提供數據增值服務及技術優(yōu)化方案，實現輔助醫(yī)生治療和輔助設計制造的目的，最終滿足患者需求。

2.3 云計算技術

由于大數據的采集、存儲和計算的量都非常大，所以大數據需要特殊的技術，以有效地處理大量的數據。近年來，隨著計算機技術、互聯(lián)網技術的迅猛發(fā)展，特別是5G網絡的日益普及，云計算技術（Cloud Computing）也得到了飛速的發(fā)展和廣泛的應用，例如百度公司的百度云、騰訊公司的騰訊云、Google的App Engine平臺、微軟的Windows Azure平臺等。云計算通過提高“云”的處理能力,把IT資源、數據和應用通過“云”平臺服務用戶，為企業(yè)和個人用戶提供高性能的存儲和計算服務。

利用云計算技術，可將義齒設計模型接入云計算環(huán)境中，當調用模型時，由云計算環(huán)境為此模型部署一個運行環(huán)境，用戶通過網絡驅動模型在云環(huán)境上運行，從而建立個性化義齒定制系統(tǒng)的云服務平臺。新一代的大數據和云計算技術的發(fā)展，為面向全社會整合不同的醫(yī)療資源、義齒數字化制造資源提供了新模式和新思路。

2.4 基于3D打印的云制造技術

云制造是將各種制造資源進行整合的網絡化智能制造模式，使閑置資源能得到有效利用,從而保證資源的高效配置。3D打印云制造體系架構主要包括以下幾個層面。

（1）3D打印制造資源層。3D打印云制造技術首先需要構建3D打印制造資源層，這是整個云制造的工作基礎，目的是將3D打印制造資源與計算機網絡進行有效融合。

（2）虛擬化封裝與管理層。由于3D打印資源種類繁多,不同種類信息具有不同的屬性信息，例如，設備資源包含掃描設備、3D打印設備、打印材料等物料資源；人力資源包含3D打印相關設計人員、技術人員、行業(yè)專家等。在云制造環(huán)境下，需要對制造資源進行描述性的虛擬處理，將物理資源映射轉換為虛擬資源。

針對不同3D打印資源,通過構建不同描述模板，從而對資源進行虛擬性的封裝。首先，對各類資源的特征進行分析,提取公共屬性信息,然后，對屬性信息進行全面分析與特征擴展，形成相應的資源描述模板，方便用戶根據需求對資源信息進行的虛擬處理與調取，從而進行有效的儲存、更新與維護。

（3）服務資源層。通過分析歸納個性化義齒在線定制系統(tǒng)的構成要素，將服務資源歸納為硬件資源類、軟件資源類、信息資源類、人力資源類、行為資源類等，并對服務資源進行虛擬化描述，將抽象的服務流程轉化為具體可執(zhí)行的服務流程，并通過定期維護與更新資源實現良好的服務效果。在實際工作中，利用封裝技術對服務資源進行多方位的整合，將服務整合為服務資源的匹配問題，從而改善并提高實際工作的效果和質量。

（4）應用接口與用戶交互層。應用接口主要為用戶提供訪問接口,用戶根據自身需求或工作要求,通過電腦或移動終端對云服務系統(tǒng)進行訪問與資料調用，促使醫(yī)生和患者協(xié)同完成治療方案的快速制定，支持醫(yī)生和患者的動態(tài)交互，實現信息同步傳輸和可視化顯示，從而提高3D打印云制造系統(tǒng)的服務效果。

3 義齒在線定制系統(tǒng)開發(fā)策略

通過整合跨區(qū)域、跨機構、多領域、專業(yè)化的醫(yī)院、設計制造機構與人員、軟件、設備等資源，構建義齒在線定制系統(tǒng)，對義齒診療、設計、制造全生命周期進行協(xié)同優(yōu)化調度。

3.1 協(xié)同診療方案制定

面向高端義齒定制，開發(fā)基于網絡的可視化協(xié)同交互平臺，支持醫(yī)生和患者的動態(tài)交互，實現信息同步傳輸和可視化顯示。首先，通過該平臺醫(yī)生將掃描得到的數據與患者的實際需求綜合起來建立義齒診療方案。當遇到無法解決的診療問題時，可利用協(xié)同CAD/CAE平臺將數據傳輸給更高水平醫(yī)療專家，專家通過與患者在線視頻、在線溝通等可視化交互方式，對方案進行修正和完善，形成更加完整、準確的診療方案，從而實現醫(yī)生對患者的可視化協(xié)同診療及方案制定。

3.2 義齒在線設計

義齒在線設計需要支持互聯(lián)網、移動終端等多種接入形式，通過醫(yī)生對患者的協(xié)同診療，對患者需求及義齒特征快速進行功能表達與在線設計。設計除了要滿足義齒的功能需求外，還要綜合考慮義齒的外觀形狀、材料、顏色、紋理、連接方式、加工方式、制作周期等因素。因此，為了進一步提高義齒設計效率、產品舒適度及患者滿意度，需要將患者需求轉化成為設計模型，并利用虛擬仿真技術展示義齒種植及修復效果，對產品進行虛擬效果展示。同時，患者通過在線實時瀏覽虛擬設計效果，對設計細節(jié)提出修改意見，最后，經患者確認無誤后，進行義齒定制加工。

3.3 基于3D打印的義齒定制

義齒設計經確認無誤后，通過義齒在線定制系統(tǒng)直接發(fā)送給3D打印生產商?；?D打印的義齒云制造模式，以數字模型文件為基礎，通過三維建模、數據分割、逐層打印、后處理等工藝流程進行義齒加工制作。增材制造技術的推廣應用可滿足患者對義齒形狀、尺寸、材料、色彩、連接方式、加工方式等方面的個性化需求。3D打印數字化加工技術保證了義齒的制造精度和品質，基于3D打印的義齒定制由軟件替代了高水平的技師，大大降低了人力成本，也便于面向義齒全生命周期的管理及維護。

4 結語

隨著移動互聯(lián)網技術、云計算和大數據技術的發(fā)展，為面向全社會整合不同的醫(yī)療資源、義齒數字化制造資源提供了全新的發(fā)展模式。3D打印技術為高端義齒的數字化、個性化定制提供了必要的技術支撐。因此，建立基于3D打印的可視化協(xié)同服務平臺，對義齒數字化資源與醫(yī)療資源進行全面整合，實現高質量、高效率、低成本的義齒協(xié)同診療、在線設計與數字化制造。