Onderzoekers gebruiken AI voor ontwerp realistische kronen

Volgens de onderzoekers heeft de CAD/CAM-techniek de tandheelkunde aanzienlijk verbeterd, maar is het nog steeds arbeidsintensief en tijdrovend, ondanks het feit dat CAD-software een ‘tandbibliotheek’ gebruikt om te helpen bij het genereren van prothetische ontwerpen. Het arbeidsintensieve komt vooral doordat je maatwerk moet leveren aan elke patiënt. Andere nadelen zijn de gezondheids- en milieurisico’s van het 3D-print- en freesproces. CAD/CAM-remakes zijn vaak nodig vanwege marginale misfits. Daarnaast kan het ontwerp de biomechanische prestaties en dus de vermoeiingslevensduur van de kroon beïnvloeden. Daarom is er behoefte aan een kroonontwerp dat deze problemen aanpakt.

In het onderzoek trainden de onderzoekers het algoritme op 600 sets digitale afgietsels van mandibulaire tweede premolaren en hun aangrenzende en antagonistische elementen. Ze testten het algoritme op 12 extra sets gegevens om 12 kronen te genereren. Vervolgens vergeleken ze de natuurlijke tweede premolaren met de ontwerpen die het algoritme had gemaakt met behulp van CEREC software en een technicus met gebruik van een CAD-programma. Ze keken naar morfologische parameters van 3D-gelijkenis, cusphoek en aantal en gebied van occlusale contactpunten. Ze onderwierpen de op de computer gemaakte ontwerpen in lithiumdisilicaat ook aan biomechanische vermoeidheidssimulaties door fysiologische occlusale kracht.

"Tijdens het trainingsproces leerde het algoritme morfologische kenmerken van natuurlijke elementen, zodat het dentale kronen kan ontwerpen die vergelijkbaar zijn met een natuurlijk element, zowel morfologisch als functioneel," zegt hoofdauteur Dr. Hao Ding, een postdoctoraal onderzoeker in Toegepaste orale wetenschappen en tandheelkundige zorg aan de universiteit.

De kronen ontworpen door generatieve AI hadden de laagste 3D-discrepantie, de dichtstbijzijnde cusphoek en vergelijkbare occlusale contacten in vergelijking met natuurlijke elementen. In lithiumsilicaat bleken de door AI ontworpen kronen een verwachte levensduur te hebben die vergelijkbaar was met die van natuurlijke elementen. Volgens de onderzoekers leverden de andere twee methoden voor dentaal kroonontwerp kronen op die ofwel te groot ofwel te dun waren en niet dezelfde levensduur bereikten als die van natuurlijke elementen.

"Dit toont aan dat het algoritme gebruikt zou kunnen worden om zeer nauwkeurig gepersonaliseerde dentale kronen te ontwerpen die niet alleen de morfologie en biomechanica van natuurlijke tanden nabootsen, maar ook werken zonder extra menselijke correctie, waardoor extra kosten in het productieproces bespaard worden," voegde senior onderzoeker Dr. James Tsoi toe, een universitair hoofddocent in Tandheelkundige materiaalkunde.

"Veel AI-benaderingen ontwerpen een 'lookalike' product, maar ik denk dat dit het eerste project is waarin datagestuurde AI functioneert in een echte tandheelkundige toepassing. We hopen dat deze slimme productietechnologie de springplank zal zijn voor Industrie 4.0 in de tandheelkunde. Dat is van essentieel belang om de uitdagingen van een vergrijzende samenleving en een gebrek aan mondzorgprofessionals in Hongkong het hoofd te bieden," aldus Dr. Tsoi.

Klinische tests voor het gebruik van de generatieve AI voor tandkronen zijn aan de gang. Daarnaast werken de onderzoekers aan de uitbreiding van de toepasbaarheid van de tool op andere dentale prothesen, zoals gedeeltelijke en volledige gebitsprotheses.

Het onderzoek, getiteld ‘Morphology and mechanical performance of dental crown designed by 3D-DCGAN’, is online gepubliceerd in maart 2023 in Dental Materials.

Tags: