编者按：轻按下启动键，一个探头加上两个机器人，便能在50分钟内精确完成义齿的修复治疗，这便是“自动牙体预备机器人”技术给全球口腔医学界带来的变化。让我们来认识一下这一“黑科技”的发明者，我国口腔医学数字化技术的领跑者，来自口腔医学院的吕培军。

人物简介：

吕培军，主任医师，教授，博士生导师。北京大学口腔医学院口腔医学数字化研究中心首任主任（1995—2015）、口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室常务副主任、国家卫计委口腔医学计算机应用工程技术研究中心常务副主任。中华口腔医学会理事、中华口腔医学会口腔医学计算机专业委员会第一、二届主任委员，现为名誉主任委员。台湾中山医学大学口腔医学院客座教授。

兴 趣：一位痴迷数理化的口腔科医生

吕培军从小就喜欢数理化。20世纪80年代初，吕培军还是口腔医学专业本科生，他在口腔医院实习的时候发现，口腔医疗使用的诊疗方法，远比他所了解的自然科学领域的技术手段落后。“全都是手工操作，我在老师的指导下给患者磨牙冠，一磨就是一上午。”也是从那时起，吕培军萌发了用科技手段发展传统口腔医学诊疗方法的想法。

“一种科学，只有在成功地运用数学时，才算达到了真正完善的地步。”马克思的这句话是吕培军的座右铭，也坚定了他用数学和计算机，结合国际前沿科技，发展传统口腔医疗的决心和信心。

“口腔正畸规划和全口义齿排牙的问题就是几何问题和力学问题，是可以用数学方法去表达的……一旦数字化之后，计算机技术就可引入进来，进而用机器人代替人工……”琢磨出这些思路令吕培军很激动：“我就专门去搜集这方面东西，去研究它，包括计算机编程。”吕培军凭着对数字化的敏锐嗅觉，开始了在这一领域的艰苦探索。

当时，口腔医学教育课程中还没有计算机相关内容，国内几乎没有能交流探讨的同道，因此吕培军开始了自学。“有事没事扎到图书馆里”，当时计算机专业编程使用的是Basic语言，吕培军自己花钱买了计算机，“白天上完临床，晚上下班吃完饭就到计算机前边一坐，有时能干到凌晨；边学习，边研究，边自己动手建立数学模型、编写计算机应用程序，没有任何目的，就是喜欢”。

1988年，吕培军已经开始用数学函数生成排牙线，尝试开发用于“可摘局部义齿设计的人工智能专家系统”。当时也有人认为吕培军是不务正业：“牙科医生一天到晚搞什么计算机，弄什么数学。”但是吕培军并不在意：“我很幸运，张震康老院长和导师李国珍都非常支持我的想法，鼓励我探索。他们都认为这些新技术会有发展，是未来的趋势。”就这样， 老领导和恩师在科研时间和经费上都给了吕培军有力的支持。这也让吕培军更加坚信：计算机技术是口腔数字化技术、信息技术以及互联网技术的基础技术手段。探索的过程看似辛苦，但对于有理想、有兴趣、有爱好的吕培军来说，乐在其中。

坚守：三十年磨一剑

从1984年发表第一篇口腔医学数字化技术应用相关论文至今，吕培军在口腔医学的数字化技术研究领域坚守30多年。

“我记得是上世纪80年代初，《人民日报》的夹缝里一篇豆腐块那么大的报道，写着法国牙医用计算机来镶牙。”后来吕培军才得知，这位法国牙医就是第一个把工业技术引入到口腔医学领域，并成功制作义齿的Francois Duret教授。当时偶然的发现令吕培军振奋不已。他骑着自行车去报社打听这位法国牙医的联系方式，去了两次都没有问到。后来他又发动亲戚朋友继续打听，终于找到Duret教授的通信地址。吕培军开始写信和对方联系，告诉对方自己的科研想法和研究进展。

很快，吕培军收到了Duret教授的回信。“这些研究工作真的太棒了”，Duret教授对吕培军长期独自完成的出色工作表示惊叹。也是从那时起，吕培军和Duret教授开始了长期的通信交流，分享彼此的研究进展。

1992年，吕培军作为中国唯一代表，出席“第二届国际牙科计算机学术与应用研讨会”

1992年，Duret教授邀请吕培军作为中国唯一代表，出席了在美国洛杉矶举行的“第二届国际牙科计算机学术与应用研讨会”并作大会发言，向国际同道分享用数学和计算机帮助假牙设计的进展和构想。在这次大会上，吕培军结识了一批外国同道。大家都是计算机技术在口腔医学中应用研究的开拓型学者。他们还成立了国际牙科计算机学会，一起交流学术研究进展。

找到国际知音后，如何才能带动国内同行一起探索？一切并不容易。

吕培军回忆道：“20世纪90年代初，国内没有便利的互联网，信息不通畅，电话费很贵，异地相互交流，主要靠写信。我最初是从《中华口腔医学杂志》等学术期刊登载的文章内容和作者中，寻找可能的同路人。我就分别给他们写信。”

1993年，吕培军组织第一次中国口腔医学计算机应用学术研讨会

终于在1993年，吕培军组织了“第一届中国口腔医学计算机应用学术研讨会”。这次会议让全国在这个领域“拓荒”的同道们汇聚到一起，很多学院的老教授、老前辈也来参加。大家热烈探讨计算机技术应用的前沿构想。

1994年，吕培军还邀请Duret教授第一次来到中国，组织了在北京、广西、西安的三场学术交流。“口腔医学的问题用计算机解决，这一学术思想非常震撼，每到一站都有很多人提问。当时非常轰动，对中国口腔医学界起到了重要的思想促进作用。”吕培军说。

30多年的时间，中国口腔数字化医学技术，在困难中一步一步开拓前行，日渐繁盛。“一个人努力不够，必须要带动全行业提高科研能力，才能使整个国家的口腔数字化医疗技术更快更好的发展。要成立行业学术组织开展学术活动，加强国内外交流。”吕培军说。他坚信“ 科学成果的产生就是从点点滴滴积累中爆发出来的”，而支撑他将挑战变成机遇的，正是一位医者的坚守。

创新：领跑国内数字化口腔医学，让中国智慧闪亮国际舞台

口腔医学数字化技术是目前口腔医学领域的前沿技术之一。由鲜为人知到被广泛接受，再到取得自主研究成果的阶段性进步，数字化技术在我国口腔医学领域的起步和发展，和吕培军的经历联系在一起了。

1994年，完成关于人工智能技术在口腔医学领域应用研究的博士论文，这也是国内相关领域首部著作；1995年，从美国MIT 引进了第一台基于力反馈的虚拟现实研究装置；1997年，组建原卫生部“口腔医学计算机应用技术研究中心”并担任常务副主任；同年，从加拿大CRS 公司引进了第一台六自由度通用机器人，培训后开始了机器人在口腔医学领域的自主创新研究；1999年，成立“中华口腔医学会直属计算机学组”并任组长；2000年，主持国家863高科技项目，建立了第一个“机器人全口义齿辅助排牙系统”，同年编著并出版了中国第一部关于口腔数字化医学技术的专著；2008年，成立“口腔医学计算机专业委员会”并先后担任第一、二届专业委员会主任委员；2011年，筹建以口腔医学院为依托单位的“口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室”并担任常务副主任；2012年，主持十二五国家科技支撑计划项目，研发并完成了国际上第一台“机器人自动化牙体预备系统”，获得国内及国际发明专利；2016年起，在Nature杂志子刊Scientific Reports上先后发表6篇相关学术论文。

吕培军在作报告

2018年，作为“数控飞秒激光自动牙体预备机器人”技术的第一专利发明人，吕培军完成了和以色列Robotoo机器人公司的历经半年多的技术谈判并最终完成了签约工作。这一工作，标志着中国口腔医学界由引进国外发明的先进技术和设备，转变为可以向国外高科技强国输出我国自主的创新技术；意味着北大口腔为国际口腔医学界发展作出中国人的贡献——“希望在向智能化社会前进的过程中，中国的口腔医疗行业不再仅仅是一个大市场，同时是一个可以用自主创新技术，为国际口腔医学界发展作出贡献的重要力量。” 让中国智慧闪亮国际舞台，这是吕培军的梦想。

据了解,因为“自动牙体预备机器人”系统具有尺寸小，设计简洁和性能稳定的优势；下一步计划可能要扩展到牙齿种植、口腔咽喉部手术等更加广泛的国际口腔医学专业领域。

初心：医者，仁心者；师者，育人者

作为医生，吕培军在临床和科研工作中坚持三个原则。第一，如何更好地服务患者，给患者带来更大的便利和更高的医疗质量；第二，如何帮助医生，减轻医生的负担，扩展医生的能力，提高医生的效率；第三，如何提升口腔医学的科学技术水平，促进学科发展。

作为一名博士生导师，吕培军把自己的体验也总结成三点，用来鼓励学生。首先要立足做好本职工作，精通本专业知识，有了临床经验积累，才能准确把握国际前沿科技和口腔医学需求的结合点。其次，要有开阔的眼界和思维，注重学科之间的关联互通。在跟踪自然科学前沿发展动态的同时，提高哲学思辨能力、医学人文关怀水平和学科发展的历史责任感，才能不断进步。最后，严谨求实开放创新，是科研工作持之以恒、一以贯之的精神支撑。

吕培军指导学生

对于人才培养，吕培军坚持引导和传授方法比传授知识更加重要。是仅仅关注医学领域还是关注所有科学领域？一个新技术的产生，是仅仅把它当作一条新闻粗浅了解还是进一步分析其内涵，有哪些可能的拓展形式，可能被应用在哪些领域？怎么发现问题，怎样用逻辑学和科学的方法去排除或确定，怎样制定出科学的解决方法，这些都是吕培军要求研究生们掌握的。

吕培军也是一名患者。最近他刚刚接受了颈椎病手术。“这是牙科医生典型的职业病。因为长时间歪着头给患者治病。而且许多医生还有腰椎间盘突出的毛病。”吕培军一边摸摸脖子一边好像在回忆自己30多年来的求索经历。

这是吕培军的的初心，也是他的梦想。30多年的探索，发展中国口腔数字化医学技术的一路前行，让他圆梦。正如吕培军所说：“我是幸运的，赶上了国家改革开放的好时代，赶上了数字化技术大发展的好时代。今天中国口腔数字化医学技术的进步，是几代口腔医务工作者共同奋斗的结果。虽然任重道远，但未来会更好。”

延伸阅读：揭秘“黑科技”——“自动牙体预备机器人”技术

“黑科技”的实质，就是一台三自由度的微小口内机器人加上一台六自由度机械臂、自动控制的飞秒激光束。通过一个小探头，在患者口腔中扫描一圈，就能收集到患牙修复所需的三维形态数据。接收到数据的同时，两个机器人分头开工：一个切磨修整患牙，一个设计制作新牙冠。有了“自动牙体预备机器人”技术，医生只需要按下启动键，50分钟后，患者就能戴着新的假牙冠回家了。

它由“口内三维扫描探头”和“自控飞秒激光牙体预备机器人”两项核心科技组成。

“口内三维扫描探头”。探头在患者口腔内扫描一圈就能获取需全冠修复的三维形态数据。“黑科技”得到这些数据后，牙冠修复就可以“分两路”同时开展。一路由路径规划软件指挥微机器人在患者口腔内进行切磨、修整等牙体预备；另一路让设计、制作新的牙冠修复体一气呵成。上述两项工作同时完成后，再合并成一路——为患者戴上新牙冠。

“自控飞秒激光牙体预备机器人”。传统操作是依靠机械车针转动来切割牙体硬组织，而“黑科技”采用飞秒激光取代传统的机械动力，不仅契合未来医学“非接触式治疗”的发展方向，而且动力强劲，切割牙体硬组织易如反掌。更为重要的是，这种激光为冷激光。在密闭的操作空间中，温度仅有35°C左右，低于人体正常体温，不会灼伤牙体邻近的其他正常组织。

“自动牙体预备机器人”技术改变了手工备牙的传统方法，医生只需一键启动“黑科技”，就可以快速精确地完成义齿的修复治疗，在缩短患者就医时间、改善患者就诊舒适度的同时，减轻了医生的工作强度。

目前，“自动牙体预备机器人”技术研发已经完成，并获得了国际国内发明专利；2018年签约授权以色列Robotoo机器人公司，将负责技术转化，商品生产、全球技术推广和销售。应以色列方面要求，吕培军及科研团队将继续为Robotoo公司提供相关技术支持。