Automated Skeletal Classification with Lateral Cephalometry Based on Artificial Intelligence

头影 头影测量 接收机工作特性 计算机科学 人工智能 卷积神经网络 头影测量分析 追踪 矢状面 模式识别(心理学) 诊断准确性 口腔正畸科 机器学习 医学 错牙合 放射科 覆岩 操作系统
作者
Hee-Jin Yu,S.R. Cho,Minji Kim,W.H. Kim,Jin‐Woo Kim,Jongeun Choi
出处
期刊:Journal of Dental Research [SAGE Publishing]
卷期号:99 (3): 249-256 被引量:212
标识
DOI:10.1177/0022034520901715
摘要

Lateral cephalometry has been widely used for skeletal classification in orthodontic diagnosis and treatment planning. However, this conventional system, requiring manual tracing of individual landmarks, contains possible errors of inter- and intravariability and is highly time-consuming. This study aims to provide an accurate and robust skeletal diagnostic system by incorporating a convolutional neural network (CNN) into a 1-step, end-to-end diagnostic system with lateral cephalograms. A multimodal CNN model was constructed on the basis of 5,890 lateral cephalograms and demographic data as an input. The model was optimized with transfer learning and data augmentation techniques. Diagnostic performance was evaluated with statistical analysis. The proposed system exhibited >90% sensitivity, specificity, and accuracy for vertical and sagittal skeletal diagnosis. Clinical performance of the vertical classification showed the highest accuracy at 96.40 (95% CI, 93.06 to 98.39; model III). The receiver operating characteristic curve and the area under the curve both demonstrated the excellent performance of the system, with a mean area under the curve >95%. The heat maps of cephalograms were also provided for deeper understanding of the quality of the learned model by visually representing the region of the cephalogram that is most informative in distinguishing skeletal classes. In addition, we present broad applicability of this system through subtasks. The proposed CNN-incorporated system showed potential for skeletal orthodontic diagnosis without the need for intermediary steps requiring complicated diagnostic procedures.
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