Toward Clinically Applicable 3-Dimensional Tooth Segmentation via Deep Learning

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作者
Jin Hao,Wen Liao,Yongfei Zhang,Jie Peng,Zhen Zhao,Z. Chen,Bingqiang Zhou,Yaokai Feng,Bohui Fang,Zhengze Liu,Zijian Zhao
出处
期刊:Journal of Dental Research [SAGE Publishing]
卷期号:101 (3): 304-311 被引量:59
标识
DOI:10.1177/00220345211040459
摘要

Digital dentistry plays a pivotal role in dental health care. A critical step in many digital dental systems is to accurately delineate individual teeth and the gingiva in the 3-dimension intraoral scanned mesh data. However, previous state-of-the-art methods are either time-consuming or error prone, hence hindering their clinical applicability. This article presents an accurate, efficient, and fully automated deep learning model trained on a data set of 4,000 intraoral scanned data annotated by experienced human experts. On a holdout data set of 200 scans, our model achieves a per-face accuracy, average-area accuracy, and area under the receiver operating characteristic curve of 96.94%, 98.26%, and 0.9991, respectively, significantly outperforming the state-of-the-art baselines. In addition, our model takes only about 24 s to generate segmentation outputs, as opposed to >5 min by the baseline and 15 min by human experts. A clinical performance test of 500 patients with malocclusion and/or abnormal teeth shows that 96.9% of the segmentations are satisfactory for clinical applications, 2.9% automatically trigger alarms for human improvement, and only 0.2% of them need rework. Our research demonstrates the potential for deep learning to improve the efficacy and efficiency of dental treatment and digital dentistry.
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