Tooth Instance Segmentation and Disease Detection With Uncertainty-Aware Contrastive Learning and Cross-Scale Attention

分割 计算机科学 人工智能 水准点(测量) 图像分割 边界(拓扑) 保险丝(电气) 模式识别(心理学) 机器学习 比例(比率) 数学 工程类 数学分析 物理 电气工程 量子力学 地理 大地测量学
作者
Xu Xu,Junxin Chen,Jiayue Yin
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:30 (4): 2915-2926 被引量:7
标识
DOI:10.1109/jbhi.2024.3525460
摘要

Recent years have witnessed the increasing applications of artificial intelligence for tooth treatment, among which tooth instance segmentation and disease detection are two important research directions. Advanced algorithms have been proposed, however, two challenging issues remain unsolved, i.e., unclear prediction boundaries for adjacent teeth, and high parameters of the model. To this end, our work proposes a lightweight framework, namely UCL-Net, for efficient tooth instance segmentation and disease detection. Specifically, uncertainty-aware contrastive learning is first employed for tooth segmentation. It is based on a multivariate Gaussian distribution to model the boundary pixel and is able to highlight inter-class differences, thereby refining the segmentation boundary. In addition, a lightweight segmentation model which has only 34.9 M parameters is further developed. Benefiting from the cross-scale attention, it is able to efficiently fuse different scale features, and therefore yields accurate tooth disease detection with a lightweight load. Four benchmark datasets are employed for performance validation. Both the qualitative and quantitative results demonstrate that the proposed UCL-Net is lightweight, effective, and advantageous over peer state-of-the-art (SOTA) methods.
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