人工智能在口腔医学中的应用
基于深度学习的头颅侧位X线片自动诊断分类研究
中华口腔医学杂志, 2023,58(6) : 547-553. DOI: 10.3760/cma.j.cn112144-20230305-00072
摘要
目的

基于深度学习构建头颅侧位X线片自动诊断分类模型,为正畸临床诊断提供参考。

方法

收集2015年1月至2021年12月就诊于首都医科大学口腔医学院正畸科的正畸患者头颅侧位X线片2 894张,构建数据集,包括1 351例男性和1 543例女性,年龄(26.4±7.4)岁。先由1名正畸专业主治医师和1名博士研究生(正畸工作年限分别为8和5年)进行人工定点,测量头影测量项目并进行初分类,再由1名正畸专业主任医师和1名主治医师(正畸工作年限均超过20年)进行核查,内容包含8项骨性和牙性诊断分类。数据按7∶2∶1的比例分别纳入训练集、验证集和测试集。使用开源DenseNet121网络(一种深度学习模型)构建头颅侧位X线片自动诊断分类模型。模型训练后,使用测试集计算模型的分类准确性、精确性、敏感性、特异性,输出受试者工作曲线并计算曲线下面积评估模型性能;输出热力图,可视化模型关注区域。

结果

成功构建头颅侧位X线片自动诊断分类模型,其对1张头颅侧位X线片作出8项诊断分类平均需要0.112 s。其中5项诊断分类的准确性为80%~90%,包括矢状骨面型、下颌发育、垂直骨面型、上前牙倾斜情况和下前牙突出情况;3项诊断分类的准确性为70%~80%,包括上颌发育、下前牙倾斜情况、上前牙突出情况。各项诊断分类的总体95%可信区间曲线下面积均≥0.90。热力图显示,分类成功的头颅侧位X线片的激活区域分布于分类相关结构区域。

结论

本项研究基于DenseNet121网络构建了头颅侧位X线片自动诊断分类模型,其可实现8项临床常用诊断项目的快速分类。

视频摘要

本研究基于深度学习构建头颅侧位X线片自动诊断分类模型,收集正畸患者头颅侧位X线片2 894张构建数据集,并实现了8项临床常用诊断项目的快速分类,可为临床提供一定参考。

引用本文: 常荍, 王少烽, 左飞飞, 等.  基于深度学习的头颅侧位X线片自动诊断分类研究 [J] . 中华口腔医学杂志, 2023, 58(6) : 547-553. DOI: 10.3760/cma.j.cn112144-20230305-00072.
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通过头影测量分析颅颌面软硬组织的结构及其相互关系,有助于作出正确的诊断和矫治设计。为解决人工定点耗时、定点者间变异大的问题1,学者开始探讨使用人工智能进行自动定点工作2, 3, 4。2015年国际生物医学图像研讨会(International Symposium on Biomedical Imaging,ISBI)的公开牙科X线图像分析挑战赛设定了19个自动定位的标志点,同时进行8项头影测量项目的诊断分类5, 6, 7。自动定点推导分类的准确性与定点准确程度关系密切,同时,相关基准平面或标志点的变异也可对测量项目产生影响8,造成与临床医师经验不符的诊断结果。通过深度学习模型进行直接图像分类,直接学习头颅侧位X线片中不同类型解剖结构的内在特征,不经过定点过程,可一定程度避免标志点误差或变异导致的诊断分类错误。Yu等9首次采用深度学习模型直接对矢状及垂直骨面型进行诊断分类。Yim等10将诊断分类进一步扩展,增加了覆诊断分类。Kim等11证实,与自动定点推导分类相比,直接图像分类具有一定优势。目前头颅侧位X线片的直接图像分类研究主要针对矢状及垂直骨面型分类,未能单独分析上颌与下颌的骨性特征,而牙性分类仅包含覆,影响其临床进一步应用。本项研究拟通过开源DenseNet121网络构建头颅侧位X线片自动诊断分类模型,扩展骨性及牙性诊断分类,以期为临床提供参考。

 
 
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