Tooth and pulp chamber automatic segmentation with artificial intelligence network and morphometry method in cone-beam CT / Segmentación automática de cámaras dentales y pulpares con red de inteligencia artificial y método de morfometría en TC de haz cónico

ABSTRACT

SUMMARY: This study aims to extract teeth and alveolar bone structures in CBCT images automatically, which is a key step in CBCT image analysis in the field of stomatology. In this study, semantic segmentation was used for automatic segmentation. Five marked classes of CBCT images were input for U-net neural network training. Tooth hard tissue (including enamel, dentin, and cementum), dental pulp cavity, cortical bone, cancellous bone, and other tissues were marked manually in each class. The output data were from different regions of interest. The network configuration and training parameters were optimized and adjusted according to the prediction effect. This method can be used to segment teeth and peripheral bone structures using CBCT. The time of the automatic segmentation process for each CBCT was less than 13 min. The Dice of the evaluation reference image was 98 %. The U-net model combined with the watershed method can effectively segment the teeth, pulp cavity, and cortical bone in CBCT images. It can provide morphological information for clinical treatment.

RESUMEN

RESUMEN El objetivo del presente estudio fue extraer estructuras dentarias y óseas alveolares desde imágenes CBCT automáticamente, lo cual es un paso clave en el análisis de imágenes CBCT en el campo de la estomatología. En este estudio, se utilizó la segmentación de tipo emántica para la segmentación automática. Se ingresaron cinco clases de imágenes CBCT marcadas, para el entrenamiento de la red neuronal U-net. El tejido duro del diente (incluidos esmalte, dentina y cemento), la cavidad de la pulpa dentaria, hueso cortical, hueso esponjoso y otros tejidos se marcaron manualmente en cada clase. Los datos se obtuvieron de diferentes regiones de interés. La configuración de la red y los parámetros de entrenamiento se optimizaron y ajustaron de acuerdo con un análisis predictivo. Este método se puede utilizar para segmentar dientes y estructuras óseas periféricas mediante CBCT. El tiempo del proceso de segmentación automática para cada CBCT fue menor a 13 min. El "Dice" de evaluación de la imagen de referencia fue de 98 %. El modelo U-net combinado con el método "watershed"puede segmentar eficazmente los dientes, la cavidad pulpar y el hueso cortical en imágenes CBCT. Puede proporcionar información morfológica para el tratamiento clínico.