基于深度学习的口腔三维扫描中六方位自由度牙齿姿态准确估算

2024年第25卷第9期

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《信息与电子工程前沿（英文）》 >> 2024年第25卷第9期 doi: 10.1631/FITEE.2300596

基于深度学习的口腔三维扫描中六方位自由度牙齿姿态准确估算

1浙江大学医学院附属口腔医院•浙江大学口腔医学院•浙江省口腔疾病临床医学研究中心•浙江省口腔生物医学研究重点实验室•浙江大学癌症研究院•口腔生物材料与器械浙江省工程研究中心，中国杭州市，310000；2浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院，中国海宁市，314400；3上海时代天使医疗器械有限公司，中国上海市，200433；4杭州口腔医院，中国杭州市，310006

收稿日期： 2023-09-01 录用日期： 2024-06-29 发布日期： 2024-06-29

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摘要

数字牙科的一个关键步骤是准确、自动地表征牙齿的方向和位置，在此基础上可以辅助制定正畸治疗计划和模拟牙齿排齐。由于不同牙齿之间的几何特征复杂且差异较大，且可靠的大规模数据集尚未构建，表征牙齿的方向和位置仍然具有挑战性。本文提出一种新的牙齿方位自动估算方法，将其表述为六方位自由度的牙齿姿态估算任务。将每个牙齿视为一个三维点云，设计了一个具有特征提取主干和双支路检测头的深度神经网络模型，以估算牙齿姿态。使用新的损失函数训练新收集的大样本数据集（10 393例患者，280 611颗牙齿的扫描数据），在2598例患者（77 870颗牙齿）的数据集上，平均欧拉角误差仅为4.780°–5.979°，平移L1误差为0.663 mm。综合实验表明，98.29%的估算产生的平均角度误差小于15°，这对于大多数临床和工业应用可以接受。

关键词

人工智能 ; 数字牙科 ; 深度学习 ; 口腔正畸 ; 牙齿姿态 ; 神经网络