基于人工智能的锥形束计算机断层扫描与数字牙科图像集成的可靠性

摘要

已经提出了使用人工智能 （AI） 辅助识别和合并来注册锥形束计算机断层扫描和数字牙科图像的过程。与基于表面的配准的比较表明，基于人工智能的数字化和集成是可靠且可重复的。

摘要

本研究旨在引入锥形束计算机断层扫描（CBCT）数字化和基于人工智能（AI）的配准（ABR）的数字牙科图像（DDI）集成，并评估该方法与基于表面的配准（SBR）相比的可靠性和可重复性。这项回顾性研究包括 17 名接受过计算机辅助双颌正颌手术的患者的 CBCT 图像和 DDI。使用基于人工智能的程序重复了CBCT图像的数字化及其与DDI的集成。CBCT 图像和 DDI 使用点对点配准进行集成。相比之下，使用SBR方法，在CBCT和DDI上手动识别三个标志，并与迭代最近点方法集成。

在对每种方法进行两次重复积分后，得到了第一上颌磨牙和中切牙的三维坐标值及其差异。进行类内系数 （ICC） 检验以评估观察者与每种方法坐标的观察者内可靠性，并比较它们在 ABR 和 SBR 之间的可靠性。观察者内部的可靠性在每种方法中都显示出显着且几乎完美的 ICC。在ABR和SBR中，第一次和第二次注册之间以及两种方法之间的平均差异没有显著性;然而，与SBR方法相比，ABR方法的范围更窄。这项研究表明，基于人工智能的数字化和集成是可靠和可重复的。

引言

三维（3D）数字技术拓宽了正畸或手术正畸治疗的诊断和规划范围。由面部锥形束计算机断层扫描 （CBCT） 图像构建的虚拟头部可用于评估牙颌面和牙齿异常、计划正颌手术、制造牙科晶片和使用计算机辅助设计和制造植入手术导板 1,2,3,4。然而，CBCT 扫描对牙列的代表性较低，包括牙齿形态和咬合间关系，这是由于它们的分辨率有限和牙齿修复或正畸托槽的条纹伪影⁵。因此，CBCT 图像上的牙科特征已被数字牙科图像 （DDI） 取代，例如扫描的管型或口内扫描图像。

为了在CBCT图像上可靠地集成DDI，许多研究报告了各种方法，例如使用基准标记^6,7，^基于体素的⁸和基于表面的配准（SBR）^9,10。这些程序有其使用口外标记、多次 CBCT 扫描和额外的处理步骤的方法，例如清洁 CBCT 图像上的金属伪影。关于 S....

研究方案

这项回顾性研究由首尔国立大学盆唐医院机构审查委员会 （B-2205-759-101） 审查和批准，并符合《赫尔辛基宣言》的原则。该研究使用了来自牙科模型的 CBCT 和 DDI 中的标准镶嵌语言 （STL） 格式的医学数字成像和通信 （DICOM） 文件。由于该研究的回顾性，因此放弃了知情同意的需要。

1. CBCT和数字牙科图像（DDI）采集

1. 根据以下纳入标准选择患者：骨骼性 III 类咬合不正;通过计算机辅助计划进行双颌手术;以及使用固定边缘矫治器进行正畸治疗。
2. 排除颅面综合征、唇/腭裂、上颌第一磨牙或右中切牙缺失的患者。
3. 获得视场为 200 mm x 180 mm、体素大小为 0.2 mm、暴露条件为 80 kVp、15 mA 和 10.8 s 的 CBCT 扫描。确保患者处于直立位置，牙齿处于最大凹陷。将扫描结果另存为医学数字成像和通信 （DICOM） 数据文件。
4. 从牙科结石模型中获取 DDI 或直接口内扫描，并将其以标准镶嵌语言 （STL） 格式保存为单独的上颌牙列和下颌牙列。

2. 基于人工智能的注册协议 （ABR）

1. CBCT重新定位和数字化
   1. 打开软件，点击 加载DICOM文件 按钮将....

讨论

使用所提出的协议，可以使用机器学习软件轻松完成地标的数字化以及集成 CBCT 和 DDI。该协议需要以下关键步骤：i） CBCT 扫描中头部的重新定位，ii） CBCT 和 DDI 的数字化，以及 iii） 将 CBCT 图像与 DDI 合并。对于头部重新定向，五个标志的数字化至关重要，因为它通过空间区域中的参考平面确定头部的 3D 位置。DDI 上的三个地标（R-/L-U6CP 和 R U1CP）在手动数字化后通过机器学习自动化进行校准。?.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
G*Power	Heinrich Heine Universität, Dϋsseldorf, Germany	v. 3.1.9.7	A sample size calculuation software
Geomagic Qualify®	3D Systems, Morrisville, NC, USA	v 2013	3D metrology feature and automation software, which transform scan and probe data into 3D to be used in design, manufacturing and metrology applications
KODAK 9500	Carestream Health Inc., Rochester, NY, USA	5159538	Cone Beam Computed Tomograph (CBCT)
MD-ID0300	Medit Co, Seoul, South Korea Seoul, Korea	61010-1	Desktop model scanner
ON3D	3D ONS Inc., Seoul, Korea	v 1.3.0	Software for 3D CBCT evaluation; AI-based landmark identification, craniofacial and TMJ analysis, superimposition, and virtual orthognathic surgery
SPSS	IBM, Armonk, NY, USA	v 22.0	A statistic analysis program