Accurately segmenting teeth and identifying the corresponding anatomical landmarks on dental mesh models are essential in computer-aided orthodontic treatment. Manually performing these two tasks is time-consuming, tedious, and, more importantly, highly dependent on orthodontists' experiences due to the abnormality and large-scale variance of patients' teeth. Some machine learning-based methods have been designed and applied in the orthodontic field to automatically segment dental meshes (e.g., intraoral scans). In contrast, the number of studies on tooth landmark localization is still limited. This paper proposes a two-stage framework based on mesh deep learning (called TS-MDL) for joint tooth labeling and landmark identification on raw intraoral scans. Our TS-MDL first adopts an end-to-end \emph{i}MeshSegNet method (i.e., a variant of the existing MeshSegNet with both improved accuracy and efficiency) to label each tooth on the downsampled scan. Guided by the segmentation outputs, our TS-MDL further selects each tooth's region of interest (ROI) on the original mesh to construct a light-weight variant of the pioneering PointNet (i.e., PointNet-Reg) for regressing the corresponding landmark heatmaps. Our TS-MDL was evaluated on a real-clinical dataset, showing promising segmentation and localization performance. Specifically, \emph{i}MeshSegNet in the first stage of TS-MDL reached an averaged Dice similarity coefficient (DSC) at $0.964\pm0.054$, significantly outperforming the original MeshSegNet. In the second stage, PointNet-Reg achieved a mean absolute error (MAE) of $0.597\pm0.761 \, mm$ in distances between the prediction and ground truth for $66$ landmarks, which is superior compared with other networks for landmark detection. All these results suggest the potential usage of our TS-MDL in clinical practices.


翻译:精确分割牙齿并确定牙科网格模型的相应解剖里程碑 。 相反, 计算机辅助的Meelal- Ldomical化研究数量仍然有限 。 手动执行这两项任务耗时、 乏味, 更重要的是, 由于病人牙齿的异常性和大规模差异, 高度依赖矫形专家的经验 。 一些基于机器的学习方法 已经设计并应用到 牙形网格的自动部分( 例如, 内部扫描 ) 。 相比之下, 牙形地标的Meal- $ 本地化研究数量仍然有限 。 本文提出一个基于网状深度学习( 称为 TS- MDLL) 的两阶段框架, 用于联合的牙齿标签和原始内部扫描。 我们的TS- MDL首先采用端至端的状态 ; IMSeshSeg- Net 方法( 例如, 现有Metrial- deal deal deal demodeal dismoal) 的绝对值, 和 正在进一步将每颗粒子扫描的牙齿标标标上的其他扫描S- deal- deal- demodeal- deal- deal deal deal demodal deal deal demod) Sdeal demodal demod.

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