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 \textcolor[rgb]{0,0,0}{$0.964\pm0.054$}, 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 orthodontics.


翻译:精确分割牙齿并确定牙科网格模型中相应的解剖里程碑 。 相比之下, 有关牙类路段本地化的研究数量仍然有限 。 本文提议基于网状深度学习( 称为 TS- MDL ) 的两阶段框架, 用于联合牙类标签和原始内部扫描的里程碑识别。 我们的TS- MDL首先采用端到端的 emph{i}MeshSegNet 方法( i. e. 现有MesheegNet的变异性, 其精度和效率都有所提高 ) 来将每个牙类路段本地化的本地化 。 由网状深度学习( 称为 TS- MDL) 的双阶段框架, 用于联合牙类标签和原始内部扫描的标志性能识别。 我们的TS-MDRMMS 系统首先采用端到端的直径端的直径流数据, 用于我们的直径流的直径流的直径路路路路路段的直路流数据流( ) 。

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