Automatic tooth instance segmentation on 3D dental models is a fundamental task for computer-aided orthodontic treatments. Existing learning-based methods rely heavily on expensive point-wise annotations. To alleviate this problem, we are the first to explore a low-cost annotation way for 3D tooth instance segmentation, i.e., labeling all tooth centroids and only a few teeth for each dental model. Regarding the challenge when only weak annotation is provided, we present a dental arch prior-assisted 3D tooth segmentation method, namely DArch. Our DArch consists of two stages, including tooth centroid detection and tooth instance segmentation. Accurately detecting the tooth centroids can help locate the individual tooth, thus benefiting the segmentation. Thus, our DArch proposes to leverage the dental arch prior to assist the detection. Specifically, we firstly propose a coarse-to-fine method to estimate the dental arch, in which the dental arch is initially generated by Bezier curve regression, and then a graph-based convolutional network (GCN) is trained to refine it. With the estimated dental arch, we then propose a novel Arch-aware Point Sampling (APS) method to assist the tooth centroid proposal generation. Meantime, a segmentor is independently trained using a patch-based training strategy, aiming to segment a tooth instance from a 3D patch centered at the tooth centroid. Experimental results on $4,773$ dental models have shown our DArch can accurately segment each tooth of a dental model, and its performance is superior to the state-of-the-art methods.


翻译:3D牙科模型的自动牙证分解是计算机辅助牙科矫形治疗的一项基本任务。 现有的基于学习的方法严重依赖昂贵的点针说明。 为了缓解这一问题, 我们首先探索了一种用于3D牙样分解的低成本注解方法, 即给每个牙科模型贴上所有牙球的标签, 只有几颗牙齿。 关于只提供微弱的注解时的挑战, 我们提出了一个牙尖前辅助的3D牙分解方法, 即 Darch。 我们的Darch 由两个阶段组成, 包括检测牙质的检测和牙体分解。 精确地检测牙记分解可以帮助找到个别牙齿。 因此, 我们的Darch 提出在帮助检测之前利用牙尖的标签。 具体地说, 我们首先提出一种粗化到牙门的方法, 牙科门最初是由Bezier 曲线回归生成的, 然后一个基于图表的州级网络(GCN) 来改进它的模式, 精确地检测牙质分解的牙质分解分解, 我们提出一个经过独立炼的骨质分析法 。

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