Tri-Stage Deep Learning Model for Mandibular Condyle Segmentation and Osteoarthritis Identification

人工智能 深度学习 分割 髁突 颞下颌关节 卷积神经网络 计算机科学 超参数 骨关节炎 模式识别(心理学) 颞颚关节功能障碍 图像分割 特征提取 计算机视觉 口腔正畸科 医学 病理 替代医学
作者
K. Vijaya Kumar,Santhi Baskaran
标识
DOI:10.1109/nmitcon58196.2023.10276342
摘要

In a new era of medical imaging, deep-learning models have emerged to identify and diagnose Temporomandibular Joint Osteoarthritis (TMJ-OA) from panoramic X-ray scans. The Convolutional Neural Network (CNN) with U-Net models attain better efficiency to segment and classify TMJ-OA over the past years. But the efficiency of deep-learning models primarily depends on the hyperparameters. Also, the TMJ-OA detection is not satisfactory because of an improper segmentation of the mandibular condyle and glenoid fossae on X-ray scans. To solve these problems, this article develops a Tri-Stage Deep-Learning Model (TSDLM) for TMJ-OA identification and diagnosis. This model aims to accurately segment mandibular condyles and glenoid fossae on X-ray scans using a 3D U-Net. In this model, the initial two stages adopt the 3D U-Net model for Region-Of-Interest (ROI) extraction and mandibular condyle region segmentation. In the third stage, the ResNet50 model is utilized to learn the features from the segmented areas and classify the TMJ-OA for accurate diagnosis. Besides, a Reptile Search Algorithm (RSA) is proposed for hyperparameter optimization, which enhances mandibular condyle segmentation and TMJ-OA identification. Finally, the experimental results exhibit that the TSDLM reaches an accuracy of 92.29% on the panoramic dental X-ray image dataset compared to the conventional deep-learning models.
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