ArticlePDF Available

Diş Hekimliğinde Yapay Zeka Uygulamaları

Authors:

Abstract

Yapay zeka (YZ), insanların bilişsel işlevlerini taklit eden makinelerin öğrenme ve problem çözme kapasitesini temsil eder. Tek bir klinisyenin aksine, YZ sistemleri sınırsız sayıda veriyi eşzamanlı olarak gözlemleyebilir ve hızlı bir şekilde işleyebilir. Makine öğrenimi, beyindeki biyolojik sinir ağlarının mimarisini taklit eden yapay sinir ağları (YSA) adı verilen hesaplama modelleri ve algoritmaları içerir. YZ uygulamaları tıpta olduğu gibi diş hekimliğinin de birçok alanında popüler hale gelmiştir. Bu derleme, kapsamlı bir literatür taraması ile diş hekimliğinin çeşitli alanlarındaki YZ uygulamalarına ve ilgili çalışmalara odaklanmaktadır. YZ, oral ve maksillofasiyal cerrahide (anatomik işaretlerin belirlenmesi, postoperatif komplikasyonların tahmini), periodontoloji (alveolar kemik kaybının ve kemik yoğunluğundaki değişikliklerin belirlenmesi), implantoloji, oral ve maksillofasiyal radyoloji (diş segmentasyonu, ekstra dişlerin tanımlanması, kök kırıkları veya apikal lezyonlar, osteoporozun tahmininde), restoratif diş hekimliği (diş çürüklerinin belirlenmesi) ve ortodonti (tedavi analizi, iskelet sınıflandırması ve büyüme ve gelişme döneminin belirlenmesi) alanlarında kullanılabilir. YZ teknolojisinin diş hekimliğine entegre edilmesi, özellikle klinisyen sayısının az olduğu kliniklerde maliyet ve zamandan tasarruf sağlarken insan kaynaklı hataları en aza indirmeyi amaçlamaktadır.
Cilt-Volume: 75 Özel Sayı-Supplement: 1 Aralık-December 2022
Tıp Fakültesi
mecmuası
Ankara Üniversitesi
E-ISSN: 1307-5608
Journal of Ankara University Faculty of Medicine
Davetli Derlemeler / Invited Papers
Yapay Zeka, Makine Öğrenmesi ve Tıp Uygulamaları
Açık Kaynak Veri Seti ile Eğitilen Yapay Zekâ Modellerinin Klinik Ortamdaki Performans Analizi
Endokrinolojide Yapay Zeka Uygulamaları
Patolojide Yapay Zeka: Dost mu? Düşman mı?
Kardiyolojide Yapay Zeka Uygulamaları
Yapay Zeka ve Anestezi
Radyasyon Onkolojisinde Yapay Zeka
Diş Hekimliğinde Yapay Zeka Uygulamaları
Psikiyatrik Bozukluklarda Yapay Zeka Uygulamaları
Nadir Hastalıklarda Yapay Zeka Uygulamaları
DAVETLİ DERLEME / INVITED PAPER
46
Telif Hakkı 2022 Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi
Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi Mecmuası, Galenos Yayınevi tarafından yayınlanmıştır.
Yayınlanan tüm içerik CC BY-NC-ND lisansı altındadır.
Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi Mecmuası 2022;75(Suppl 1):46-49
DAHİLİ TIP BİLİMLERİ / MEDICAL SCIENCES
Abstract
Artificial intelligence (AI) represents the learning and problem-solving capacity of machines that mimic humans’ cognitive functions. Unlike a single
clinician, AI systems can simultaneously observe and rapidly process an unlimited amount of data. Machine learning includes computational models
and algorithms called artificial neural networks (ANNs) that mimic the architecture of biological neural networks in the brain. Artificial intelligence
applications have become popular in many areas of dentistry as well as in medicine. This review focuses on artificial intelligence applications in
various fields of dentistry and related studies with a comprehensive literature review. AI can be used in oral and maxillofacial surgery (determination
of anatomical landmarks, prediction of postoperative complications), periodontology (determination of alveolar bone loss and changes in bone
density), implantology, oral and maxillofacial radiology (tooth segmentation, identification of extra teeth, root fractures or apical lesions, in the
prediction of osteoporosis), restorative dentistry (determination of dental caries), and orthodontics (treatment analysis, skeletal classification and
determination of growth and development period). Integrating artificial intelligence technology into dentistry aims to minimize human mistakes
while saving cost and time, especially in clinics where the number of clinicians is low.
Key Words: Artificial Intelligence, Deep Learning Model, Dentistry, Applications
Öz
Yapay zeka (YZ), insanların bilişsel işlevlerini taklit eden makinelerin öğrenme ve problem çözme kapasitesini temsil eder. Tek bir klinisyenin aksine,
YZ sistemleri sınırsız sayıda veriyi eşzamanlı olarak gözlemleyebilir ve hızlı bir şekilde işleyebilir. Makine öğrenimi, beyindeki biyolojik sinir ağlarının
mimarisini taklit eden yapay sinir ağları (YSA) adı verilen hesaplama modelleri ve algoritmaları içerir. YZ uygulamaları tıpta olduğu gibi diş hekimliğinin
de birçok alanında popüler hale gelmiştir. Bu derleme, kapsamlı bir literatür taraması ile diş hekimliğinin çeşitli alanlarındaki YZ uygulamalarına ve
ilgili çalışmalara odaklanmaktadır. YZ, oral ve maksillofasiyal cerrahide (anatomik işaretlerin belirlenmesi, postoperatif komplikasyonların tahmini),
periodontoloji (alveolar kemik kaybının ve kemik yoğunluğundaki değişikliklerin belirlenmesi), implantoloji, oral ve maksillofasiyal radyoloji (diş
segmentasyonu, ekstra dişlerin tanımlanması, kök kırıkları veya apikal lezyonlar, osteoporozun tahmininde), restoratif diş hekimliği (diş çürüklerinin
belirlenmesi) ve ortodonti (tedavi analizi, iskelet sınıflandırması ve büyüme ve gelişme döneminin belirlenmesi) alanlarında kullanılabilir. YZ
teknolojisinin diş hekimliğine entegre edilmesi, özellikle klinisyen sayısının az olduğu kliniklerde maliyet ve zamandan tasarruf sağlarken insan
kaynaklı hataları en aza indirmeyi amaçlamaktadır.
Anahtar Kelimeler: Yapay Zekâ, Derin Öğrenme Modeli, Diş Hekimliği, Uygulamalar
1Girne Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi, Periodontoloji Anabilim Dalı, Mersin, Türkiye
2Ankara Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi, Radyoloji Anabilim Dalı, Ankara, Türkiye
3Ankara Üniversitesi Medikal Tasarım ve Uygulama Merkezi (MEDITAM), Ankara, Türkiye
4Lublin Medical University, Department of Dentistry, Lublin, Poland
Revan Birke Koca Ünsal1, Kaan Orhan2,3,4
Yazışma Adresi/Address for Correspondence: Revan Birke Koca Ünsal
Girne Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi, Periodontoloji Anabilim Dalı, Girne, Kıbrıs
Tel.: +90 542 886 54 21 E-posta: revanbirke.koca@kyrenia.edu.tr ORCID ID: orcid.org/0000-0003-1540-983X
Geliş Tarihi/Received: 11.11.2022 Kabul Tarihi/Accepted: 23.11.2022
Artificial Intelligence Applications in Dentistry
Diş Hekimliğinde Yapay Zeka Uygulamaları
DOI: 10.4274/atfm.galenos.2022.02438
Koca Ünsal ve Orhan. Diş Hekimliğinde Yapay Zeka Uygulamaları
Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi Mecmuası 2022;75(Suppl 1):46-49
47
Giriş
Yapay zeka (YZ -artificial intelligence, AI), insanların bilişsel
işlevlerini taklit eden makinelerin öğrenme ve problem çözme
kapasitesini temsil eder. YZ, bilgisayarların insanlara benzer
şekilde çeşitli faaliyetleri gerçekleştirme yeteneği olarak
tanımlanabilir (1). Makine öğrenimi (Machine learning, ML),
veri toplamadan öğrenmeyi otomatik olarak gerçekleştirdiği
YZ alanını tanımlayan bir terimdir. ML, bir sorunu çözmek için
öğrenmek, kalıpları tespit etmek, kendi kendini düzeltmek,
sınıflandırmak ve farklı verileri tekrar tekrar işleyerek insan
beynine benzeyen bir YZ alt kümesidir (2).
Tek bir klinisyenin aksine, ML sistemleri sınırsız sayıda veriyi
eşzamanlı olarak gözlemleyebilir ve hızlı bir şekilde işleyebilir.
Ayrıca, bu sistemler her olgunun verilerinden öğrenebildikleri
için, bir klinisyenin bir ömür boyu görebileceğinden daha
fazla olguyu dakikalar içinde değerlendirmeyi öğrenebilirler.
ML, beyindeki biyolojik sinir ağlarının mimarisini taklit eden
yapay sinir ağları (artificial neural networks-ANN) adı verilen
hesaplama modelleri ve algoritmaları içerir (3). ANN mimarisi,
birbirine bağlı düğümlerin katmanlarında yapılandırılmıştır.
Derin öğrenme (deep learning, DL), daha geniş bir YZ ailesine
atıfta bulunan ML’ye ait bir tekniktir. Özellikle DL yöntemleri,
sınıflandırma veya tespit görevlerini gerçekleştirmek için
ham verileri işleyen çoklu temsil seviyelerine sahip öğrenme
yöntemlerine aittir (2). YZ uygulamaları diş hekimliğinin birçok
alanında popüler olmaya başlamıştır. YZ teknolojisinin diş
hekimliğine entegre edilmesi zaman ve maliyet tasarrufu sağlar
ve insan kaynaklı hataları azaltır (4). Bu derleme, diş hekimliğinin
çeşitli alanlarındaki YZ uygulamalarına odaklanmaktadır.
Ağız, Diş ve Çene Cerrahisinde Yapay Zeka Uygulamaları
YZ, ağız ve çene cerrahisinde robotik uygulamalar sayesinde
popülerlik kazanmıştır. Cerrahi operasyon gerçekleştirilmeden
önce olası komplikasyonları önlemek için YZ algoritmaları ile
anatomik yer işaretlerinin detaylı tespiti yapılabilmektedir. Bu
sayede önemli anatomik yapıların korunması ve operasyonların
daha kısa sürede tamamlanması mümkün olmaktadır (5).
YZ teknolojisi, diş çekimi sonrası postoperatif ödemi
tahmin etmek için de kullanılmıştır. Zhang ve ark. (6) gömülü
mandibular üçüncü molarların çekilmesinden sonra postoperatif
yüz ödemini tahmin etmek için bir YZ modeli geliştirmiş ve
model, %98 doğrulukla yüksek performans göstermiştir. Orhan
ve ark. (7) konik ışınlı bilgisayarlı tomografi (cone-beam
computed tomography-CBCT) görüntülerinde bir YZ modeli
kullanarak gömülü üçüncü molarların diagnzoundaki doğruluğu
değerlendirdi ve YZ modeli, bu dişlerin anatomik yapılarla olan
ilişkisini tespit etmede %86,2 doğruluk performansı gösterdi.
Başka bir çalışmada, panoramik radyograflarda derin evrişimsel
sinir ağı (convolutional neural network-CNN) kullanılarak
üçüncü molar çekimlerinin zorluğu değerlendirildi. Hem ramus
ile ilişkisinin belirlenmesinde hem de mandibular ikinci molara
referansla belirlenen derinlik bilgisinde sırasıyla %82,03, %90,2
ve %78,9 başarı oranları elde edilmiştir (8).
YZ ile oral mukozadaki şüpheli alanlar tespit edilerek
benign ve malign lezyonların taraması ve sınıflandırılması
yapılabilmektedir (9). Ağız bölgesinde saptanan malign
tümörlerin prognozunu etkileyen en önemli faktör, erken tanıdır.
Buna rağmen çoğu olgu ileri evrede teşhis edilmektedir. Rosma
ve ark. (10) YZ modeli ile uzmanların öngörülerini karşılaştırarak
bireylerin ağız kanseri geliştirme olasılığını değerlendirmişler
ve %59,9’luk bir doğruluk elde etmişlerdir. Özellikle geniş
çaplı oral taramaların toplumdaki ağız kanseri prevalansını
tahmin edebileceği düşünülmektedir. Sağlık hizmetlerinin
kısıtlı olduğu birçok bölgede YZ destekli yazılımlarla tarama
yapılarak morbidite ve mortalite oranlarının azalacağı tahmin
edilmektedir (11).
Periodontolojide Yapay Zeka Uygulamaları
Periodontal hastalıklar, periodonsiyumun iltihaplanması ile
karakterize yaygın bir hastalık grubudur ve tedavi edilmediğinde
diş kaybına neden olabilir. Periodontolojide YZ ve Derin CNN
uygulamaları ile ilgili birçok çalışma yapılmıştır. Alveolar kemik
kaybının tespiti ve kemik yoğunluğundaki erken değişiklikler YZ
modelleri ile tespit edilebilir. Ayrıca implant ve çevre dokularla
ilgili erken müdahalenin gerekli olabileceği durumlarda DL
yöntemlerinin kullanılabileceği düşünülmektedir. Lee ve ark. (12)
periodontal hastalık nedeniyle kötü prognoza sahip dişleri tespit
etmek için bir YZ modeli geliştirmiş ve %78,9 doğruluk oranı elde
etmiştir. Alalharith ve ark. (13) ortodontik tedavi gören hastalarda
periodontal hastalığın otomatik tespitinde başarı oranının %77,1
olduğunu bildirmiştir. Cha ve ark. (14) geliştirdikleri YZ modeli
ile periapikal radyografilerde implant tespiti yaparak alveolar
kemik kaybını değerlendirmişler ve model ile diş hekimleri
arasında önemli bir fark olmadığını bildirmişlerdir. Bu nedenle,
modelin peri-implantitisin saptanmasında kullanılabileceğini
belirtmişlerdir. YZ, implant planlaması alanında da kullanılmıştır.
Kurt Bayrakdar ve ark. (15) 75 CBCT görüntüsünde kanal, sinüs/
fossa ve eksik diş bölgelerinin tespitini gerçekleştirmişler ve en
yüksek başarı oranını %95,3 ile eksik diş alanı tespiti olarak
belirtmişlerdir. Yazarlar, YZ algoritmalarının klinisyenlere klinik
rutinde yardımcı bir araç olacağını belirtmişlerdir.
Ağız, Diş ve Çene Radyolojisinde Yapay Zeka Uygulamaları
CNN, ağız, diş ve çene radyolojisinde diş tespiti ve
segmentasyonu, ekstra kök ve süpernümerer diş tespiti, dikey
kök kırığı tespiti, apikal lezyon tespiti, osteoporoz teşhisi,
Sjögren sendromu tespiti ve ultrasonografide kullanılmaktadır.
Panoramik radyograflarda, periapikal radyograflarda ve derin
Koca Ünsal ve Orhan. Diş Hekimliğinde Yapay Zeka Uygulamaları
Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi Mecmuası 2022;75(Suppl 1):46-49
48
CNN’leri kullanan bite-wing radyograflarında diş tespiti ve
segmentasyonu için DL destekli YZ modelleri üzerinde en az
uzmanlar kadar başarılı olan çok sayıda çalışma yayınlanmıştır.
Ekert ve ark. (16) DL destekli CNN kullanılarak panoramik
radyograflarda apikal lezyonları tespit etmişler ve sistemin
%65 hassasiyet gösterdiğini belirtmişlerdir. Periapikal
radyografiler üzerine bir başka çalışmada ise, Pauwels ve ark.
(17) YZ sisteminin %80’in üzerinde bir başarı oranı geliştirdiğini
belirtmişlerdir. Orhan ve ark. (18) CBCT’de periapikal patolojileri
saptayan bir YZ modeli geliştirmiş ve YZ modelinin toplamda
153 periapikal lezyondan 142’sini başarılı bir şekilde saptadığını
bildirmiştir. Hiraiwa ve ark. (19) Sjögren sendromunun tespiti
için bilgisayarlı tomografi görüntülerini değerlendirmiş ve
geliştirilen modelin %96 doğruluk gösterdiğini belirtmiştir. Lee
ve ark. (20) osteoporozun tespiti için panoramik radyografilerde
Derin CNN kullanan bir model geliştirmiş ve %98,5 doğruluk
oranı bildirmiştir. Bunun yanı sıra, Orhan ve ark. (21) CNN
tabanlı bir yöntemle ultrason görüntülerinde masseter kasının
segmentasyonunu gerçekleştirmişler ve üç farklı YZ modeli için
başarı oranlarını sırasıyla %96, %94 ve %98 olarak belirtmişlerdir.
3D görüntülerin daha karmaşık ve geniş eğitim veri setine
sahip olması ve etiketleme sürecinin hatasız yapılması zor
olduğundan, CBCT’de YZ tabanlı tanıya odaklanan çalışmaların
sayısı henüz yeterli değildir. Johari ve ark. (22) hem ağız içi hem
de CBCT görüntülerini CNN ile değerlendirerek dikey ve yatay
kök kırıkları için yüksek duyarlılık ve özgüllük sağlamışlardır.
Restoratif Diş Hekimliğinde Yapay Zeka Uygulamaları
Florür ve diğer çürük önleyici ajanların kullanımının
popülerlik kazanmasıyla diş çürüğü prevalansı her geçen
gün azalmaktadır. Bite-wing radyografileri, saptanması zor
olan arayüz çürüklerinin tanısında önemli bir role sahiptir
(23). Ayrıca son yıllarda bilgisayar destekli programlarla
erken tanı çalışmaları hızlandırılmıştır (24). Cantu ve ark.
(25) yaptıkları çalışmada, bite-wing radyografilerde çürük
teşhisinde geliştirdikleri YZ modeliyle deneyimli diş hekimlerinin
performansını karşılaştırmışlardır. Çalışmada algoritma, diş
hekimlerinden (%71) önemli ölçüde daha yüksek doğruluk
oranına (%80) sahip olarak bulunmuştur. Askar ve ark. (26) DL
yöntemi ile ağız içi fotoğraflarda beyaz nokta lezyonlarının
tespitini gerçekleştirmişler ve sistem %80’in üzerinde doğruluk
göstermiştir. Öte yandan, Casalegno ve ark. (27) translüminasyon
görüntülerinde çürüklerin otomatik tespiti ve lokalizasyonu
için bir YZ modeli geliştirmiş ve %72,7’lik bir başarı oranı elde
etmiştir. Lee ve ark. (28) ise derin CNN kullanılarak periapikal
radyografilerde çürük tespiti üzerine premolar ve molar dişler
üzerinde bir çalışma yapmışlar ve en yüksek başarıyı %89 ile
premolar dişlerde elde etmişlerdir. Araştırmacılar, DL destekli YZ
modellerinin önümüzdeki yıllarda etkili bir çürük teşhis yöntemi
olacağını belirtmişlerdir (28).
Ortodontide Yapay Zeka Uygulamaları
YZ, ortodontide tanısal tedavi analizi, anatomik nokta tespiti,
çekimli-çekimsiz ortodontik tedavi, iskeletsel sınıflandırma,
büyüme ve gelişme döneminin belirlenmesi ve ortognatik
cerrahi gibi birçok analiz için kullanılabilir. Xie ve ark. (29) YZ
algoritmaları ile lateral sefalometrik radyografilerde ortodontik
tedavi öncesi diş çekimi ihtiyacını değerlendirmiş ve ANN %80
doğrulukla başarılı olmuştur. Kunz ve ark. (30) YZ modeli ile diş
hekimi arasında yer işareti tespitinde elde edilen sonuçlarda
anlamlı bir fark olmadığını bildirmiştir. Öte yandan, Yu ve ark. (31)
otomatik iskeletsel sınıflandırma için bir YZ modeli geliştirmiş ve
%90 duyarlılık, doğruluk ve özgüllük değerleri elde etmiştir. YZ
ile ortognatik cerrahi planlamasında da başarılı sonuçlar elde
edilmiştir. Choi ve ark. (32) hem ameliyat gerektiren hem de
gerektirmeyen ortodontik tedavi görecek hastaların teşhisi için
bir YZ modeli geliştirmiş, model %96 gibi yüksek bir performans
göstermiştir.
Sonuç
YZ, diş hekimliğinde geniş kapsamlı kolaylıklar sağlayacak bir
gelecek inşa etmektedir. Yukarıda bahsedilen tüm faydalarına
rağmen, YZ ile ilgili hatalardan kimin sorumlu tutulacağı veya
teşhisleri kimin kontrol edeceği gibi yasal konularda kapsamlı
çalışmaların olmaması, YZ algoritmalarının klinisyenlerin yerine
hareket etmekten ziyade klinisyenlere yardımcı olacak bir araç
olarak kalacağını göstermektedir.
YZ çalışmaları şimdiden literatürde geniş bir yer tutmaktadır.
Bu algoritmalarla ağır yükü altında olan klinisyenlerin tanı
ve tedavi planlamalarında hataların en aza indirilmesi ve
insan kaynaklı hataların minimize edilmesi hedeflenmektedir.
Bu sistemlerin, özellikle klinisyen açığının olduğu sağlık
merkezlerinde, hasta sağlığı, maliyet ve zaman açısından önemli
faydalar sağlaması beklenmektedir.
Kaynaklar
1. Allen B Jr, Seltzer SE, Langlotz CP, et al. A Road Map for Translational
Research on Artificial Intelligence in Medical Imaging: From the 2018
National Institutes of Health/RSNA/ACR/The Academy Workshop. J Am Coll
Radiol. 2019;16:1179-1189.
2. Lee JG, Jun S, Cho YW, et al. Deep Learning in Medical Imaging: General
Overview. Korean J Radiol. 2017;18:570-584.
3. Nichols JA, Herbert Chan HW, Baker MAB. Machine learning: applications of
artificial intelligence to imaging and diagnosis. Biophys Rev. 2019;11:111-
118.
4. Khanagar SB, Al-Ehaideb A, Maganur PC, et al. Developments, application,
and performance of artificial intelligence in dentistry - A systematic review.
J Dent Sci. 2021;16:508-522.
5. Widmann G. Image-guided surgery and medical robotics in the cranial area.
Biomed Imaging Interv J. 2007;3:e11.
6. Zhang W, Li J, Li ZB, Li Z. Predicting postoperative facial swelling following
impacted mandibular third molars extraction by using artificial neural
networks evaluation. Sci Rep. 2018;8:12281.
Koca Ünsal ve Orhan. Diş Hekimliğinde Yapay Zeka Uygulamaları
Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi Mecmuası 2022;75(Suppl 1):46-49
49
7. Orhan K, Bilgir E, Bayrakdar IS, Ezhov M, Gusarev M, Shumilov E. Evaluation
of artificial intelligence for detecting impacted third molars on cone-
beam computed tomography scans. J Stomatol Oral Maxillofac Surg.
2021;122:333-337.
8. Yoo JH, Yeom HG, Shin W, et al. Deep learning based prediction of extraction
difficulty for mandibular third molars. Sci Rep. 2021;11:1954.
9. Lim K, Moles DR, Downer MC, Speight PM. Opportunistic screening for oral
cancer and precancer in general dental practice: results of a demonstration
study. Br Dent J. 2003;194:497-502; discussion 493.
10. Rosma MD, Sameem AK, Basir A, Mazlipahiv IS, Norzaidi MD. The use of
artificial intelligence to identify people at risk of oral cancer: empirical
evidence in Malaysian university. International Journal of Scientific
Research in Education. 2010;3:10-20.
11. Ilhan B, Lin K, Guneri P, Wilder-Smith P. Improving Oral Cancer Outcomes
with Imaging and Artificial Intelligence. J Dent Res. 2020;99:241-248.
12. Lee JH, Kim DH, Jeong SN, Choi SH. Diagnosis and prediction of periodontally
compromised teeth using a deep learning-based convolutional neural
network algorithm. J Periodontal Implant Sci. 2018;48:114-123.
13. Alalharith DM, Alharthi HM, Alghamdi WM, et al. A Deep Learning-Based
Approach for the Detection of Early Signs of Gingivitis in Orthodontic
Patients Using Faster Region-Based Convolutional Neural Networks. Int J
Environ Res Public Health. 2020;17:8447.
14. Cha JY, Yoon HI, Yeo IS, Huh KH, Han JS. Peri-Implant Bone Loss Measurement
Using a Region-Based Convolutional Neural Network on Dental Periapical
Radiographs. J Clin Med. 2021;10:1009.
15. Kurt Bayrakdar S, Orhan K, Bayrakdar IS, et al. A deep learning approach for
dental implant planning in cone-beam computed tomography images. BMC
Med Imaging. 2021;21:86.
16. Ekert T, Krois J, Meinhold L, et al. Deep Learning for the Radiographic
Detection of Apical Lesions. J Endod. 2019;45:917-922.e5.
17. Pauwels R, Brasil DM, Yamasaki MC, et al. Artificial intelligence for detection
of periapicael lesions on intraoral radiographs: Comparison between
convolutional neural networks and human observers. Oral Surg Oral Med
Oral Pathol Oral Radiol. 2021;131:610-616.
18. Orhan K, Bayrakdar IS, Ezhov M, Kravtsov A, Özyürek T. Evaluation of
artificial intelligence for detecting periapical pathosis on cone-beam
computed tomography scans. Int Endod J. 2020;53:680-689.
19. Hiraiwa T, Ariji Y, Fukuda M, et al. A deep-learning artificial intelligence
system for assessment of root morphology of the mandibular first molar on
panoramic radiography. Dentomaxillofac Radiol. 2019;48:20180218.
20. Lee JS, Adhikari S, Liu L, Jeong HG, Kim H, Yoon SJ. Osteoporosis detection
in panoramic radiographs using a deep convolutional neural network-based
computer-assisted diagnosis system: a preliminary study. Dentomaxillofac
Radiol. 2019;48:20170344.
21. Orhan K, Yazıcı G, Kolsuz ME, Kafa N, Bayrakdar IS, Çelik Ö. An Artificial
Intelligence Hypothetical Approach for Masseter Muscle Segmentation
on Ultrasonography in Patients with Bruxism. Journal of Advanced Oral
Research. 2021;12:206-213.
22. Johari M, Esmaeili F, Andalib A, Garjani S, Saberkari H. A Novel
Thresholding Based Algorithm for Detection of Vertical Root Fracture in
Nonendodontically Treated Premolar Teeth. J Med Signals Sens. 2016;6:81-
90.
23. Heaven TJ, Weems RA, Firestone AR. The use of a computer-based image
analysis program for the diagnosis of approximal caries from bitewing
radiographs. Caries Res. 1994;28:55-58.
24. Wenzel A. Computer-automated caries detection in digital bitewings:
consistency of a program and its influence on observer agreement. Caries
Res. 2001;35:12-20.
25. Cantu AG, Gehrung S, Krois J, et al. Detecting caries lesions of different
radiographic extension on bitewings using deep learning. J Dent.
2020;100:103425.
26. Askar H, Krois J, Rohrer C, et al. Detecting white spot lesions on dental
photography using deep learning: A pilot study. J Dent. 2021;107:103615.
27. Casalegno F, Newton T, Daher R, et al. Caries Detection with Near-Infrared
Transillumination Using Deep Learning. J Dent Res. 2019;98:1227-1233.
28. Lee JH, Kim DH, Jeong SN, Choi SH. Detection and diagnosis of dental caries
using a deep learning-based convolutional neural network algorithm. J
Dent. 2018;77:106-111.
29. Xie X, Wang L, Wang A. Artificial neural network modeling for deciding
if extractions are necessary prior to orthodontic treatment. Angle Orthod.
2010;80:262-266.
30. Kunz F, Stellzig-Eisenhauer A, Zeman F, Boldt J. Artificial intelligence in
orthodontics : Evaluation of a fully automated cephalometric analysis using
a customized convolutional neural network. J Orofac Orthop. 2020;81:52-
68.
31. Yu HJ, Cho SR, Kim MJ, et al. Automated Skeletal Classification with Lateral
Cephalometry Based on Artificial Intelligence. J Dent Res 2020; 99: 249-
256. 20200124. DOI: 10.1177/0022034520901715.
32. Choi HI, Jung SK, Baek SH, et al. Artificial Intelligent Model With Neural
Network Machine Learning for the Diagnosis of Orthognathic Surgery. J
Craniofac Surg. 2019;30:1986-1989.
Article
Amaç: Günümüzde yapay zeka (AI) diş hekimliği dahil tüm sağlık hizmetlerine hızla entegre olmaktadır. Bu nedenle diş hekimlerinin yapay zeka kullanımına ilişkin anlayış ve farkındalıkları bu konunun benimsenmesinde önemlidir. Bu çalışma, diş hekimliği öğrencilerinin diş hekimliğindeki yapay zeka uygulamalarına ilişkin hazır bulunuşluğunu (farkındalık ve anlayışlarını) değerlendirmeyi amaçladı. Gereç ve Yöntem: Çalışma, yaşları 18 ile 30 yaş arasında değişen 259 diş hekimliği öğrencisi üzerinde Google anket kullanılarak gerçekleştirildi. Katılımcıların hazır bulunuşluğunu değerlendirmek amacıyla Karaca vd.1 tarafından geliştirilen “Tıbbi Yapay Zekâ Hazır Bulunuşluk Ölçeği” kullanılmıştır. Ölçeğe yönelik yapılan açımlayıcı faktör analizi Kaiser-Meyer-Olkin (KMO) değeri 0.926 (>0.70) ve Barlett testi sonucu da p
Article
Full-text available
Background The aim of this study was to evaluate the success of the artificial intelligence (AI) system in implant planning using three-dimensional cone-beam computed tomography (CBCT) images. Methods Seventy-five CBCT images were included in this study. In these images, bone height and thickness in 508 regions where implants were required were measured by a human observer with manual assessment method using InvivoDental 6.0 (Anatomage Inc. San Jose, CA, USA). Also, canals/sinuses/fossae associated with alveolar bones and missing tooth regions were detected. Following, all evaluations were repeated using the deep convolutional neural network (Diagnocat, Inc., San Francisco, USA) The jaws were separated as mandible/maxilla and each jaw was grouped as anterior/premolar/molar teeth region. The data obtained from manual assessment and AI methods were compared using Bland–Altman analysis and Wilcoxon signed rank test. Results In the bone height measurements, there were no statistically significant differences between AI and manual measurements in the premolar region of mandible and the premolar and molar regions of the maxilla ( p > 0.05). In the bone thickness measurements, there were statistically significant differences between AI and manual measurements in all regions of maxilla and mandible ( p < 0.001). Also, the percentage of right detection was 72.2% for canals, 66.4% for sinuses/fossae and 95.3% for missing tooth regions. Conclusions Development of AI systems and their using in future for implant planning will both facilitate the work of physicians and will be a support mechanism in implantology practice to physicians.
Article
Full-text available
Aim The present study is aimed to assess the segmentation success of an artificial intelligence (AI) system based on the deep convolutional neural network (D-CNN) method for the segmentation of masseter muscles on ultrasonography (USG) images. Materials and Methods This retrospective study was carried out by using the radiology archive of the Department of Oral and Maxillofacial Radiology of the Faculty of Dentistry in Ankara University. A total of 195 anonymized USG images were used in this retrospective study. The deep learning process was performed using U-net, Pyramid Scene Parsing Network (PSPNet), and Fuzzy Petri Net (FPN) architectures. Muscle thickness was assessed using USG by manual segmentation and measurements using USG’s software. The neural network model (CranioCatch, Eskisehir-Turkey) was then used to determine the muscles, following automatic measurements of the muscles. Accuracy, ROC area under the curve (AUC), and Precision-Recall Curves (PRC) AUC were calculated in the test dataset and compare a human observer and the AI model. Manual segmentation and measurements were compared statistically with AI ( P < .05). The Mann–Whitney U test was used to analyze whether there is a statistically significant difference between the predicted values and the actual values. Results The AI models detected and segmented all test muscle data for FPN and U-net, while only two cases of muscles were not detected by PSPNet (false negatives). Accuracies of FPN, PSPNet, and U-net were estimated as 0.985, 0.947, and 0.969, respectively. Receiver operating characteristic scores of FPN, PSPNet, and U-net were estimated as 0.977, 0.934, and 0.969, respectively. The D-CNN measurements of the muscles were similar to manual measurements. There was no significant difference between the two measurement methods in three groups ( P > .05). Conclusion The proposed AI system approach for the analysis of USG images seems to be promising for automatic masseter muscle segmentation and measurement of thickness. This method can help surgeons, radiologists, and other professionals such as physical therapists in evaluating the time correctly and saving time for diagnosis.
Article
Full-text available
Determining the peri-implant marginal bone level on radiographs is challenging because the boundaries of the bones around implants are often unclear or the heights of the buccal and lingual bone levels are different. Therefore, a deep convolutional neural network (CNN) was evaluated for detecting the marginal bone level, top, and apex of implants on dental periapical radiographs. An automated assistant system was proposed for calculating the bone loss percentage and classifying the bone resorption severity. A modified region-based CNN (R-CNN) was trained using transfer learning based on Microsoft Common Objects in Context dataset. Overall, 708 periapical radiographic images were divided into training (n = 508), validation (n = 100), and test (n = 100) datasets. The training dataset was randomly enriched by data augmentation. For evaluation, average precision, average recall, and mean object keypoint similarity (OKS) were calculated, and the mean OKS values of the model and a dental clinician were compared. Using detected keypoints, radiographic bone loss was measured and classified. No statistically significant difference was found between the modified R-CNN model and dental clinician for detecting landmarks around dental implants. The modified R-CNN model can be utilized to measure the radiographic peri-implant bone loss ratio to assess the severity of peri-implantitis.
Article
Full-text available
Objectives We aimed to apply deep learning to detect white spot lesions in dental photographs. Methods Using 434 photographic images of 51 patients, a dataset of 2781 cropped tooth segments was generated. Pixelwise annotations of sound enamel as well as fluorotic, carious or other types of hypomineralized lesions were generated by experts and assessed by an independent second reviewer. The union of the reviewed annotations were used to segment the hard tissues (region-of-interest, ROI) of each image. SqueezeNet was employed for modelling. We trained models to detect (1) any white spot lesions, (2) fluorotic lesions and (3) other-than-fluorotic lesions. Modeling was performed on both the cropped and the ROI images and using ten-times repeated five-fold cross-validation. Feature visualization was applied to visualize salient areas. Results Lesion prevalence was 37%; the majority of lesions (24%) were fluorotic. None of the metrics differed significantly between the models trained on cropped and ROI imagery (p > 0.05/t-test). Mean accuracies ranged between 0.81-0.84, without significant differences between models trained to detect any, fluorotic or other-than-fluorotic lesions (p > 0.05). Specificities were 0.85-0.86; sensitivities were lower (0.58-0.66). Models to detect any lesions showed positive/negative predictive values (PPV/NPV) between 0.77-0.80, those to detect fluorotic lesions 0.67 (PPV) to 0.86 (NPV), and those to detect other-than-fluorotic lesions 0.46 (PPV) to 0.93 (NPV). Light reflections were the main reason for false positive detections. Conclusions Deep learning showed satisfying accuracy to detect white spot lesions, particularly fluorosis. Some models showed limited stability given the small sample available. Clinical significance Deep learning is suitable for automated classification of retro- or prospectively collected imagery and may assist practitioners in discriminating white spot lesions. Future studies should expand the scope into more granular multi-class detections on a larger and more generalizable dataset.
Article
Full-text available
This paper proposes a convolutional neural network (CNN)-based deep learning model for predicting the difficulty of extracting a mandibular third molar using a panoramic radiographic image. The applied dataset includes a total of 1053 mandibular third molars from 600 preoperative panoramic radiographic images. The extraction difficulty was evaluated based on the consensus of three human observers using the Pederson difficulty score (PDS). The classification model used a ResNet-34 pretrained on the ImageNet dataset. The correlation between the PDS values determined by the proposed model and those measured by the experts was calculated. The prediction accuracies for C1 (depth), C2 (ramal relationship), and C3 (angulation) were 78.91%, 82.03%, and 90.23%, respectively. The results confirm that the proposed CNN-based deep learning model could be used to predict the difficulty of extracting a mandibular third molar using a panoramic radiographic image.
Article
Full-text available
Computer-based technologies play a central role in the dentistry field, as they present many methods for diagnosing and detecting various diseases, such as periodontitis. The current study aimed to develop and evaluate the state-of-the-art object detection and recognition techniques and deep learning algorithms for the automatic detection of periodontal disease in orthodontic patients using intraoral images. In this study, a total of 134 intraoral images were divided into a training dataset (n = 107 [80%]) and a test dataset (n = 27 [20%]). Two Faster Region-based Convolutional Neural Network (R-CNN) models using ResNet-50 Convolutional Neural Network (CNN) were developed. The first model detects the teeth to locate the region of interest (ROI), while the second model detects gingival inflammation. The detection accuracy, precision, recall, and mean average precision (mAP) were calculated to verify the significance of the proposed model. The teeth detection model achieved an accuracy, precision, recall, and mAP of 100 %, 100%, 51.85%, and 100%, respectively. The inflammation detection model achieved an accuracy, precision, recall, and mAP of 77.12%, 88.02%, 41.75%, and 68.19%, respectively. This study proved the viability of deep learning models for the detection and diagnosis of gingivitis in intraoral images. Hence, this highlights its potential usability in the field of dentistry and aiding in reducing the severity of periodontal disease globally through preemptive non-invasive diagnosis.
Article
Full-text available
Background/purpose: Artificial intelligence (AI) has made deep inroads into dentistry in the last few years. The aim of this systematic review was to identify the development of AI applications that are widely employed in dentistry and evaluate their performance in terms of diagnosis, clinical decision-making, and predicting the prognosis of the treatment.Materials and methods: The literature for this paper was identified and selected by performing a thorough search in the electronic data bases like PubMed, Medline, Embase, Cochrane, Google scholar, Scopus, Web of science, and Saudi digital library published over the past two decades (January 2000eMarch 15, 2020).After applying inclusion and exclusion criteria, 43 articles were read in full and critically analyzed. Quality analysis was performed using QUADAS- 2. Results: AI technologies are widely implemented in a wide range of dentistry specialties. Most of the documented work is focused on AI models that rely on convolutional neural networks (CNNs) and artificial neural networks (ANNs). These AI models have been used in detection and diagnosis of dental caries, vertical root fractures, apical lesions, salivary gland diseases, maxillary sinusitis, maxillofacial cysts, cervical lymph nodes metastasis, osteoporosis, cancerous lesions, alveolar bone loss, predicting orthodontic extractions, need for orthodontic treatments, cephalometric analysis, age and gender determination. Conclusion: These studies indicate that the performance of an AI based automated system is excellent. They mimic the precision and accuracy of trained specialists, in some studies it was found that these systems were even able to outmatch dental specialists in terms of performance and accuracy.
Article
Objective The aim of this study was to compare the diagnostic performance of convolutional neural networks (CNNs) with the performance of human observers for the detection of simulated periapical lesions on periapical radiographs. Study Design Ten sockets were prepared in bovine ribs. Periapical defects of 3 sizes were sequentially created. Periapical radiographs were acquired of each socket with no lesion and with each lesion size with a photostimulable storage phosphor system. Radiographs were evaluated with no filter and with 6 image filter settings. A CNN architecture was set up using Keras-TensorFlow. Separate CNNs were evaluated for randomly sampled training/validation data and for data split-up by socket (5-fold cross-validation) and filter (7-fold cross-validation). CNN performance on validation data was compared with that of 3 oral radiologists for sensitivity, specificity, and area under the receiver operating characteristic curve (ROC-AUC). Results Using random sampling, the CNN showed perfect accuracy for the validation data. When data was split-up by socket, mean sensitivity/specificity/ROC-AUC values were 0.79/0.88/0.86; when split-up by filter, 0.87/0.98/0.93. For radiologists, the values were 0.58/0.83/0.75. Conclusions CNNs show promise in periapical lesion detection. The pre-trained CNN model yielded in this study can be used for further training on larger samples and/or clinical radiographs.
Article
Purpose: The aim of this study was to evaluate the diagnostic performance of artificial intelligence (AI) application evaluating of the impacted third molar teeth in Cone-beam Computed Tomography (CBCT) images. Material and methods: In total, 130 third molar teeth (65 patients) were included in this retrospective study. Impaction detection, Impacted tooth numbers, root/canal numbers of teeth, relationship with adjacent anatomical structures (inferior alveolar canal and maxillary sinus) were compared between the human observer and AI application. Recorded parameters agreement between the human observer and AI application based on the deep-CNN system was evaluated using the Kappa analysis. Results: In total, 112 teeth (86.2%) were detected as impacted by AI. The number of roots was correctly determined in 99 teeth (78.6%) and the number of canals in 82 teeth (68.1%). There was a good agreement in the determination of the inferior alveolar canal in relation to the mandibular impacted third molars (kappa: 0.762) as well as the number of roots detection (kappa: 0.620). Similarly, there was an excellent agreement in relation to maxillary impacted third molar and the maxillary sinus (kappa: 0.860). For the maxillary molar canal number detection, a moderate agreement was found between the human observer and AI examinations (kappa: 0.424). Conclusions: Artificial Intelligence (AI) application showed high accuracy values in the detection of impacted third molar teeth and their relationship to anatomical structures.
Article
Objectives We aimed to apply deep learning to detect caries lesions of different radiographic extension on bitewings, hypothesizing it to be significantly more accurate than individual dentists. Methods 3,686 bitewing radiographs were assessed by four experienced dentists. Caries lesions were marked in a pixelwise fashion. The union of all pixels was defined as reference test. The data was divided into a training (3,293), validation (252) and test dataset (141). We applied a convolutional neural network (U-Net) and used the Intersection-over-Union as validation metric. The performance of the trained neural network on the test dataset was compared against that of seven independent using tooth-level accuracy metrics. Stratification according to lesion depth (enamel lesions E1/2, dentin lesions into middle or inner third D2/3) was applied. Results The neural network showed an accuracy of 0.80; dentists’ mean accuracy was significantly lower at 0.71 (min-max: 0.61-0.78, p < 0.05). The neural network was significantly more sensitive than dentists (0.75 versus 0.36 (0.19-0.65; p = 0.006), while its specificity was not significantly lower (0.83) than those of the dentists (0.91 (0.69-0.98; p > 0.05); p > 0.05). The neural network showed robust sensitivities at or above 0.70 for both initial and advanced lesions. Dentists largely showed low sensitivities for initial lesions (all except one dentist showed sensitivities below 0.25), while those for advanced ones were between 0.40 and 0.75. Conclusions To detect caries lesions on bitewing radiographs, a deep neural network was significantly more accurate than dentists. Clinical significance: Deep learning may assist dentists to detect especially initial caries lesions on bitewings. The impact of using such models on decision-making should be explored.