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面向异质化三维口扫大数据的临床可适用语义分割算法研究

批准号:
62106222
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘佐珠
依托单位:
学科分类:
交叉学科驱动的人工智能
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘佐珠

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
本项目聚焦基于深度学习的智能化口腔诊断技术,针对现有三维口内扫描(Intro-oral Scan, IOS)数据语义分割方法错误率高、效率低及临床评估缺乏带来的适用难题,拟突破三维IOS数据语义分割的算法设计和临床评估关键技术挑战,提出临床可适用的语义分割方法。本申请结合深度学习和口腔医学,拟研究:①异质化、高分辨率、大规模三维IOS数据关键特征提取:构建大规模三维IOS数据库,揭示病例数据统计规律,建立关键特征提取方法;②高精度、细粒度、高效率三维IOS数据语义分割算法设计:结合口腔医学知识,建立无监督表征学习模型,构建三维IOS数据语义分割深度神经网络架构和学习范式;③临床可适用三维IOS数据语义分割性能评估机制构建:为提供可信赖的性能分析,构建完备的临床检测评估机制,通过临床测试验证所提算法可适用性。本申请研究成果将为深度学习在智能化口腔诊断系统的交叉应用提供理论和关键技术支撑。
英文摘要
This project focuses on deep learning-enabled intelligent oral diagnosis techniques, paying special attention on the applicability issues caused by the low accuracy, low efficiency and lack of clinical evaluation of the existing semantic segmentation methods for heterogeneous three-dimensional (3D) intra-oral scan (IOS) data. This project aims to solve the main challenges in algorithm design and clinical evaluation of 3D IOS semantic segmentation techniques, and propose the clinically applicable semantic segmentation method. Integrating deep learning techniques with stomatology domain knowledge, this project will: (1) Propose feature extraction methods for heterogeneous, high-resolution and large-scale 3D IOS data. A large-scale public 3D IOS dataset will be built. Based on the statistics of the cases, novel feature extraction methods for 3D IOS data will be proposed. (2) Design algorithms for accurate, fine-grained, and efficient semantic segmentation on 3D IOS data. By combining stomatology domain knowledge, establishing self-supervised representation learning models, and proposing novel neural network architectures and learning paradigms, a novel semantic segmentation framework for 3D IOS data will be established. (3) Develop performance evaluation mechanisms for clinically applicable 3D IOS data semantic segmentation. A comprehensive evaluation mechanism will be developed to provide reliable performance analysis. In order to evaluate and validate the performance gain of the proposed theoretical methods and key techniques, a large-scale clinical test will be carried out. The expected research outcomes of this project will lay the theoretical and technical foundations for the interdisciplinary research and application between deep learning and intelligent oral diagnosis systems.
错颌畸形是世界卫生组织公布的口腔三大疾病之一,在我国儿童/青少年中患病率高达67.82%,其表现出的牙齿、颌骨、颅面的畸形,不仅影响咀嚼、吞咽、语言及颞下颌关节等口颌系统功能和牙颌面发育,还因其不良颜面形象影响患者的性格成长和心理健康。本项目聚焦智能化口腔诊断技术,针对现有三维口内扫描(Intro-oral Scan, IOS)数据语义分割方法错误率高、效率低及临床评估缺乏带来的适用难题,突破三维IOS数据语义分割的算法设计和临床评估关键技术挑战,助力实现精准、可信、普惠的口腔疾病智能诊断。本项目结合深度学习和口腔医学,重点研究:1)异质化、高分辨率、大规模三维IOS数据库构建和特征提取方法;2)融合深度学习和医学知识的三维IOS数据语义分割技术;3)临床可适用语义分割性能评估机制与技术验证。本项目取得的主要研究成果包括:1)构建了包含16000例IOS的大规模、高质量IOS分割数据库,开发了基于图神经网络的IOS分割框架;2)开发了面向大规模无标注三维IOS数据的自监督学习框架,实现超越同期有监督算法的性能;3)开发基于Transformer和先验知识约束的三维IOS语义分割框架,实现当前最优的IOS分割性能(mIoU 94.34%),并开展了临床可适用性测试,基本摆脱对耗时后处理算法的依赖;4)开发面向多中心场景和数据隐私保护需求的三维IOS语义分割框架,实现跨中心、无源数据自适应的IOS语义分割,满足现实多中心场景需求;5)基于项目研究成果,进一步开展三维IOS与CBCT的多模态融合和口腔牙冠-牙根-颌骨三维重建工作,探索数据隐私和长尾分布下的联邦长尾学习等理论框架。项目执行期间与国内口腔正畸领域行业龙头企业合作,共建浙江大学-时代天使智慧医疗联合研发中心并开展诊疗服务示范研究。项目研究成果充分阐明了异质化三维IOS数据的临床表征规律和表征学习机理的关键科学问题,实现了高精度、细粒度、高效率的三维IOS语义分割,姜维智能口腔疾病诊疗和下一代智能正畸医疗器械研发提供关键的数据和技术支撑。
基于多模态口腔CBCT与口扫大数据的临床可适用冠根骨三维融合及重构算法研究
  • 批准号:
    LZ23F020008
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    刘佐珠
  • 依托单位:
国内基金
海外基金