Please use this identifier to cite or link to this item: http://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/77948
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorSakarat Nalampang-
dc.contributor.authorJorma Järnstedten_US
dc.date.accessioned2023-05-26T09:33:38Z-
dc.date.available2023-05-26T09:33:38Z-
dc.date.issued2023-05-18-
dc.identifier.urihttp://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/77948-
dc.description.abstractAI has been proposed as a promising solution to improve diagnosis and reporting of findings in radiology. The first step in artificial intelligence (AI) deep learning (DL) network-based development is retrospective technical validation, which requires the evaluation of four crucial properties: accuracy, robustness, generalisability and reproducibility. Our research group introduced the first DL-based AI solution, the Deep Learning System (DLS 2020), for mandibular canal segmentation in 2020. DLS 2020 demonstrated good accuracy and robustness. To our knowledge, there have been no previous studies on the reproducibility and generalisability of automated AI/DL mandibular canal segmentation. There are 2 main objectives of this study. The focus of Objective 1 was to develop the DLS 2020 into the DLS 2022 and to evaluate the generalisability of the DLS 2020 and the accuracy and robustness of the DLS 2022. The results were analysed qualitatively and quantitatively. The dataset consisted of 982 CBCT scans as a development set and 150 scans for a test set. Three CBCT scanners were used in Finland and two in Thailand. Mandibular canal annotations in the test set were performed by four radiologists and compared with DLS prediction. The main results were reported in terms of a median of the symmetric mean curve distance (SMCD), which is the difference in distance between the radiologist’s annotation and the DLS prediction in 3D space calculated in millimetres at each voxel, with 0 mm representing perfect agreement. Quantitative analysis showed that the DLS 2022 had significantly lower variability than radiologists (0.74 vs 0.77 mm, p<0.001). The DLS 2022 also had a significantly lower variability than the DLS 2020 (0.74 vs. 0.78 mm, p<0.001). The DLS 2020 had a significant generalisability compared to the three new devices with 0.63 mm, 0.67 mm and 0.87 mm respectively (p < 0.001). Using radiologist consensus segmentation as the gold standard, the DLS 2022 showed a median SMCD of 0.39 mm, which was statistically significantly different (p<0.001) compared to individual radiologists with values of 0.62 mm, 0.55 mm, 0.47 mm and 0.42 mm. In the qualitative analysis, the estimated error rate for the DLS 2022 was 1% while the radiologist error rate was 2.4%. The focus of Objective 2 was to evaluate the reproducibility and generalisability of the DLS 2022 and to re-assess for the accuracy and robustness of the DLS 2022. Heterogeneous165 clinically repeated scans from 72 patients divided into four subgroups: Normal, Prosthetic TMJ, Orthognathic Surgery and Pathological groups were included in this study. Overall, the DLS 2022 had a median SMCD of 0.643 mm. The reproducibility of the DLS 2022 was assessed as a within-subject repeatability coefficient (RC). The RC was 0.329 mm, 0.574 mm, 1.707 mm, and 0.648 mm for normal, TMJ prosthetic, orthognathic, and pathological heterogeneities. In the qualitative analysis, three other radiologists rated the performance of the radiologist and the DLS 2022 twice for diagnostic validity using a Likert scale from 0: not usable for diagnostics to 4: fully diagnostically usable. The mean (standard deviation) Likert scores for Normal, TMJ Prosthetic, Orthognathic and Pathological heterogeneities were 3.97 (0.19), 3.88 (0.42), 3.97 (0.22), 3.94 (0.23) for the radiologist and 3.86 (0.62), 3.92 (0.38), 3.71 (0.90), 3.90 (0.39) for the DLS 2022. For Objective 2, the error rate for mandibular canal segmentation was 0.6% for the radiologist and 4.1% for the DLS 2022, showing better human performance compared to the DLS 2022. However, the DLS 2022 errors caused by outliers did not affect the clinical significance. In conclusion, the DLS 2022, developed from the DLS 2020, had improved performance in mandibular canal segmentation. All the crucial properties, including accuracy, robustness, generalisability, and reproducibility, were completely evaluated and showed efficient results. In the clinical evaluation, the efficiency of the DLS 2022 was comparable to that of radiologists. Therefore, the technical validation is complete and provides insight into the potential value of using the DLS 2022 in a realistic clinical setting.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherChiang Mai : Graduate School, Chiang Mai Universityen_US
dc.subjectDeep learningen_US
dc.subjectConvolutional neural networken_US
dc.subjectCone beam computed tomographyen_US
dc.subjectAutomated mandibular canal segmentationen_US
dc.subjectTechnical validationen_US
dc.titleValidation of Deep Learning Based AI Algorithm in Pattern Recognition of the Bilateral Mandibular Canals Using Cone Beam Computed Tomographyen_US
dc.title.alternativeการตรวจสอบความถูกต้องของการเรียนรู้เชิงลึกโดยขั้นตอนวิธีปัญญาประดิษฐ์ในการรู้จำแบบของคลองประสาทแมนดิบูลาร์ ทั้งสองด้านโดยใช้ภาพรังสีโคนบีมคอมพิวเตดโทโมกราฟฟีen_US
dc.typeThesis-
thesis.degreedoctoralen_US
thesis.description.thaiAbstractปัญญาประดิษฐ์เป็นวิธีการหนึ่งที่ช่วยปรับปรุงการวินิฉัจและการรายงานผลการตรวจทางรังสีวิทยาขั้นตอนแรกของการพัฒนานาปัญญาประดิษฐ์แบบโครงข่ายประสาทเทียมเชิงลึก (Deep Learning Network Based) คือการตรวจสอบความถูกต้องทางเทคนิคแบบยอนหลัง (retrospective technical validation) ซึ่งต้องการการการประเมินคุณสมบติสำคัญสี่ประการได้แก่ความแม่นยำ (accuracy) สภาพทนทาน (robustness) ความสามารถในการแปลผลสู่ประชากรเป้าหมาย (generalisability) และ ความแม่นยำ ในการทำซ้ำ (reproducibility) ในปี 2020 คณะผู้วิจัยได้นำเสนอปัญญาประดิษฐ์แบบโครงข่ายประสาทเทียมเชิงลึกเพื่อการแยกส่วนคลองประสาทแมนดิบูลาร์ (mandibular canal segmentation) ขึ้นเป็นครั้งแรก โดยเรียกวิธีการเรียนรู้เชิงลึกนี้ว่า ดีแอลเอส 2020 (DLS 2020) โดยพบว่า ความแม่นยำ และสภาพทนทานของดีแอลเอส 2020 อยู่ในเกณฑ์ที่ดี จากการสืบคนพบว่ายังไม่มีการศึกษาใดที่แสดงถึงการตรวจสอบคุณสมบติด้านความแม่นยำในการทำซ้ำ และความสามารถในการแปลผลสู่ประชากรเป้าหมายของปัญญาประดิษฐ์แบบโครงข่ายประสาทเทียม เชิงลึกในการแยกส่วนคลองประสาทแมนดิบูลาร์แบบอัตโนมัติมาก่อน วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้มี 2 ประการ ไดแก่ วัตถุประสงค์แรกมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาดีแอลเอส 2020 ไปเป็นดีแอลเอส 2022 และ วัดความสามารถในการแปลผลสู่ประชากรเป้าหมายของดีแอลเอส 2020 นอกจากนี้ยังทำการวัดความ แม่นยำ การวัดความแม่นยำ และสภาพทนทานของดีแอลเอส 2022 ด้วย โดยผลการศึกษาถูกวิเคราะห์ทั้งเชิงคุณภาพและ เชิงปริมาณ โดยชุดข้อมูลจะถูกแบ่งเป็นชุดข้อมูลฝึกสอน (development set) ชุดข้อมูลตรวจสอบ (validate set) และชุดข้อมูลทดสอบ (test set) ทั้งชุดข้อมูลฝึกสอนและชุดข้อมูลตรวจสอบประกอบไป ด้วยภาพสแกนโคนบีมคอมพิวเตดโทโมกราฟฟี จำนวน 982 ชุด และ ชุดข้อมูลทดสอบประกอบไปด้วยภาพสแกนโคนบีมคอมพิวเตดโทโมกราฟฟี จำนวน 150 ชุด ซึ่งถูกถ่ายจากเครื่องถ่ายภาพรังสีโคน บีมซีที 3 ชนิด จากประเทศฟินแลนด์ จำนวน 1 เครื่อง และจากประเทศไทย จำนวน 2 เครื่อง ประเมินตำแหน่งของคลองประสาทแมนดิบูลาร์ในชุดข้อมูลทดสอบโดยรังสีทันตตแพทย์ จำนวน 4 คน และ เปรียบเทียบผลกับการทำนายของการเรียนรู้เชิงลึก ผลการศึกษารายงานในรูปแบบของค่ามัฐยฐาน ของระยะเส้นโคงเฉลี่ยสมมาตร symmetric mean curve distance (SMCD) ซี่งเป็นผลต่างของระยะระหว่างคลองประสาทแมนดิบูลาร์ที่อ่านโดยรังสีทันตแพทย์และผลการทำนายตำแหน่งคลองประสาทแมนดิบูลาร์จากการเรียนรู้เชิงลึก ระยะห่างแสดงเป็นมิลลิเมตรของทุกวอกเซล (voxel) ใน 3 มิติ หากระยะเส้นโค้งเฉลี่ยสมมาตรเท่ากับ 0 มิลลิเมตรแสดงว่าผลการวิจัยมีความถูกต้องที่สมบูรณ์แบบ (perfect agreement) จากการวิเคราะห์เชิงปริมาณ พบว่า การทำงานของดีแอลเอส 2022 มีความ แปรปรวน (variability) ต่ำกว่ารังสีทันตแพทย์อย่างมีนัยสำคัญ (0.74 มิลลิเมตร และ 0.78 มิลลิเมตร, p<0.001) และดีแอลเอส 2022 มีความแปรปรวนต่ำกว่าดีแอลเอส 2020 อย่างมีนัยสำคัญ (0.74 มิลลิเมตร และ 0.78 มิลลิเมตร, p<0.001) นอกจากนั้นพบว่าดีแอลเอส 2022 มีความสามารถในการแปลผลสู่ประชากรเป้าหมายกบขอมูลภาพรังสีจากเครื่องถ่ายภาพสแกนโคนบีมคอมพิวเตดโทโมกราฟฟี ทั้งสามชนิดอย่างนัยสำคัญ โดยมีค่าเท่ากับ 0.63 มิลลิเมตร 0.67 มิลลิเมตรและ 0.87 มิลลิเมตร ตามลำดับ เมื่อใช้ความเห็นส่วนใหญ่ของรังสีทันตแพทย์เป็นมาตรฐานพบว่าดีแอลเอส 2022 มีค่ามัธยฐานของระยะเส้นโค้งเฉลี่ยสมมาตรเท่ากับ 0.39 มิลลิเมตร ซึ่งใกล้เคียงกับค่ามาตรฐานมากกว่า ค่าเอสเอ็มซีดีของรังสีทันตแพทย์แต่ละคนซึ่งมีค่าเท่ากับ 0.62 มิลลิเมตร 0.55 มิลลิเมตร 0.47 มิลลิเมตร และ 0.42 มิลลิเมตร (p<0.001) ตามลำดับในการวิเคราะห์เชิงคุณภาพ อัตราความผิดพลาดของดีแอลเอส 2022 อยู่ที่ร้อยละ 1 ในขณะที่อัตราความผิดพลาดของรังสีทันตแพทย์อยู่ที่ร้อยละ 2.4 วัตถุประสงค์ที่สองมุ่งเน้นไปที่การประเมินความแม่นยำ ในการทำซ้า และความสามารถในการแปลผลสู่ประชากรเป้าหมายของดีแอลเอส 2022 รวมถึงทำการประเมินซ้ำ ความแม่นยำ และสภาพทนทานของดีแอลเอส 2022 โดยใช้ภาพรังสีโคนบีมคอมพิวเตดโทโมกราฟฟี ของผู้ป่วยที่มีภาวะแตกต่างกันทางคลินิกในการถ่ายสองครั้ง จำนวน 165 ภาพ จากกลุ่มตัวอย่าง 72 คน โดยแบ่งกลุ่มตัวอย่างออกเป็น 4 กลุ่มย่อยได้แก่ กลุ่มปกติ ผู้ป่วยข้อต่อขากรรไกรเทียม ผู้ที่ได้รับการผ่าตัดกระดูกขากรรไกร และผู้ป่วยที่มีพยาธิสภาพในกระดูกขากรรไกร โดยรวมดีแอลเอส 2022 มีค่ามัธยฐาน เอสเอ็มซีดีเท่ากับ 0.643 มิลลิเมตร ความแม่นยำในการทำซ้ำของดีแอลเอส 2022 ประเมินโดยใช้ค่า สัมประสิทธ์ ความสามารถในการทำซ้ำ (repeatability coefficient หรือ RC) พบว่า ความสามารถใน การทำซ้ำ ของดีแอลเอสสำหรับกลุ่มปกติ ผู้ป่วยข้อต่อขากรรไกรเทียม ผู้ป่วยที่ได้รับการผ่าตัดขากรรไกร และผู้ป่วยที่มีพยาธิสภาพต่างๆ ในกระดูกขากรรไกร เท่ากบ 0.329 มิลลิเมตร 0.574 มิลลิเมตร 1.707 มิลลิเมตร และ 0.648 มิลลิเมตรตามลำดับ ในการวิเคราะห์เชิงคุณภาพรังสีทันตแพทย์สามคน ทำการประเมินการทำงานของรังสีทันตแพทย์ ผู้อ่านผลเปรียบเทียบกับดีแอลเอส 2022 โดยทำการประเมินสองครั้ง เพื่อยืนยันความถูกต้องของการแปลผล ใช้มาตรวัดของลิเคิร์ท (Likert scale) ตั้งแต่ 0 หมายถึง ไม่มี ประโยชน์ในการวินิจฉัยถึง 4 หมายถึง มีประโยชน์ในการวินิจฉัยได้สมบูรณ์ พบว่า ค่าเฉลี่ยมาตรฐาน (ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน) ของคะแนนลิเคิร์ท (Likert scores) สำหรับกลุ่มปกติ ผู้ที่มีข้อต่อขากรรไกรเทียม ผู้ที่ได้รับการผ่าตัดขากรรไกร และ ผู้ป่วยที่มีพยาธิสภาพในกระดูกขากรรไกรในรังสีทันตแพทย์ เท่ากับ 3.97 (0.19), 3.88 (0.42), 3.97 (0.22), 3.94 (0.23) และในดีแอลเอส 2022 เท่ากับ 3.86 (0.62), 3.92 (0.38), 3.71 (0.90), 3.90 (0.39) สำหรับวัตถุประสงค์ที่่สองพบว่าอัตราความผิดพลาดของการแยกส่วนคลองประสาทแมนดิบูลาร์ในรังสีทันตแพทย์ เท่ากับร้อยละ 0.6 และในดีแอลเอส 2022 เท่ากับร้อยละ 4.1 ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามนุษย์มีการทำงานที่ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับดีแอลเอส 2022 อย่างไรก็ตามข้อผิดพลาดในการทำงานของดีแอลเอส 2022 มาจากค่าที่ผิดปกติอย่างมากเพียงรายเดียว ซึ่งไม่ส่งผลกระทบในการใช้งานจริงทางคลินิก โดยสรุปดีแอลเอส 2022 ที่พัฒนามาจากดีแอลเอส 2020 เป็นการเรียนรู้เชิงลึกที่ได้รับ การปรับปรุงให้การทำงานในการแยกส่วนคลองประสาทแมนดิบูลาร์ดีขึ้น โดยพบว่าคุณสมบัติสำคัญ ทั้งสี่ประการอันได้แก่ ความแม่นยำ สภาพทนทาน ความสามารถในการแปลผลสู่ประชากรเป้าหมาย และความแม่นยำในการทำซ้ำ ได้รับการประเมินโดยสมบูรณ์และให้ผลลัพธ์ที่มีประสิทธิภาพ จากการประเมินทางคลินิกดีแอลเอส 2022 มีประสิทธิภาพการทำงานไม่แตกต่างจากรังสีทันตแพทย์ ดังนั้น ดีแอลเอส 2022 จะมาเติมเต็มและให้คุณค่าในการใช้งานได้อย่างแท้จริงทางคลินิกen_US
Appears in Collections:DENT: Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
620955802.pdf6.38 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy


Items in CMUIR are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.