Tato stránka byla automaticky přeložena a přesnost překladu není zaručena. Podívejte se prosím na anglická verze pro zdrojový text.

Deep Learning for Automatic Segmentation of Bone Sequestra on Orthopantomographs: A UNet-Based Approach (Deep Learning)

8. září 2026 aktualizováno: Onur ŞAHİN, Izmir Katip Celebi University
This study developed and evaluated a UNet-based deep learning model for automatic segmentation of bone sequestra on orthopantomographs (OPGs), with the goal of improving diagnostic efficiency and reducing inter-observer variability in osteomyelitis, osteoradionecrosis, and medication-related osteonecrosis of the jaw. A total of 120 anonymized OPGs with 134 annotated sequestra were used for training. Images were preprocessed with min-max normalization and augmented to enhance robustness. Manual expert annotations served as ground truth. A UNet architecture, optimized with Dice loss and the AdamW optimizer, was trained for 300 epochs. Performance was assessed using Dice coefficient, Intersection over Union (IoU), precision, recall, F1-score, and accuracy. ROC analysis and confusion matrix evaluations were performed. Agreement with clinicians was quantified using the Intraclass Correlation Coefficient (ICC). The model achieved a best-checkpoint validation Dice of 0.79 and IoU of 0.93. On the test set, performance included a Dice of 0.79, IoU of 0.74, recall of 0.81, precision of 0.81, and F1-score of 0.81. ROC analysis showed balanced discriminative performance with an AUC of 0.76. The confusion matrix indicated strong lesion/background classification, with minor under-segmentation. ICC analysis showed excellent agreement with an experienced surgeon (ICC = 0.85), though lower with a less experienced dentist (ICC = 0.57). The proposed UNet-based model enables efficient segmentation of sequestra, reducing annotation time by >90% while maintaining diagnostic accuracy. The model highlights the clinical utility of AI-assisted decision support in maxillofacial radiology.

Přehled studie

Postavení

Dokončeno

Detailní popis

Bone sequestration is the formation of a dead bone fragment demarcated from normal bone tissue, usually following dental extractions, delayed healing, chronic infection, or compromised blood supply. It is most frequently associated with osteomyelitis, an infectious process leading to bone inflammation. Osteomyelitis is mostly diagnosed based on clinical presentation with imaging and laboratory evidence but is established through bone biopsy and microbial culture.

Infection of the alveolar bone may be due to various reasons like dental caries, trauma, surgery, and local infection. The dental infections in the majority of instances have localized abscesses, but occasionally, the infection is disseminated, and osteomyelitis follows. Radiation therapy (RT), a standard head and neck cancer therapy, also can lead to osteoradionecrosis (ORN), a disease process in which irradiated bone becomes devitalized, open, and nonhealing. Another mechanism of bone sequestration is medication-related osteonecrosis of the jaw (MRONJ), a complication of antiresorptive and antiangiogenic therapy. First described in 2003 as bisphosphonate-related osteonecrosis of the jaw (BRONJ), the disease was later reclassified by the American Association of Oral and Maxillofacial Surgeons (AAOMS) in 2014 to include cases with non-bisphosphonate therapy, denosumab, and antiangiogenic agents. The medications, given chronically to treat osteoporosis and cancer-related bone disease, lead to interference of vascular supply and thus result in ischemia, hypoperfusion, and eventually bone death.

Although MRONJ is a rare complication, it significantly affects the quality of life of the patient by causing chronic bone exposure, pain, and functional disability. Bone sequestration is a significant problem in the context of all categories of bone disease, including osteomyelitis, ORN, and MRONJ. Pathogenesis, risk factors, and diagnostic criteria should be familiarized with to improve patient outcomes and minimize complications of bone necrosis.

Precise definition of bone sequestrum is essential for diagnosis, treatment planning, and surgical decision-making. Orthopantomography (OPG) or panoramic radiography is widely used in oral and maxillofacial radiology to assess bone disease, such as sequestrum formation. Manual segmentation of sequestrum in OPG is challenging because of anatomical structure superimposition, varying radiopacity, and subjective.

Artificial intelligence (AI) has rapidly expanded in the medical imaging field by providing automated and objective solutions to segmentation challenges. Solutions based on deep learning in the form of CNNs and U-Net-type architectures have been found to be high in accuracy to segment pathological structures from radiographic images. The techniques utilize large data sets to train to identify complex patterns and to differentiate between pathologic areas of bone and normal tissue, potentially improving the capacity to identify sequestrum on OPGs.

Although AI-based segmentation has been comprehensively explored in CT and MRI in most medical centers, it is comparatively less developed in the context of OPG imaging. Since OPG is more accessible and cheaper than cross-sectional imaging modalities, AI-based segmentation of OPGs has the potential to make diagnostic procedures and decision-making in dental and maxillofacial practice more efficient.Variable image quality, annotation challenges, and model generalizability across populations remain barriers that must be addressed before clinical deployment. This study presents an AI-based approach for automated sequestrum segmentation from OPG radiographs, describes the deep learning methodology employed, evaluates model performance, and discusses future clinical applications in dental radiology.

Typ studie

Pozorovací

Zápis (Aktuální)

120

Kontakty a umístění

Tato část poskytuje kontaktní údaje pro ty, kteří studii provádějí, a informace o tom, kde se tato studie provádí.

Studijní místa

    • Çiğli
      • Izmir, Çiğli, Turecko (Türkiye), 35640
        • Izmir Katip Celebi University

Kritéria účasti

Výzkumníci hledají lidi, kteří odpovídají určitému popisu, kterému se říká kritéria způsobilosti. Některé příklady těchto kritérií jsou celkový zdravotní stav osoby nebo předchozí léčba.

Kritéria způsobilosti

Věk způsobilý ke studiu

  • Dospělý
  • Starší dospělý

Přijímá zdravé dobrovolníky

Ne

Metoda odběru vzorků

Vzorek nepravděpodobnosti

Studijní populace

Patients will be selected among the patients with osteomyelitis with sequestrum

Popis

Inclusion Criteria:

  • Patient with exposed bone over 8 weeks with a history of bisphosphonates or antiangiogenic drugs,
  • Patient with a history of previous radiotherapy,
  • Patients with necrotic exposed bone with or without a history of trauma
  • Patients with osteomyelitis.

Exclusion Criteria:

  • Patients with no clear vision of the borders of the sequestra,
  • Panoramic images with artifacts in and around the lesion.

Studijní plán

Tato část poskytuje podrobnosti o studijním plánu, včetně toho, jak je studie navržena a co studie měří.

Jak je studie koncipována?

Detaily designu

Co je měření studie?

Primární výstupní opatření

Měření výsledku
Popis opatření
Časové okno
Deep Learning Segmentation
Časové okno: Up to 10 weeks
evaluated how artificial intelligence can identify the lesions on panoramic images
Up to 10 weeks

Spolupracovníci a vyšetřovatelé

Zde najdete lidi a organizace zapojené do této studie.

Termíny studijních záznamů

Tato data sledují průběh záznamů studie a předkládání souhrnných výsledků na ClinicalTrials.gov. Záznamy ze studií a hlášené výsledky jsou před zveřejněním na veřejné webové stránce přezkoumány Národní lékařskou knihovnou (NLM), aby se ujistily, že splňují specifické standardy kontroly kvality.

Hlavní termíny studia

Začátek studia (Aktuální)

1. března 2024

Primární dokončení (Aktuální)

1. ledna 2025

Dokončení studie (Aktuální)

1. března 2025

Termíny zápisu do studia

První předloženo

4. května 2026

První předloženo, které splnilo kritéria kontroly kvality

8. září 2026

První zveřejněno (Aktuální)

9. září 2026

Aktualizace studijních záznamů

Poslední zveřejněná aktualizace (Aktuální)

9. září 2026

Odeslaná poslední aktualizace, která splnila kritéria kontroly kvality

8. září 2026

Naposledy ověřeno

1. května 2025

Více informací

Termíny související s touto studií

Další identifikační čísla studie

  • IRB No: 0206

Plán pro data jednotlivých účastníků (IPD)

Plánujete sdílet data jednotlivých účastníků (IPD)?

NE

Popis plánu IPD

Study data is limited for this project

Informace o lécích a zařízeních, studijní dokumenty

Studuje lékový produkt regulovaný americkým FDA

Ne

Studuje produkt zařízení regulovaný americkým úřadem FDA

Ne

Tyto informace byly beze změn načteny přímo z webu clinicaltrials.gov. Máte-li jakékoli požadavky na změnu, odstranění nebo aktualizaci podrobností studie, kontaktujte prosím register@clinicaltrials.gov. Jakmile bude změna implementována na clinicaltrials.gov, bude automaticky aktualizována i na našem webu .

Předplatit