Uutiset

Tekoäly tuo apua hammashoitoon ja leukakirurgiaan

Suomessa kehitetty syväoppimiseen perustuva malli paikantaa tarkasti ja nopeasti alaleuan hermokanavan. Sen käyttö säästää radiologien ja hammaslääkärien päivittäistä työaikaa.
Useita rinnakkaisia röntgenkuvia leuasta ja hampaista. Kuviin on merkitty keltaisella alaleuan hermokanavan sijainti.
Kuva: Nature.com (CC BY 4.0)

Hammasimplanttia asentavan hammaslääkärin on tiedettävä potilaan alaleuan hermokanavan tarkka sijainti, jotta hän voi suunnitella implantin koon ja asennon sekä koko toimenpiteen. Tähän tarvitaan röntgenkuvia, joista hammaslääkäri tai radiologi määrittää kanavan sijainnin manuaalisesti piste pisteeltä. Kuvien tulkinta on työlästä ja aikaavievää.

Hammashoitolaitteita valmistava Planmeca, Suomen tekoälykeskus FCAI ja Tampereen yliopistollinen sairaala (Tays) yhdistivät voimansa ja kehittivät tekoälypohjaisen mallin, joka paikantaa alaleuan hermokanavan 3d-röntgenkuvista ihmistä nopeammin ja muita automatisoituja menetelmiä tarkemmin. 

”Yhteistyö lähti liikkeelle kliinistä työtä tekevien asiantuntijoiden tarpeista ja siitä, kuinka voimme auttaa heidän päivittäistä työtään. Tekoälyn hyödyntäminen säästää huomattavasti potilaan hoidon suunnitteluun käytettyä aikaa”, sanoo Planmecan tutkimus- ja teknologiajohtaja Vesa Varjonen.

Kehitetty menetelmä perustuu syvien neuroverkkojen kouluttamiseen isolla määrällä kliinistä dataa, joka koostui kolmiulotteisista kartiokeilatietokonetomografialla (KKTT) otetuista kuvista. 

”Saimme Tampereen yliopistolliselta sairaalalta käyttöömme laajan ja monipuolisen kliinisen aineiston, joka oli tuotettu useilla 3d-kuvantamislaitteistoilla. Data jaettiin satunnaisesti niin, että osaa siitä käytettiin neuroverkkojen kouluttamiseen ja osa erotettiin kehitetyn menetelmän testaamiseen ja validointiin”, kertoo Aalto-yliopiston väitöskirjatutkija Jaakko Sahlsten

Tekoäly on tehokas ja väsymätön apulainen

Alaleuan hermokanavassa eli mandibulaarikanavassa kulkee leuan motoriikkaa ja kasvojen tuntoa ohjaavia hermoja. Implantin asentamisen lisäksi sen paikantaminen on tärkeää esimerkiksi viisaudenhampaiden poistamisessa ja leukakirurgiassa. Leukaluun sisällä kulkevan kanavan sijainti ja reitti on jokaisella ihmisellä yksilöllinen. 

”Yksi iso haaste tekoälymallin kouluttamisessa oli, että kallosta otetussa 3d-röntgenkuvassa mandibulaarikanava on hyvin pieni suhteessa koko kuvan datasisältöön. Aineistona tällainen koulutusdata on hyvin epätasapainoinen”, Sahlsten sanoo. 

Yhteistyö Taysin radiologien kanssa oli avainasemassa siinä, kuinka data saatiin valjastettua tekoälyn opettamiseen.

”Kun hermoverkolle syötetään iso määrä dataa, johon mandibulaarikanavan sijainti on merkitty, se oppii optimoimaan omat sisäiset parametrinsa. Oppimisen lopputuloksena syntynyt hermoverkko löytää nopeasti mandibulaarikanavan sille syötetystä yksilöllisestä 3d-datasta”, Varjonen sanoo.

Hermoverkkomallin testaus tutkimusaineistosta erotetulla potilasdatalla osoitti, että malli onnistui paikantamaan mandibulaarikanavat niin, että vain 1–4 prosenttia tapauksista saattaa olla virheellisiä. 

”Kliinisissä arvioissa asiantuntijat kävivät läpi mallin tuottamia tuloksia ja totesivat, että 96 prosentissa tapauksista ne olivat kliinisesti täysin käytettävissä. Meillä on vahva luottamus siihen, että malli toimii hyvin”, Sahlsten toteaa. 

Ihmiseen verrattuna teköälyn etuna on, että se tekee työnsä aina yhtä tehokkaasti ja nopeasti. Tekoälymalli nopeuttaa mandibulaarikanavan löytämistä ja antaa tukea radiologien ja lääkärien päätöksentekoon. Lopullisen päätöksen hoidosta tekee aina terveysalan ammattilainen. 

Julkaisut todentavat mallien toimivuuden

Suomalainen perheyritys Planmeca on yksi maailman johtavista terveysteknologian laitevalmistajista, jonka tuotteita viedään yli 120 maahan ympäri maailmaa. Hammashoidossa käytettävät 3d-kuvantamislaitteet ja niitä tukevat ohjelmistoratkaisut ovat yrityksen liiketoiminnan tukijalka. Planmecalle yhteistyö FCAIn ja Taysin kanssa merkitsee uusia ja merkittäviä liiketoimintamahdollisuuksia. 

”Digitaalisuus ja tekoälyn hyödyntäminen kuvantamislaitteissa ovat meille tärkeitä. Integroimme tutkimuksessa kehitetyn hermoverkkomallin kuvantamislaiteohjelmistoomme, jolloin se parantaa laitteidemme käytettävyyttä ja suorituskykyä”, Varjonen sanoo. 

Tutkimusyhteistyöstä syntyneet tieteelliset julkaisut ovat tärkeitä kaikille hankkeen osapuolille. Tuloksia on julkaistu muun muassa arvostetussa Nature Portfolion Scientific Reports -julkaisussa.

”Vertaisarvioidut julkaisut ovat vahva todiste mallin toimivuudesta. Syväoppimista ei ole aiemmin käytetty tämäntyyppisissä tehtävissä, mikä lisää julkaisujen arvoa. Julkaisut edistävät myös tohtoriopiskelijoiden opinnäytetöitä”, Sahlsten toteaa.

”Julkaisut ovat meille tärkeitä, kun haemme ohjelmistollemme lääkinnällisten laitteiden hyväksyntää. Julkaisut osoittavat, että ohjelmisto on suunniteltu ohjelmistokehitysprosessien mukaisesti ja käynyt läpi kaikki tarvittavat vaiheet”, Varjonen sanoo. 

Alaleuan hermokanavan paikantamisen lisäksi Planmecan, FCAIn ja Taysin yhteishankkeessa kehitettiin hermoverkkomalli myös ortognaattiseen kirurgiaan, jossa hampaiden alueen poikkeavuuksia hoidetaan kirurgisten toimenpiteiden avulla. 

”Malli auttaa tunnistamaan koko kallon alueelta kiintopisteitä, joita tarvitaan purennan korjaukseen tai leukojen siirtämiseen tähtäävien leikkausten suunnittelussa. Samaa potilasdataa hyödynnettiin myös kolmannessa tekoälysovelluksessa”, Varjonen kertoo. 

Tekoälyllä on tulevaisuuden terveyssovelluksiin paljon tarjottavaa.

”Näen tekoälyn hyvin vahvana työkaluna, jota lääkärit ja muut asiantuntijat voivat käyttää ensiarvion tai vaihtoehtoisen mielipiteen saamisessa. Tekoälymallien haasteena on, ettei varmuudella voida antaa syitä siihen, kuinka malli päätyy tiettyyn tulokseen. Mallien selitettävyys ja läpinäkyvyyden lisääminen vaativat lisätutkimusta”, Sahlsten sanoo.

Teksti: Marjukka Puolakka 

Artikkeli on julkaistu Aalto University Magazinen numerossa 32 huhtikuussa 2023.

A man and a woman looking at computer screen.

Planmecan ja FCAI:n yhteistyö: Koneoppiminen suun ja leuan alueen kuvantamisessa

Suomen tekoälykeskus FCAI:n uuden videosarjan toinen video kertoo FCAI:n, terveyslaitteita valmistavan Planmecan ja Tampereen yliopistollisen sairaalan yhteistyöstä.

Uutiset
Computer image of human skull and jawline

Yliopistoyhteistyö tuo Planmecan liiketoiminnalle aivan uusia mahdollisuuksia

FCAI, Planmeca ja Tampereen yliopistollinen sairaala kehittivät tekoälymenetelmän, joka auttaa esimerkiksi hammasimplanttien asennuksessa.

Uutiset
FCAI

Suomen tekoälykeskus FCAI (ulkoinen linkki)

Suomen tekoälykeskus FCAI on osaamiskeskittymä, jonka ovat käynnistäneet Aalto-yliopisto, Helsingin yliopisto ja Teknologian tutkimuskeskus VTT. FCAI:n tavoitteena on kehittää uudenlaista tekoälyä, joka voi toimia ihmisen kanssa monimutkaisessa ympäristössä ja auttaa uudistamaan suomalaista teollisuutta. FCAI on yksi Suomen Akatemian lippulaivoista.

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:

Lue lisää uutisia

Nesteen polttoainejalostamon tankit Porvoossa
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Yhteistyö Aallon kanssa tuo Nesteelle merkittävää taloudellista hyötyä

Yhteistyön tuloksena Nesteen polttoainetutkimukseen tuotiin digitaalisia työkaluja perinteisen testaamisen rinnalle.
Laboratory work at the School of Chemical Engineering
Yhteistyö Julkaistu:

Tervetuloa Unite! Engineering Biology -verkostoitumistapahtumaan 11.9.2024

Tapahtuman tavoitteena on tuoda yhteen yhdeksän Unite!-allianssiin kuuluvan yliopiston tutkijat edistämään avainteknologioita ja kestäviä prosesseja.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Virtuaalinen kirjastokortti koekäytössä

Virtuaalinen kirjastokortti koekäytössä
Tie lumisessa talvimaisemassa iltahämärässä.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Tutkija selvitti: Pakkasen pauke syntyy pääasiassa taivaalla

Yleisen luulon vastaisesti pakkasen pauke ei olekaan peräisin esimerkiksi puista tai rakennuksista.