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A machine learning model for orthodontic extraction/non-extraction decision in a racially and ethnically diverse patient population - 04/08/23

Doi : 10.1016/j.ortho.2023.100759 
Taylor Mason 1, Kynnedy M. Kelly 2, George Eckert 3, Jeffrey A. Dean 4, M. Murat Dundar 5, Hakan Turkkahraman 1,
1 Department of Orthodontics and Oral Facial Genetics, Indiana University School of Dentistry, Indianapolis, IN, US 
2 Indiana University School of Dentistry, Indianapolis, IN, US 
3 Department of Biostatistics and Health Data Science, Indianapolis, Indiana University School of Medicine, IN, US 
4 Department of Pediatric Dentistry, Indiana University School of Dentistry, Indianapolis, IN, US 
5 Department of Computer & Information Science, Indiana University Purdue University at Indianapolis, School of Science, Indianapolis, IN, US 

*Hakan Turkkahraman, Department of Orthodontics & Oral Facial Genetics, Indiana University School of Dentistry, 1121W. Michigan St, Room DS249, Indianapolis, IN 46202-5186, US.School of Dentistry, Department of Orthodontics & Oral Facial Genetics1121W. Michigan St, Room DS249IndianapolisIN46202-5186US

Highlights

Machine learning algorithms accurately predicted the extraction decision.
The greatest accuracy was achieved by the support vector machine method.
The least accuracy was achieved by the random forest method.
Maxillary crowding was the most important predictor.
Patient's age was negatively correlated with extraction decision.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Summary

Introduction

The purpose of the present study was to create a machine learning (ML) algorithm with the ability to predict the extraction/non-extraction decision in a racially and ethnically diverse sample.

Methods

Data was gathered from the records of 393 patients (200 non-extraction and 193 extraction) from a racially and ethnically diverse population. Four ML models (logistic regression [LR], random forest [RF], support vector machine [SVM], and neural network [NN]) were trained on a training set (70% of samples) and then tested on the remaining samples (30%). The accuracy and precision of the ML model predictions were calculated using the area under the curve (AUC) of the receiver operating characteristics (ROC) curve. The proportion of correct extraction/non-extraction decisions was also calculated.

Results

The LR, SVM, and NN models performed best, with an AUC of the ROC of 91.0%, 92.5%, and 92.3%, respectively. The overall proportion of correct decisions was 82%, 76%, 83%, and 81% for the LR, RF, SVM, and NN models, respectively. The features found to be most helpful to the ML algorithms in making their decisions were maxillary crowding/spacing, L1-NB (mm), U1-NA (mm), PFH:AFH, and SN-MP(̊), although many other features contributed significantly.

Conclusions

ML models can predict the extraction decision in a racially and ethnically diverse patient population with a high degree of accuracy and precision. Crowding, sagittal, and vertical characteristics all featured prominently in the hierarchy of components most influential to the ML decision-making process.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Machine learning, Artificial intelligence, Orthodontics, Clinical Decision-Making, Tooth Extraction


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Vol 21 - N° 3

Article 100759- septembre 2023 Retour au numéro
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