Sistem Fotoakustik Near-Infrared dengan Segmentasi Volumetrik Berbasis UNet3D untuk Pencitraan 3D Hidden Caries

Fikhri Astina Tasmara, Prof. Dr. Mitrayana, S.Si., M.Si; Dr. drg. Rini Widyaningrum, M.Biotech; Dr. Andreas Setiawan, S.Si., MT

2025 | Disertasi | S3 Ilmu Fisika

Telah dilakukan penelitian mengenai deteksi dini karies dan hidden caries (karies tersembunyi) yang sulit dideteksi secara visual. Kebaruan utama dalam penelitian ini adalah pengembangan sistem pencitraan fotoakustik berbasis laser diode Near-Infrared (NIR) 808 nm, yang dikombinasikan dengan rekonstruksi citra 3D menggunakan model UNet3D. Pendekatan ini memungkinkan deteksi dan visualisasi kedalaman karies dan hidden caries pada sampel ex vivo. Sebagai pembanding, citra fotoakustik berbasis laser diode 532 nm digunakan untuk mengevaluasi efektivitas panjang gelombang 808 nm. Penelitian ini mencakup karakterisasi sistem PAI dan evaluasi performa segmentasi volumetrik dengan metrik Dice Score dan Precision. Hasil karakterisasi menunjukkan akurasi mikrofon yang tinggi (R² = 1), perpindahan motor stepper presisi (p-value > 0,05), serta stabilitas daya laser (CV < 1>hidden caries, dan gigi normal (p-value < 0>dataset citra PAI 808 nm menghasilkan citra 3D dengan performa terbaik pada Sampel 1 (Dice Score 97%; Precision 98%), diikuti Sampel 3 (Dice Score 79%; Precision 99%) dan Sampel 2 (Dice Score 77%; Precision 100%). Hasil penelitian menunjukkan bahwa sistem fotoakustik berbasis NIR 808 nm mampu mendeteksi hidden caries pada citra 2D, merekonstruksi citra 3D, dan memvisualisasikan kedalaman karies dengan akurasi tinggi, serta berpotensi menjadi terobosan dalam aplikasi klinis deteksi karies secara non-invasif. 

A study has been conducted on the early detection of caries and hidden caries, which are difficult to detect visually. The main novelty of this research is the development of a photoacoustic imaging (PAI) system based on a Near-Infrared (NIR) 808 nm laser diode, combined with 3D image reconstruction using the UNet3D model. This approach allows for the detection and visualization of caries and hidden caries depth on ex vivo samples. For comparison, photoacoustic images based on a 532 nm laser diode were used to evaluate the effectiveness of the 808 nm wavelength. The research includes system characterization of the PAI and performance evaluation of volumetric segmentation using Dice Score and Precision metrics. The characterization results show high microphone accuracy (R² = 1), precise stepper motor displacement (p-value > 0.05), and laser power stability (CV < 1>

Kata Kunci : Photoacoustic imaging, diode laser, caries detection, 3D image reconstruction, UNet3D Model.