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1、 成人面部形态的三维测量成人面部形态的三维测量-英国威尔士大学医学院，生物学，健康和生命科学，牙齿健康生物科学等单位的专英国威尔士大学医学院，生物学，健康和生命科学，牙齿健康生物科学等单位的专家，学者以及学生家，学者以及学生摘要摘要目的：评价应用一种激光成像系统测量三维面部形态的可靠性。设计：前瞻性临床试验材料与方法：选择 39 例成年受试对象，平均年龄 24.5 岁，分析其在基线时软组织的变化（T1），在一周内再次测量（T2），利用两种商业用激光扫描装置合成立体像，再将左右侧影像合并形成整个面部影像，将这些影像重叠，评估两面部影像在T1 和 T2 时的误差。结果：结果显示，在 T1 时，男性
2、和女性左右侧扫描的平均外形误差分别为0.320.08mm 和 0.300.09mm;在 T2 时，男性和女性的左右侧扫描的平均外形误 差分别为 0.340.08mm 和 0.320.09mm。T1 和 T2 合并的复合影像重叠后，男性和女性平均误差分别为 0.370.07mm 和 0.350.09mm。配对 t 检验显示平均误差为 0.02mm,没有显著性统计学差异（p0.5）。当对齐的影像公差为 90时，男性和女性的重复性误差分别为 0.7mm 和 0.8mm。讨论：应用所描述的技术，获取面部软组织形态在最初记录后一周内是可重复的。关键词：三维的，激光扫描，面部形态引文引文： 三维测量领域在
3、过去的几十年里快速发展，从而促进了相关新设备和高端软件的创造发展。这些先进的设备和软件为临床及实验室提供了快速，充分，高效的应用程序。同样，医学影像也已从二维技术（射线照片，彩色照片）上升到更加复杂的三维技术。目前，利用这些复杂的工具，面部组织再现能够达到更加精确的程度。激光扫描仪可以用作软组织扫描，并且是系列三维成像设备的一部分。应用这种技术，已经创建了标准化人口和横断面增长变化的数据库，还为外科临床结果以及头颈部非外科治疗的评估创建了数据库。评估软组织模拟的准确性其实是非常复杂的，所有系统要受肌张力的变化、鼻呼吸、受试者头测量的姿势的影响。以前的报告发现，儿童面部形态的三维测量是具有可重复
4、性。但迄今为止，还没有研究有效地量化成人面部形态三维测量的误差。以前的研究报告了美能达 700 和 900 扫描仪的有效性和高精度，并发现它们能精确到1.90.8 mm 和 1.1 0.3 mm 的水平。独立研究的作者表明，美能达 900 可以精确 到 0.56 0.25 毫米水平，并且左右侧形态在电脑化扫描登记中的误差为 0.130.18 mm.因为已有关于扫描系统有效性的评估，所以本研究旨在量化随时间推移成人三维激光扫描的可重复性。 材料与方法材料与方法 受试对象邀请一群具有正常面部比例的成年牙科学生，参加由 Cardiff 大学牙科学院 3D 成像实验室开展的纵向研究。该研究获得了受试对
5、象和相关伦理委员会的认可，这是面部增长项目更重要的一部分。此外，也获得了所有参与此项目主体积极的书面材料。三维成像系统激光扫描系统包括两个高分辨率美能达 VI9003D 摄像机，使用所报告的 0.1 毫米制造精度，即可拍出高质立体像。每个摄像机发出一无害视力的 class1 激光（FDA） ，此激光为波长 690nm 的中波。扫描对象和扫描仪之间距离为 600 至 2500mm，快速扫描模式的时间为 0.3 秒。该系统采用一半帧传输电荷耦合装置，一次能获得307000 个数据点。扫描仪的输出数据是 640x480 像素、红绿蓝的 3D 数据，数据由具有两兆赫奔腾 4 处理器的台式机工作站记录。
6、对于表面登记，使用的是美能达14.5 毫米焦距的中程镜头。摄像机置于受试对象 1350 毫米距离处。扫描仪由多重扫描软件控制（ Cebas 计算机有限责任公司，Eppelheim 软件，德国） ，数据以 VVD文件格式保存。信息被传输到一个反向建模软件包 Rapidform 2004-RF4（INUS 科技有限公司，韩国汉城） ，由 RF4 对其进行分析。该软件提供九个不同的 3D 工作活动区，并同时运用高质多边形网格及准确任意非均匀的 B 曲面原理，生成完美的几何立体模型。RF4 生成的数据作为绝对平均外形偏差，同时作为外形重叠、最大和最小范围图以及最终彩图的标准误差。所有线性测量均以毫米为
7、单位。数据采集技术使用一个定制的便携式工作室，因为这有助于获得标准化的光照条件。该工作室集中小巧，可以非常容易地适合教室或医疗室的一个角落，并且轻松安置所有必要的设备。这项研究采用自然头位（NHP） ，因为此位已被临床证实具有可重复性。受试者坐在可自我调节的凳子上，注视着一面具有标准水平线和垂直线标记的镜子。他们的眼睛需与水平线一齐，面部中线与垂直线一齐。调整座位高度，以协助受试者实现 NHP。指导受试者做吞咽动作，要求他们在扫描之前下颌放松位置。在相同的时间间隔扫描，总扫描时间约 7.5 秒。如果受试者在扫描时移动，则重复扫描程序。每一个受试者产生一个原始数据集，包括左，右侧激光扫描，扫描基
8、线（T1） ，和一个星期内的扫描（T2） 。左，右面部扫描的数据处理由一个内部开发的软件子程序删除多余的数据，历时 30 秒完成。这种自动系统程序进一步减少了外形扫描图像的失真，并识别那些表现轻微扫描变形的细小外形。这些图像进行平滑处理，保留原形状和体积，左右侧扫描需将面部重叠区域的底部对齐。预合并扫描需要逐一仔细检查，进行下一阶段前在主要外形中划分出不需要的区域，此区域若不能自动删除则进行手动删除。最后，每一个受试者每帧生成一个复合全脸。全面的数据处理个别受试者的全面叠加以确定在 T1 和 T2 时发生的变化。该系统过程的开始由手动调整面部扫描的五个点（在眼睛 Cantus 外部和内部的四个
9、点和鼻尖点） ，随后在计算机确定的两个最合适的扫描处进行精细处理。进一步的细节可从以前的参考来源获取。公差等级为了获得一个整体的临床图像，产生了面部彩图，用来确定面部图案中高的地方是错误的。公差等级为外形偏差建立，并由软件自动计算。在两个时间间隔之间的任何面部偏差，所对应的公差等级高于某个阈值显示彩色，任何低于公差区间的值显示为黑色。分析了从 0.5 到 0.9mm 的 0.1mm 增量水平，这有助于确定超过时限的面部 T1和 T2 时的可重复性。统计分析RF4 外形之间的偏差图，由系统自动计算并生成。结果包含最大和最小范围内外形的偏差、两个外形之间的平均距离和标准偏差。此功能用于统计分析左右
10、侧预合并扫描的平均外形偏差、标准偏差，以及在两个时限时合并的脸之间的整个面部软组织形态的差异。平均外形偏差为正常测试，并使用 SPSS（SPSS，芝加哥，III）进行测量组之间的差异分析。P 值小于 0.05 被认为是显著的。这是在左右侧扫描以及全面部 T1和 T2 相互重叠时开始进行的。 结果结果 38 个选定的个体（19 名男性和 19 名女性，平均年龄 24.5 岁）被招募参与这项研究。合并左，右扫描的可靠性为每个受试者建立的数据图表在图 1 和 2 中表示。结果表明，在 T1 时男性和女性的平均扫描外形偏差分别为 0.32 0.08mm 和 0.30 0.09mm；在 T2 时，男性和
11、女性的分别为 0.340.08mm 和 0.320.09mm。这些数据集检验正常并呈正态分布。对 T1 和 T2 时的平均外形偏差进行配对 t-检验，结果表明男女之间没有显著性差异（P0.05） 。在合并前 T1 和 T2 时左右侧扫描的平均外形偏差总结于表 1.T1 和 T2 时全脸的可靠性全面重叠后的平均外形偏差如表 2 所示。结果表明，男性和女性在 T1 和 T2 合并后的复合面部的平均差异分别为 0.37 0.07mm 和 0.35 0.09mm。男性和女性之间的差异为 0.02 0.05 毫米。对平均外形偏差进行配对 t 检验，结果不具有显著性差异（P=0.08） 。公差等级用百分比
12、表示两张脸之间重叠的量，在公差等级为增量 0.1mm 时，从 0.5 到 0.9mm范围内的结果如图 3 所示。一般情况下，如果临床差异不到面部的 90，就被视为是可靠和可重复的。合并扫描（T1 和 T2）的面图对齐后显示，复合面部扫描平均为90时，对应男性和女性误差分别高达 0.8mm 和 0.7mm。这些在临床上是可接受的公差水平。结果总结于表 3。讨论讨论大多数研究都集中在针对活体上相应的测量点，利用三维成像来测量选择的人体测量点之间距离的可靠性，作为一种确认的形式。一些研究使用复杂的数学来推导和分析形状。最近，开始尝试利用点之间及面部多边形之间的线性测量来分析动态的脸准确测量面部软组织
13、重复性的错误研究是少见的，迄今为止只有两项研究在试图进行着。第一项研究选用由成年人组成的小样本数据，所研究的图像为时间间隔内测量的平均值。这样，无形中将平均过程的所有误差都混合了（例如，取消正和负的误差） ，可能不会给出一个图像真正的可重复性；第二项研究是针对对儿童进行的，研究发现超过 3 天后平均误差为 0.85mm。我们与第二项研究的研究结果密切相关的是消除与受试者影像有关的系统误差，这是非常重要的。我们希望创建更准确的临床治疗和增长变化的分析。例如，当采用可重复性误差为 0.7mm 时，重叠一名正经历着外科手术的患者影像，可提供一个更现实的关于治疗变化的评估（图 4） 。当公差被设定时，
14、面部的变化很好地对应着所需手术的类型。这些面部区域和形状的变化表明上颌骨向前移动和下颌骨向后移动。所有成像系统有某种与他们的应用程序相关的错误。这一点很重要，医师了解潜在的局限性，并探讨与技术相关的错误。三维成像的未来是充满光明的，激光扫描技术的应用，表明在正畸治疗、手术及面部生长结果的面部形态变化评估中有着巨大潜力。 结论结论 应用 RF4，一周内扫描所示，男性和女性在全面部重叠的平均外形偏差分别为0.37 0.07mm 和 0.350.09mm。 男性和女性在面部形态之间的平均差异为 0.02 0.08mm，在临床上并不显著。男性精确到 0.7mm 以内、女性精确到 0.8mm 以内时面部形态具有 90的可重复性。在所报告的误差内，三维图像可用于面部形态的准确表述。 致谢致谢 我们要感谢参与这项研究的牙科学生。
