謝理哲，陳雅麗,2，高鵬程，李盛,4，曹丹,5，王林,5，嚴(yán)斌,5

(1.南京醫(yī)科大學(xué) 口腔疾病研究江蘇省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210029； 2. 淮安市中醫(yī)院 口腔科,江蘇 淮安 223001; 3.東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院 口腔科， 江蘇 南京 210009；4.南京醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院 口腔頜面外科，江蘇 南京 210029；5.南京醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院 正畸科，江蘇 南京 210029)

三維照相系統(tǒng)采集單側(cè)唇腭裂患者面部形態(tài)的精確性研究

謝理哲1，陳雅麗1,2，高鵬程3，李盛1,4，曹丹1,5，王林1,5，嚴(yán)斌1,5

(1.南京醫(yī)科大學(xué) 口腔疾病研究江蘇省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210029； 2. 淮安市中醫(yī)院 口腔科,江蘇 淮安 223001; 3.東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院 口腔科， 江蘇 南京 210009；4.南京醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院 口腔頜面外科，江蘇 南京 210029；5.南京醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院 正畸科，江蘇 南京 210029)

目的初步探究三維照相系統(tǒng)采集唇腭裂患者面部軟組織三維影像用于臨床常用線距及面積測(cè)量的精確性。方法以15個(gè)單側(cè)完全性唇腭裂患者頜面部翻制石膏模型為研究對(duì)象，分別用三坐標(biāo)儀與三維照相系統(tǒng)采集模型表面數(shù)據(jù)，將兩組數(shù)據(jù)均導(dǎo)入Imageware 13.2軟件進(jìn)行圖像配準(zhǔn)分析，并測(cè)量9個(gè)臨床常用面部軟組織表面特征線距與4個(gè)區(qū)域面積。以三坐標(biāo)儀采集測(cè)量結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，使用配對(duì)t檢驗(yàn)法比較三維照相系統(tǒng)采集測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值有無(wú)顯著性差異。結(jié)果配準(zhǔn)結(jié)果顯示兩組圖像在鼻尖和唇峰處偏差較大，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明5個(gè)線距測(cè)量項(xiàng)目存在顯著性差異(P<0.01)，但差值均在0～0.5 mm以內(nèi)；4個(gè)面積測(cè)量項(xiàng)目中僅患側(cè)唇面積存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)，但面積誤差小于8 mm2。結(jié)論3dMDFace三維照相系統(tǒng)對(duì)唇腭裂患者翻制石膏模型的雙側(cè)唇部區(qū)域采集測(cè)量值與金標(biāo)準(zhǔn)相比存在顯著差異，但誤差值均在臨床可接受范圍內(nèi)。

唇腭裂； 面部形態(tài)； 三維照相

唇腭裂是口腔頜面部最常見的先天性畸形，對(duì)患者的顏面形態(tài)、口腔功能、心理健康等都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。制定唇腭裂患者的手術(shù)修復(fù)方案及術(shù)后面容預(yù)測(cè)均需以準(zhǔn)確的面部定量測(cè)量為基礎(chǔ)。早期的頜面部軟組織分析常用基于二維影像的測(cè)量方法，但二維影像由于存在變形和重疊等固有缺陷，很難準(zhǔn)確反映唇腭裂患者頜面部的三維解剖特征。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和軟件

本研究?jī)x器選用高精度接觸式三坐標(biāo)儀Croma686(HexagonAB，Stockholm，SWE)，精度0.078μm；3dMDFace三維照相系統(tǒng)(3dMD LLC，Atlanta，USA)，標(biāo)稱精度0.2 mm。軟件包括三維逆向工程軟件Imageware13.2(EDS，Texas，USA)及統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS 19.0(SPSS Inc.，Chicago，USA)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜏?zhǔn)備 本研究所有單側(cè)完全性唇腭裂患者頜面石膏模型均來(lái)自南京醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院口腔頜面外科與四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院唇腭裂外科收治的共計(jì)15名非綜合征型單側(cè)完全性唇腭裂患兒，其中男9名，女6名，平均年齡6個(gè)月(5～10個(gè)月)。所有病例除單側(cè)完全性唇腭裂外沒(méi)有其他任何先天疾病和手術(shù)外傷病史。唇腭裂患者頜面部翻制模型實(shí)例如圖1。

圖1單側(cè)唇腭裂患者頜面部翻制石膏模型

Fig1Themaxillofacialpouredplastermodelsofpatientswithunilateralcompletecleftlipandpalate

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)值獲取 本研究采用了現(xiàn)有技術(shù)條件中精度高于各種光學(xué)面部掃描儀一倍以上的高精度接觸式三坐標(biāo)儀的測(cè)量值作為標(biāo)準(zhǔn)值。

應(yīng)用三坐標(biāo)儀采集石膏模型頜面部形態(tài)，將石膏模型頜面部向上固定于三坐標(biāo)儀的測(cè)量平臺(tái)上。應(yīng)用三坐標(biāo)儀測(cè)量臂的針狀接觸式測(cè)頭，點(diǎn)觸測(cè)量石膏模型面部已標(biāo)記的各特征點(diǎn)，記錄下特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值；而后連續(xù)移動(dòng)測(cè)頭，獲取模型面部各個(gè)區(qū)域的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。坐標(biāo)點(diǎn)的采集由同一名熟練使用測(cè)量臂的操作者同一天完成，連續(xù)采集3次。將測(cè)量記錄的解剖標(biāo)志點(diǎn)及石膏模型表面各個(gè)區(qū)域的坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Imageware軟件，測(cè)量9個(gè)特征線距和4個(gè)區(qū)域的表面積。計(jì)算特征線距及區(qū)域面積3次測(cè)量的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，將測(cè)量平均值作為標(biāo)準(zhǔn)值。

表1鼻唇部解剖標(biāo)志點(diǎn)

Tab1Thenasolabialanatomylandmark

編號(hào)標(biāo)志點(diǎn)名稱標(biāo)志點(diǎn)描述M1健側(cè)口角點(diǎn)健側(cè)口裂最外點(diǎn)M2健側(cè)唇峰點(diǎn)健側(cè)唇峰最突點(diǎn)M3人中切跡點(diǎn)人中切跡最低點(diǎn)M4裂隙緣健側(cè)唇峰點(diǎn)健側(cè)唇近裂隙側(cè)唇峰點(diǎn)M5鼻底部裂隙健側(cè)邊緣點(diǎn)健側(cè)裂隙緣最突點(diǎn)M6患側(cè)口角點(diǎn)患側(cè)口裂最外點(diǎn)M7患側(cè)唇峰點(diǎn)患側(cè)唇峰最突點(diǎn)M8鼻底部裂隙患側(cè)邊緣點(diǎn)患側(cè)裂隙緣最突點(diǎn)M9鼻尖點(diǎn)鼻尖部最前點(diǎn)M10鼻小柱基底點(diǎn)鼻小柱與上唇的交界點(diǎn)M11健側(cè)鼻翼基底點(diǎn)健側(cè)鼻翼與上唇的交界點(diǎn)M12健側(cè)鼻翼外切點(diǎn)健側(cè)鼻翼外側(cè)緣最突點(diǎn)M13患側(cè)鼻翼基底點(diǎn)患側(cè)鼻翼與上唇的交界點(diǎn)M14患側(cè)鼻翼外切點(diǎn)患側(cè)鼻翼外側(cè)緣最突點(diǎn)M15鼻根點(diǎn)兩側(cè)內(nèi)眥連線中點(diǎn)

圖2鼻唇部解剖點(diǎn)示意圖

Fig2Thesketchmapofnasolabialanatomylandmarks

表2鼻唇部特征線距測(cè)量項(xiàng)目

Tab2Thenasolabiallinearmeasurements

特征線段名稱特征線段定義標(biāo)志點(diǎn)全鼻寬度健、患側(cè)鼻翼外切點(diǎn)間距離M12?M14全口寬度健、患側(cè)口角點(diǎn)間距離M1?M6鼻底裂隙寬度鼻底部裂隙健、患側(cè)邊緣點(diǎn)間距離M5?M8健側(cè)唇長(zhǎng)健側(cè)口角點(diǎn)到健側(cè)唇峰點(diǎn)間距離M1?M2患側(cè)唇長(zhǎng)患側(cè)口角點(diǎn)到患側(cè)唇峰點(diǎn)間距離M6?M7健側(cè)唇高度健側(cè)鼻翼基底點(diǎn)到同側(cè)唇峰點(diǎn)間距離M11?M2患側(cè)唇高度患側(cè)鼻翼基底點(diǎn)到同側(cè)唇峰點(diǎn)間距離M13?M7鼻小柱基底點(diǎn)到健側(cè)唇峰點(diǎn)距離鼻小柱基底點(diǎn)到健側(cè)唇峰點(diǎn)間距離M10?M2鼻小柱基底點(diǎn)到患側(cè)唇峰點(diǎn)距離鼻小柱基底點(diǎn)到患側(cè)唇峰點(diǎn)間距離M10?M7

圖3鼻唇部特征線距示意圖

Fig3Thesketchmapofnasolabiallengthmeasurements

表3鼻唇部面積測(cè)量項(xiàng)目

Tab3Thenasolabialareameasurements

區(qū)域名稱區(qū)域定義標(biāo)志點(diǎn)健側(cè)唇面積以模型上健側(cè)口角點(diǎn)、健側(cè)唇峰點(diǎn)、人中切跡點(diǎn)、裂隙緣健側(cè)唇峰點(diǎn)、鼻底部裂隙健側(cè)邊緣點(diǎn)、鼻小柱基底點(diǎn)、健側(cè)鼻翼基底點(diǎn)之間環(huán)形連線為邊界的區(qū)域表面積。M1?M2?M3?M4?M5?M10?M11患側(cè)唇面積以模型上患側(cè)口角點(diǎn)、患側(cè)唇峰點(diǎn)、鼻底部蕾西患側(cè)邊緣點(diǎn)、患側(cè)鼻翼基底點(diǎn)之間環(huán)形連線為邊界的區(qū)域表面積。M6?M7?M8?M13健側(cè)鼻面積以鼻根點(diǎn)、鼻尖點(diǎn)、鼻小柱基底點(diǎn)、健側(cè)鼻翼基底點(diǎn)、健側(cè)鼻翼外切點(diǎn)之間環(huán)形連線為邊界的區(qū)域表面積。M15?M9?M10?M11?M12患側(cè)鼻面積以鼻根點(diǎn)、鼻尖點(diǎn)、鼻小柱基底點(diǎn)、患側(cè)鼻翼基底點(diǎn)、患側(cè)鼻翼外切點(diǎn)之間環(huán)形連線為邊界的區(qū)域表面積。M15?M9?M10?M13?M14

圖4鼻唇部面積示意圖

Fig4Thesketchmapofnasolabialareameasurements

1.2.3 三維照相系統(tǒng)測(cè)量值獲取 3dMDFace三維照相系統(tǒng)拍攝之前校準(zhǔn)儀器，將石膏模型固定于支架上，以鉛垂線為參照，調(diào)整位置，使其雙側(cè)內(nèi)眥點(diǎn)連線與鉛垂線垂直，鼻根點(diǎn)與鼻小柱基底點(diǎn)連線與鉛垂線平行。采集時(shí)將面部翻制石膏模型置于儀器采集區(qū)域，且鼻尖點(diǎn)位于兩側(cè)鏡頭采集區(qū)域的中心點(diǎn)。相機(jī)采集時(shí)間定為1.5 ms。由同一操作者在同一天內(nèi)連續(xù)采集3次。將3dMD面部掃描儀采集的模型表面三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入Imageware軟件中，同樣測(cè)量9個(gè)特征線距和4個(gè)區(qū)域面積，取3次采集所得模型表面形態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)量值的平均值。

1.2.4 配準(zhǔn)研究 為了直觀反映出3dMDFace三維照相系統(tǒng)采集唇腭裂患者頜面部翻制石膏模型的誤分布規(guī)律，實(shí)驗(yàn)人員以上述15個(gè)解剖標(biāo)志點(diǎn)作為定位標(biāo)志點(diǎn)，應(yīng)用Imageware軟件中的“配對(duì)點(diǎn)定位”功能，將三維照相系統(tǒng)與三坐標(biāo)儀采集的同一模型表面數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)重疊。將三坐標(biāo)儀采集數(shù)據(jù)定義為參考模型，3dMDFace三維照相系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)定義為被檢測(cè)模型，使用“點(diǎn)云偏差”功能模塊，對(duì)兩種頜面部模型數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的全面片間的距離進(jìn)行分析，所有距離均以絕對(duì)值表示，并輸出根據(jù)所有對(duì)應(yīng)面片間距離繪制的偏差分析色階圖。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

用SPSS 19.0軟件計(jì)算兩種采集方法前后3次測(cè)量值的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient, ICC)，評(píng)估研究者自身測(cè)量的可靠性。采用配對(duì)t檢驗(yàn)比較兩種系統(tǒng)獲取的9個(gè)特征線距和4個(gè)鼻唇部區(qū)域面積測(cè)量結(jié)果的平均值，以P<0.05為差異有顯著性。

2 結(jié) 果

2.1 配準(zhǔn)研究輸出結(jié)果

在Imageware軟件中將3dMDFace三維照相系統(tǒng)與三坐標(biāo)儀分別采集的模型表面數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，兩者的偏差分析色階圖示例見圖5。圖中綠色代表偏差接近零的區(qū)域，其中深綠色代表配準(zhǔn)誤差較小的區(qū)域，誤差范圍約為0～0.3 mm；淺黃色和黃色代表誤差較大的區(qū)域，誤差范圍約為1.0～3.0 mm；橙色和紅色代表誤差范圍最大，約為3.0～5.0mm。所有偏差分析色階圖中均可見面頰部區(qū)域以深綠色為主，且分布較均勻；鼻唇部黃色區(qū)域較多，且在箭頭所示的鼻尖和唇峰處相對(duì)集中分布；口內(nèi)和模型邊緣也顯示較大誤差，此誤差是由于三坐標(biāo)儀未完整采集模型口內(nèi)區(qū)域與頜面邊緣的數(shù)據(jù)而導(dǎo)致的。

2.2 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果

計(jì)算前后3次采集所得數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(ICC)的范圍在0.953～0.999，均大于0.75，表明研究者自身測(cè)量可重復(fù)性高。

3dMDFace三維照相系統(tǒng)與三坐標(biāo)儀采集模型表面數(shù)據(jù)的各平均測(cè)量值配對(duì)t檢驗(yàn)分析結(jié)果如下：9個(gè)特征線距測(cè)量項(xiàng)目中有5個(gè)存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(見表4)，分別是健側(cè)唇長(zhǎng)、患側(cè)唇長(zhǎng)、健側(cè)唇高度、患側(cè)唇高度、鼻小柱基底點(diǎn)到健側(cè)唇峰點(diǎn)距離，P<0.01，但誤差均值在0～0.5 mm內(nèi)。在圖6中以紅色線條表示有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的特征線距，藍(lán)色線段表示無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的特征線段。4個(gè)面積測(cè)量項(xiàng)目中，僅患側(cè)唇面積存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(見表5)，P<0.05。在圖7中紅色陰影區(qū)域表示有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的區(qū)域面積，藍(lán)色陰影區(qū)域表示無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的區(qū)域面積。

圖53dMDFace系統(tǒng)與三坐標(biāo)儀采集頜面部石膏模型表面數(shù)據(jù)配準(zhǔn)結(jié)果偏差分析的色階圖示例

Fig5Thechromadiagramsshowthedeviationanalysisoftheregistrationresultsofthemaxillofacialplastermodel’ssurfacedataacquiredby3dMDfacesystemandcoordinatemeasurementmachine

表43dMDFace系統(tǒng)獲取模型特征線距與標(biāo)準(zhǔn)值配對(duì)t檢驗(yàn)結(jié)果

線性測(cè)量項(xiàng)目誤差均值和標(biāo)準(zhǔn)差(x±smm)P值全鼻寬度-0．11±0．430．330全口寬度-0．07±0．290．367鼻底裂隙寬度-0．09±0．300．294健側(cè)唇長(zhǎng)-0．28±0．06<0．001a患側(cè)唇長(zhǎng)-0．32±0．24<0．001a健側(cè)唇高度-0．42±0．23<0．001a患側(cè)唇高度-0．35±0．290．004a鼻小柱基底點(diǎn)到健側(cè)唇峰-0．33±0．18<0．001a鼻小柱基點(diǎn)部到患側(cè)唇峰0．05±0．420．667

注：a表示P<0.05，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義

表53dMDFace系統(tǒng)獲取鼻唇部區(qū)域面積與標(biāo)準(zhǔn)值的配對(duì)t檢驗(yàn)結(jié)果

面積測(cè)量項(xiàng)目誤差均值和標(biāo)準(zhǔn)差(x±smm2)P值健側(cè)唇-7．05±16．470．120患側(cè)唇-8．44±12．200．018a健側(cè)鼻-3．72±15．470．368患側(cè)鼻-1．31±9．920．616

注：a表示P<0.05，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義

圖6鼻唇部特征線距測(cè)量結(jié)果示意圖(紅色項(xiàng)表示3dMDFace系統(tǒng)采集結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值之間有顯著性差異)

Fig6Thesketchmapofthenasolabiallengthmeasurements(theredlinesrepresentedthestatisticallysignificantdifferencesfoundinresultsacquiredby3dMDFacesystemcomparedtothestandardvalues)

3 討 論

現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道中，三維照相系統(tǒng)采集測(cè)量精度的定量研究主要以真人三維面相和頜面部模型三維影像為評(píng)價(jià)目標(biāo)[10]。前者采用真人評(píng)價(jià)掃描精度，最接近臨床實(shí)際應(yīng)用效果，但不足在于面部軟組織的可讓性、人在拍攝過(guò)程中面部肌肉的不自主收縮、呼吸運(yùn)動(dòng)等

因素都不利于三坐標(biāo)儀等接觸式測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行高精度測(cè)量。后者的優(yōu)點(diǎn)在于模型在掃描過(guò)程中可以被穩(wěn)定的固位，且模型表面質(zhì)地適用于接觸式測(cè)量。一直以來(lái)，石膏模型作為診斷記錄被廣泛應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。石膏模型可通過(guò)良好的固位避免掃描過(guò)程中的微運(yùn)動(dòng)，具有較好的穩(wěn)定性，故通常靜態(tài)模型比真實(shí)患者的測(cè)量精確度高[14]。因此，為了避免測(cè)量對(duì)象因素帶來(lái)的操作誤差，本實(shí)驗(yàn)選用面部翻制石膏模型作為研究對(duì)象，并固定于采集儀器的平臺(tái)或者專用架上進(jìn)行采集測(cè)量。

圖7鼻唇部面積測(cè)量結(jié)果示意圖(紅色項(xiàng)表示3dMDFace系統(tǒng)采集結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值之間有顯著性差異)

Fig7Thesketchmapofthenasolabialareameasurements(theredarearepresentedthestatisticallysignificantdifferencefoundinresultsacquiredby3dMDFacesystemcomparedtothestandardvalues)

正頜外科手術(shù)可接受的面部測(cè)量精度為1 mm，而口腔正畸和口腔修復(fù)的面部形態(tài)評(píng)價(jià)分析對(duì)三維測(cè)量精度的要求則較高[11]，本研究中盡管在唇部線距測(cè)量項(xiàng)目上三維照相系統(tǒng)的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但誤差均值都小于0.5 mm，為臨床可接受。面積測(cè)量項(xiàng)目中，患側(cè)唇面積存在顯著性差異，也印證了線距測(cè)量結(jié)果，但目前對(duì)頜面部三維圖像區(qū)域面積采集測(cè)量誤差的可接受范圍尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

3dMDFace三維照相系統(tǒng)對(duì)單側(cè)唇腭裂患者翻制石膏模型上健側(cè)唇部線距、患側(cè)唇部線距及面積的采集測(cè)量精度與金標(biāo)準(zhǔn)相比存在顯著差異，但線距誤差均小于0.5 mm，面積誤差小于8 mm2，為臨床可接受。因此，該三維照相系統(tǒng)獲取的面部軟組織三維影像數(shù)據(jù)可輔助唇腭裂患者治療計(jì)劃的制定。

[9] 李盛.單側(cè)完全性唇腭裂初期手術(shù)方法及效果評(píng)價(jià)的臨床研究[D].四川大學(xué),2006.

(1.JiangsuKeyLaboratoryofOralDiseases，Nanjing210029； 2.DepartmentofStomatology,Huai’anHospitalofTraditionalChineseMedicine,Huai’an223001; 3.DepartmentofStomatology，ZhongdaHospital，SoutheastUniversity，Nanjing210009，China； 4.DepartmentofOralMaxillofacialSurgery，AffiliatedHospitalofStomatology，NanjingMedicalUniversity，Nanjing210029； 5.DepartmentofOrthodontics，AffiliatedHospitalofStomatology，NanjingMedicalUniversity，Nanjing210029,China)

嚴(yán)斌 byan@njmu.edu.cn

R783.5

A

孫茂民)