劉 敏，章君蕩，葉紅強，趙一姣，趙旭斌，趙文艷，劉云松△，周永勝

(1. 北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院·口腔醫(yī)院，修復(fù)科 國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心 口腔數(shù)字化醫(yī)療技術(shù)和材料國家工程實驗室 口腔數(shù)字醫(yī)學(xué)北京市重點實驗室，北京 100081； 2. 北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院·口腔醫(yī)院口腔醫(yī)學(xué)數(shù)字化研究中心，北京 100081； 3. 銀川市口腔醫(yī)院口腔修復(fù)科，銀川 750002； 4. 銀川市口腔醫(yī)院口腔種植科，銀川 750002)

口腔數(shù)碼照片是一種常見的臨床資料存儲方式，也是口腔疾病診斷、分析、修復(fù)體設(shè)計及學(xué)術(shù)交流、醫(yī)技醫(yī)患交流的重要媒介，特別是在數(shù)字化美學(xué)設(shè)計中具有重要作用，因此在口腔臨床工作中日益普及，并受到眾多臨床同行的重視。由于口腔攝影的拍攝對象是牙齒，位于口內(nèi)，受到口內(nèi)光線不足的拍攝環(huán)境的特殊性影響，口腔微距攝影需要使用單反相機配合專業(yè)微距鏡頭成像，同時需要環(huán)形閃光燈或雙點閃光燈進行補光。專業(yè)相機需使用手動M檔，對光圈、速度、感光度、白平衡、焦距進行參數(shù)設(shè)置，需要攝影者接受較為專業(yè)的培訓(xùn)后才能熟練掌握，而且照片往往需要導(dǎo)入到電腦中才能進行分享傳輸。

近年來隨著智能手機的發(fā)展和普及，手機相機以其操作簡便、成像實時預(yù)覽、便于網(wǎng)絡(luò)傳輸、利于溝通交流等優(yōu)點，在生活中受到人們的青睞。憑借著智能手機處理器的提升，手機相機軟件的算法不斷優(yōu)化，手機鏡頭也由單一鏡頭向多焦段組合鏡頭成像發(fā)展，因此能夠滿足更加復(fù)雜多樣的拍攝場景和拍攝模式，手機的微距攝影功能也得到了實現(xiàn)。

口腔攝影的口內(nèi)暗環(huán)境需要進行特殊的布光，但目前手機內(nèi)置的閃光燈無法滿足口腔攝影的要求，Smile Lite MDP便攜攝影系統(tǒng)正是基于這樣的背景產(chǎn)生的，它是一個基于口腔攝影布光要求的發(fā)光二極管(light emitting diode，LED)光源的發(fā)光燈箱，配合智能手機能獲得口內(nèi)的數(shù)碼照片。但是，Smile Lite MDP便攜攝影系統(tǒng)剛開始進入臨床，國內(nèi)外均缺乏相關(guān)文獻參考，各種攝影參數(shù)設(shè)置需要研究明確。本研究目的是對Smile Lite MDP便攜口腔攝影系統(tǒng)在前牙美學(xué)攝影中的應(yīng)用進行探索，降低口腔攝影的設(shè)備條件和技術(shù)難度，促進更加便捷、有效的醫(yī)患、醫(yī)技交流。

1 資料與方法

1.1 設(shè)備與軟件

研究所用設(shè)備包括Smile Lite MDP(Smile Lite Mobile Dental Photograph，Smile Line，瑞士)、智能手機(Mate20 Pro，HUAWEI，中國)、單鏡頭反光數(shù)碼相機(EOS 60D，Canon，日本)、微距鏡頭(EF 100 mm f/2.8L IS USM，Canon，日本)、微距環(huán)形閃光燈(MR-14EX Ⅱ，Canon，日本)。研究所用測量軟件為Adobe Photoshop CC 2018(Adobe，美國)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件為SPSS 20.0(IBM，美國)。

1.2 研究對象

選擇2019年4—8月就診于北京大學(xué)口腔醫(yī)院修復(fù)科的患者20名，本研究獲得了北京大學(xué)口腔醫(yī)院生物醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(PKUSSIRB-201734043)， 所有研究對象參加實驗前均簽署了知情同意書。

拍攝對象的納入標準：上前牙牙列完整，排列基本整齊。排除標準：上前牙前突，牙面有正畸托槽附件，其他原因影響牙齒寬度測量。

1.3 Smile Lite MDP系統(tǒng)適宜拍攝條件的探索

使用華為Mate20 Pro手機相機的專業(yè)模式，自動對焦模式，快門速度設(shè)為自動，感光度設(shè)為自動，室內(nèi)日光燈環(huán)境。色溫分別設(shè)置為4 500 K、4 750 K、5 000 K、5 250 K、5 500 K、5 750 K、6 000 K。Smile Lite MDP系統(tǒng)分別開啟1、2、3、4檔兩側(cè)LED燈(Lateral LED)，1、2、3、4檔中央LED燈(Central LED)，僅開啟手機內(nèi)置閃光燈，不使用任何額外光源(圖1)。在以上色溫條件和光源條件下拍攝相應(yīng)70張照片。

首先通過主觀評價所拍攝照片的顏色進行初步篩選，排除4 500 K、5 500 K、5 750 K、6 000 K組顏色偏差明顯者，排除手機內(nèi)置閃光燈組和無額外光源組6張曝光明顯不足者。上前牙兩側(cè)LED光源拍攝效果優(yōu)于中央LED光源，因此排除中央LED光源組，排除組不納入后續(xù)評價。Smile Lite MDP系統(tǒng)不同光強的拍攝效果略有差異，2檔光強的效果相對較優(yōu)。

4 750 K、5 000 K、5 250 K色溫條件下2檔光強為拍照效果相對較好的3張照片(圖2)，納入醫(yī)師和技師參與的拍攝效果視覺模擬評分法量表(visual analogue scale/score, VAS)評價。采用盲法，由6位副主任醫(yī)師以上職稱的修復(fù)醫(yī)師及6位修復(fù)工藝主管技師參與效果評價。評價方式是評價者在自然光條件下觀察拍攝對象的牙列情況，然后觀看上述不同條件下的拍攝照片，通過VAS量表評估照片牙齒顏色和形態(tài)的還原度，每位醫(yī)師和技師在照片對應(yīng)的評估表上進行標記打分，在VAS量表上，最左邊的位置表示“非常不相符”，代表分值為0，最右邊表示“非常相符”，代表分值為10，研究者使用電子測量卡尺測量從左到右的評分長度，計算相應(yīng)得分，對照片的評分進行統(tǒng)計學(xué)分析。

1.4 Smile Lite MDP系統(tǒng)拍攝上中切牙正面寬度比的定量分析

分別用Smile Lite MDP系統(tǒng)及單反相機拍照系統(tǒng)獲得牙列正面咬合照片，以Smile Lite MDP系統(tǒng)配套支架固定手機及Smile Lite MDP閃光燈裝置。按照1.3小節(jié)中得到的最佳拍攝條件設(shè)置手機和Smile Lite MDP光源，拍攝放大倍率分別設(shè)置為2、3、4倍，取景范圍為以牙列范圍為界，對應(yīng)的拍攝距離分別為10、15、20 cm，拍攝時受試者取坐姿，用拉鉤牽拉嘴唇暴露全牙列，保持牙尖交錯位，正對鏡頭使中切牙唇面垂直于鏡頭，中切牙中線垂直于地面，調(diào)整好適當(dāng)?shù)呐臄z距離使拍攝范圍為全牙列，以上中切牙牙齦乳頭作為對焦點，手持無線快門拍攝上下前牙正面咬合照(圖3)。用三腳架固定單反相機拍照系統(tǒng)，按照《中華口腔醫(yī)學(xué)會口腔美學(xué)專業(yè)委員會口腔美學(xué)臨床攝影規(guī)范》進行拍攝[1]，相機設(shè)置為手動M檔，光圈f 25，快門速度1/125，白平衡設(shè)置為閃光燈模式，放大倍率設(shè)置為3倍，環(huán)形閃光燈M/4模式。同一受試者通過Smile Lite MDP系統(tǒng)和單反相機拍照系統(tǒng)各拍攝一張上下前牙正面咬合照分別作為實驗組和對照組(圖3)。

測量上前牙正面像寬長比。將同一受試者的照片導(dǎo)入Adobe Photoshop CC 2018軟件，嵌入同一畫布文件中，在畫布中添加參考線，通過旋轉(zhuǎn)圖片再次矯正照片水平角度，確保兩照片的中切牙中線垂直于水平面，保證兩張照片在水平面上無角度差異。使用矩形選框工具，矩形選框的邊界分別與上前牙齦緣頂點和切緣頂點接觸，矩形選框的左右邊界與上前牙左右邊緣嵴最凸點接觸，通過矩形選框測量上前牙照片的長寬值，由同一研究人員進行測量。計算中切牙寬長比、中切牙寬度與側(cè)切牙寬度比、尖牙寬度與側(cè)切牙寬度比，并進行統(tǒng)計學(xué)分析，評價變形量。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

采用IBM SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析，醫(yī)師及技師對Smile Lite MDP系統(tǒng)拍攝前牙照片的滿意程度VAS評分為計量資料，進行單因素方差分析，而后進一步進行LSD(least-significant difference)多重比較。兩種拍攝系統(tǒng)拍攝的上前牙測量比為配對試驗設(shè)計的計量資料，采用配對t檢驗。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 Smile Lite MDP系統(tǒng)拍攝上前牙照片的效果評價

三種色溫條件下拍攝前牙正面照(圖2)，醫(yī)師及技師的VAS評價結(jié)果見表1。單因素方差分析表明，醫(yī)師評價組中4 750 K、5 000 K、5 250 K三組間的VAS評分差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。進一步采用LSD檢驗多重比較表明，三組之間兩兩比較差異也有統(tǒng)計學(xué)意義，得分的排序為5 000 K>4 750 K>5 250 K。技師評價組的統(tǒng)計學(xué)結(jié)果與醫(yī)師組一致。

2.2 Smile Lite MDP系統(tǒng)拍攝上中切牙正面寬度比的定量分析

2.2.1中切牙正面寬長比 Smile Lite MDP系統(tǒng)分別在2、3、4倍放大率下拍攝的中切牙寬長比與單反相機拍照系統(tǒng)拍攝的同側(cè)同名中切牙寬長比的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05，表2)。

表1 VAS量表評價Table 1 VAS scale evaluates

Group A, correlated colour temperature (CCT) 4 750 K and lateral light emitting diode (LED); Group B, CCT 5 000 K and lateral LED; Group C, CCT 5 500 K and lateral LED. VAS, visual analogue scale/score; SD, standard deviation.

表2 Smile Lite MDP系統(tǒng)與單反相機拍照系統(tǒng)拍攝上前牙正面寬度比的配對t檢驗分析Table 2 Paired t test analysis of frontal width ratio of anterior teeth taken by Smile Lite MDP system or by Digital Single Lens Reflex Camera system

B, Smile Lite MDP system, magnification 1 ∶2; C, Smile Lite MDP system, magnification 1 ∶3; D, Smile Lite MDP system, magnification 1 ∶4. WC, width of canine; WL, with of lateral insicor; WI, width of insicor; HI, height of insicor.

2.2.2上前牙正面寬長比 Smile Lite MDP系統(tǒng)分別在2、3倍放大率下拍攝的上前牙與單反相機拍照系統(tǒng)拍攝的上前牙相比，同側(cè)同名尖牙與側(cè)切牙、中切牙與側(cè)切牙的正面寬度比的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。Smile Lite MDP系統(tǒng)在4倍放大率下拍攝的上前牙與單反相機拍照系統(tǒng)拍攝的上前牙相比，同側(cè)同名尖牙與側(cè)切牙、中切牙與側(cè)切牙的正面寬度比的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05，表2)。

3 討論

口腔攝影的要求是正確的曝光、準確的色彩還原、真實的外形輪廓，在美學(xué)攝影中這三要素尤為重要[2]。有研究表明，單反數(shù)碼相機、微距鏡頭、微距閃光燈的組合可以達到色彩還原基本準確的效果，是口腔攝影的必備器材[3]。以往便攜型手機的相機雖然有“近攝功能”，但仍不適用于口腔攝影，一方面，這些相機不能連接專用的微距攝影燈，不能達到最佳的曝光和色彩還原水平；另一方面，這些相機不能進行個性化的拍攝參數(shù)設(shè)置，而白平衡的設(shè)置錯誤也會造成色彩還原偏差[4]。白平衡是從照片中去除不切實際色彩的過程，消除不同光源的影響非常重要，圖像應(yīng)該忠實地再現(xiàn)牙齦、口腔黏膜等軟組織以及牙齒硬組織的正確顏色[5]。隨著科技的發(fā)展，智能手機的攝影功能迅速發(fā)展，目前已經(jīng)可以通過軟件內(nèi)置的算法模擬專業(yè)相機的個性化參數(shù)設(shè)置。手機專業(yè)模式下可調(diào)整的參數(shù)包括快門速度、感光度、曝光補償、對焦模式、白平衡。曾有研究者利用手機相機軟件中的彩色-黑白切換模式進行牙齒比色的明度選擇[6]，但由于缺乏微距攝影燈的輔助，手機拍攝的照片還無法滿足前牙美學(xué)攝影的需求。本研究中使用的Smile Lite MDP便攜攝影系統(tǒng)為手機相機提供了微距攝影的補充光源，使攝影成像的曝光和色彩還原能力大幅度提高。在探索Smile Lite MDP色彩還原準確性的實驗中，Smile Lite MDP光源與使用手機內(nèi)置閃光燈相比能明顯改善拍攝質(zhì)量，色溫5 000 K的白平衡設(shè)置能更好地還原口腔內(nèi)的色彩，受到了臨床醫(yī)師和修復(fù)技師的一致認可。

Smile Lite MDP光源的不同強度能拍攝到不同曝光效果的照片，1檔光強曝光略顯不足，2、3、4檔光強的拍攝效果類似，沒有出現(xiàn)過度曝光的情況?？紤]到光強越大電源耗能越多，故2檔光強為最優(yōu)設(shè)置。由于手機相機的快門時間設(shè)置為自動，通過查看照片文件的快門時間，我們發(fā)現(xiàn)隨著Smile Lite MDP閃光燈強度的增加，手機快門速度從1/100 s逐漸加快，說明手機可以通過調(diào)整快門時間平衡曝光量防止過曝，同時，照片的感光度值也保持在100以下[2]，可以避免產(chǎn)生過多的噪點，從而保證手機相片的成像質(zhì)量。

對于前牙大范圍美學(xué)修復(fù)來講，拍攝重點都集中在前牙至雙尖牙區(qū)域，有學(xué)者建議選擇雙頭閃光燈進行拍攝[7]。開啟Smile Lite MDP兩側(cè)LED燈源，拍攝效果類似于使用單反相機拍照系統(tǒng)的雙點閃光燈影像，側(cè)向光能光斑外移到牙齒邊緣嵴位置，能更好地展現(xiàn)多顆前牙的整體形態(tài)，能反映牙齒表面的細節(jié)，便于進行美學(xué)分析。但是，使用雙頭閃光燈拍攝前牙正面咬合影像時，易在兩側(cè)頰間隙處形成黑影，導(dǎo)致后牙區(qū)信息的缺失[7]。Smile Lite MDP便攜攝影系統(tǒng)的光源位置較為集中，類似于減小了雙頭閃光燈的距離，因此能夠減少在兩側(cè)頰間隙處形成的暗角，減少后牙信息缺失，但是同時也限制了光源輻射的范圍，需要控制好被拍攝物體的距離。本研究中，為了探索合適的拍攝距離，我們檢測了2～5倍變焦范圍內(nèi)上頜牙列正面相的拍攝效果，發(fā)現(xiàn)2倍變焦、拍攝距離為10 cm可獲得全牙列范圍，3～4倍變焦、拍攝距離為15～20 cm可獲得全牙列范圍，5倍變焦、拍攝距離為25 cm可獲得全牙列范圍。由于Smile Lite MDP光源的輻射范圍較為有限，5倍變焦時照片曝光不足，因此，選擇2、3、4倍變焦范圍進行實驗，并通過測量計算上前牙正面寬度比，最終得出4倍變焦引入的畸變較小，是美學(xué)分析中可以接受的范圍。

Lombardi[8]在1973年將黃金比例的概念引入牙科領(lǐng)域，以實現(xiàn)患者面部輪廓和牙齒之間的平衡，Levin[9]通過運用視覺和知覺原理，改進了牙科黃金比例的概念。Snow[10]的研究進一步闡述了上前牙正面寬度比的關(guān)系，Richer[11]強調(diào)黃金比例是規(guī)劃美學(xué)前修復(fù)的指導(dǎo)原則。以往多項研究分析不同人種之間上前牙正面寬度的比例，為上前牙美學(xué)分析設(shè)計提供了依據(jù)[12-15]。臨床數(shù)碼照片的二維圖像分析是經(jīng)典的前牙美學(xué)修復(fù)分析方法，是使用圖像處理軟件在臨床二維數(shù)碼照片的基礎(chǔ)上繪制美學(xué)參考線，進行美學(xué)分析和美學(xué)設(shè)計。相片的畸變是衡量數(shù)碼相機整體性能的一個重要指標，畸變代表了數(shù)碼相機在實際拍攝后物和像幾何尺寸的變形程度。數(shù)碼相機鏡頭的畸變是主要因素，因此口腔攝影中使用畸變最小的微距鏡頭[16]。本研究在20個受試對象中選取了5個前牙牙弓相對較平者，對其中切牙的寬長比進行了實際測量，并且與單反相機拍照系統(tǒng)拍攝照片中測量的中切牙寬長比進行了配對t檢驗，P>0.05，說明單反相機拍攝的中切牙正面寬長比和實際測量中切牙正面寬度比的結(jié)果之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義。目前，智能手機的相機可以通過多鏡頭組合和軟件算法控制畸變，這對于口腔攝影而言非常重要。本研究以單反相機拍照系統(tǒng)作為標準對照組[1-3, 16]，檢測了Smile Lite MDP系統(tǒng)獲取照片的畸變，發(fā)現(xiàn)同名中切牙的寬長比、同名中切牙與側(cè)切牙正面寬度比、同名尖牙與側(cè)切牙正面寬度比只有在Smile Lite MDP系統(tǒng)4倍變焦時差異才不具有統(tǒng)計學(xué)意義，而2倍、3倍的放大率時出現(xiàn)了偏差，可能是因為手機相機采用2倍、3倍放大率時拍攝距離較近，手機鏡頭容易產(chǎn)生魚眼效應(yīng)，并且智能手機的相機微距算法在放大倍率較小時仍存在無法消除的魚眼效應(yīng)。由此我們得出，使用Smile Lite MDP便攜式口腔攝影系統(tǒng)時，4倍變焦的設(shè)置為最佳條件。為了控制拍攝角度誤差引入的影響，本研究對左右兩側(cè)的同名牙都進行了相應(yīng)的測量和統(tǒng)計，結(jié)果差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，說明只要掌握適當(dāng)拍攝技術(shù)，Smile Lite MDP系統(tǒng)在拍攝角度方面也不會出現(xiàn)額外的偏差，證明該系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)呐臄z條件下能獲得適用于前牙美學(xué)分析的臨床數(shù)碼照片。

相對于傳統(tǒng)的單反相機拍照系統(tǒng)，Smile Lite MDP系統(tǒng)具有以下幾點優(yōu)勢：(1)經(jīng)濟成本低；(2)拍攝方式易于掌握，操作簡便，節(jié)省拍照時間；(3)便于通過網(wǎng)絡(luò)分享照片，方便醫(yī)技、醫(yī)患溝通；(4)近年的智能手機已經(jīng)開發(fā)出多款美學(xué)設(shè)計的應(yīng)用程序，例如EZ美學(xué)、IvoSmile等，Smile Lite MDP系統(tǒng)可以輔助拍出高質(zhì)量的相片，然后直接在手機上進行美學(xué)分析設(shè)計。目前，在皮膚科、心內(nèi)科等領(lǐng)域，基于手機相機、軟件及網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合建立遠程診斷系統(tǒng)的探索性研究并不少見[17-19]。隨著手機軟件功能的開發(fā)，Smile Lite MDP系統(tǒng)還有望在結(jié)合面部攝影的基礎(chǔ)上建立口腔顏面部的虛擬3D模型，進一步拓展其在前牙美學(xué)修復(fù)方面的應(yīng)用。當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)突破了時間和空間的壁壘，但由于手機和網(wǎng)絡(luò)傳播信息的開放性，也不可避免地為患者臨床資料的安全性帶來了隱患，因此，應(yīng)用基于手機網(wǎng)絡(luò)的診療系統(tǒng)的同時，臨床醫(yī)生應(yīng)提高網(wǎng)絡(luò)信息安全的意識。

綜上，Smile Lite MDP系統(tǒng)配合智能手機可以獲得較高質(zhì)量的前牙照片，使口腔臨床攝影更加便捷，為口腔修復(fù)醫(yī)生的美學(xué)設(shè)計，信息傳遞，醫(yī)患、醫(yī)技交流提供了便利，同時，此系統(tǒng)在美容整形領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景，有望服務(wù)于更多的患者，提升醫(yī)療質(zhì)量，節(jié)約醫(yī)療成本。