蔣文翔，陳奕曈

（浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院/浙江大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院，浙江 杭州 310006）

頜面部軟組織三維成像在考古學(xué)、美學(xué)、人體測量學(xué)、法醫(yī)學(xué)、口腔頜面外科學(xué)、口腔正畸學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著光電技術(shù)和信息技術(shù)的進(jìn)步，制造精度的提高和成本的降低，越來越多的方法可以用于頜面部軟組織三維重建和測量，包括電子計(jì)算機(jī)斷層掃描、核磁共振、三維激光掃描、立體攝影測量（stereophotogrammetry）等。其中，立體攝影測量技術(shù)因其無創(chuàng)傷性、高速和高精確等特點(diǎn)越來越受到口腔臨床醫(yī)生及研究者的青睞。基于此，本文就立體攝影測量的發(fā)展歷史、優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用進(jìn)展、發(fā)展前景進(jìn)行綜述，以期為臨床口腔美學(xué)修復(fù)提供參考。

1 立體攝影測量的發(fā)展歷史

頜面部軟組織三維重建和測量最早可以追溯到古埃及和古希臘時(shí)期的雕塑和繪畫藝術(shù)，經(jīng)歷了直接測量、模型測量和攝影測量（photogrammetry）的3個(gè)階段。直接測量簡單、廉價(jià)，但是精度不高，尤其難以測量復(fù)雜精密、空間分布的頜面部軟組織。模型測量是對面部制取印模，灌制模型，在模型上繪出等高線，再進(jìn)行手工或計(jì)算機(jī)輔助測量，該方法廉價(jià)，可反復(fù)進(jìn)行，但是操作繁瑣，患者接受性較差，取模時(shí)可引起軟組織變形。因此，臨床中需要有一種簡單、不引起物體變形、精確、可長期保存的測量方法。攝影測量的出現(xiàn)滿足了這一需要。

攝影測量是一種利用電磁波對物體的形態(tài)、空間關(guān)系、運(yùn)動(dòng)和變形等信息進(jìn)行獲取、記錄和轉(zhuǎn)化的科學(xué)和技術(shù)。常見的電磁波包括可見光、紅外線、微波、X射線等。19世紀(jì)40年代，研究者開始使用平面攝影結(jié)合類似等高線的制圖方法，重建面部三維形態(tài)，但這種測量方法需要大量冗雜辛苦的工作，而且耗資不菲。立體攝影測量（stereophotogrammetry）是一種光學(xué)三維成像技術(shù)，它利用兩臺(tái)以上相機(jī)組成立體相機(jī)組，得到物體多個(gè)角度的照片，從而建立物體表面三維形態(tài)。立體攝影測量有被動(dòng)式和主動(dòng)式兩種類型。被動(dòng)式三維成像技術(shù)采用非結(jié)構(gòu)照明方式，通過匹配不同視覺方向的二維圖像來重建物體三維形態(tài)，該種方式計(jì)算量很大，準(zhǔn)確度不能保證。1952年，Zeller利用這種方法進(jìn)行面部軟組織的拍攝和測量，但由于測量誤差較大以及設(shè)備龐大昂貴，沒有得到廣泛的應(yīng)用。主動(dòng)式三維成像技術(shù)采用預(yù)定的光源照射物體，利用光學(xué)效應(yīng)計(jì)算光與物體的距離，極大改善了成像的準(zhǔn)度、精度、速度和重復(fù)性。到了70年代，一種基于粗光柵陰影法的攝影測量技術(shù)——莫爾等高法開始出現(xiàn)并得到了廣泛的應(yīng)用。莫爾等高法因其成像快、裝置輕巧、操作簡便、價(jià)格低廉，精度與當(dāng)時(shí)的立體攝影技術(shù)相當(dāng)，且可與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合進(jìn)行數(shù)字化處理和分析，迅速運(yùn)用于法醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、口腔醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。此后又逐漸發(fā)展出三維激光掃描技術(shù)、結(jié)構(gòu)光掃描技術(shù)等。目前使用較為廣泛的面部立體攝影測量和重建的產(chǎn)品大多基于主動(dòng)式光學(xué)成像技術(shù)，代表成品有C3D成像系統(tǒng)、Genex 3D攝像系統(tǒng)、DSP400系統(tǒng)、Di3D系統(tǒng)和3dMD表面成像系統(tǒng)等。

2 立體攝影測量的優(yōu)缺點(diǎn)

立體攝影測量技術(shù)在頜面部軟組織測量方面有很多優(yōu)點(diǎn)，包括：①非介入性、安全、無創(chuàng)、可對非治療性人群進(jìn)行研究；②圖像采集快，無運(yùn)動(dòng)偽影，不受面部表情變化影響，有利于標(biāo)志點(diǎn)辨認(rèn)；③數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方便，查詢便捷，數(shù)據(jù)可用于隨后的形態(tài)學(xué)研究；④測量速度快，精度高，節(jié)約人力和時(shí)間；⑤無接觸，可使患者處于自然解剖位置；⑥配套模擬軟件及治療方案，醫(yī)患溝通方便，患者配合度較高。但目前該技術(shù)也存在一些局限性，比如無法捕捉毛發(fā)，影響前額、耳朵、胡子等部位的成像，此外油性皮膚、化妝品會(huì)影響成像質(zhì)量，此外頜面部標(biāo)志定點(diǎn)也可能有誤差。

3 立體攝影測量與口腔美學(xué)分析

從雕塑藝術(shù)家、口罩生產(chǎn)廠商到游戲設(shè)計(jì)師，從頜面外科醫(yī)生、口腔正畸醫(yī)生到口腔修復(fù)醫(yī)生，無不對口腔頜面部標(biāo)志點(diǎn)的解剖位置、線段長度、角度的正常生理范圍和美學(xué)范圍感興趣。高懃等利用立體攝影測量方法對55例正常人頜面部解剖標(biāo)志進(jìn)行了測量，獲得頜面部各標(biāo)志點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)；測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)鼻寬度均數(shù)為39 mm，口裂寬度均數(shù)為54 mm，可以作為全口義齒修復(fù)時(shí)選擇前牙的參考，即選擇前牙時(shí)，應(yīng)在鼻寬度數(shù)上加3～4 mm；其次，研究得到面部垂直距離的平均值，面上部為70 mm，面中部為63 mm，面下部為64 mm，且無性別差異。此值可作為咬合重建患者確定垂直距離的參考。李晶等利用三維面部成像系統(tǒng)采集44名年輕人休息位和姿勢性微笑位的面部信息，結(jié)果發(fā)現(xiàn)姿勢性微笑時(shí)的面部變化存在左右不對稱，而且這種變化量在不同性別和不同部位中都有所不同，在鼻唇溝為主的口唇區(qū)域變化更大。

4 立體攝影測量與口腔咬合重建

在口腔咬合重建中，通常需要對患者的上下頜關(guān)系進(jìn)行面弓轉(zhuǎn)移，同時(shí)將口唇關(guān)系標(biāo)記在石膏模型上。有了面部立體攝影測量技術(shù)，就可以將口腔頜面部軟硬組織的三維影像分別獲取后進(jìn)行重疊，從而得到一個(gè)數(shù)字化模擬患者，在模擬患者中測量面下三分之一高度、上頜合平面參考線、前牙顯露量、頰廊寬度等，進(jìn)行診斷分析和模擬修復(fù)，從而更快更好地實(shí)現(xiàn)功能和美學(xué)相協(xié)調(diào)的咬合重建效果。Schweiger J等利用咬合記錄印模和面部三維掃描技術(shù)，在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行全口義齒模擬排牙以及虛擬試牙，嘗試對傳統(tǒng)的復(fù)診試牙步驟進(jìn)行補(bǔ)充甚至替代。但這種方法存在的缺陷是尚不能評估下頜頜位關(guān)系和戴入義齒后的發(fā)音間隙等。Hassan B等提出了采用CADCAM方法，整合三維口掃數(shù)據(jù)與三維面掃數(shù)據(jù)，進(jìn)行種植體支持的全口義齒的設(shè)計(jì)和制作的完整流程。

5 立體攝影測量與顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病

顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病是口腔修復(fù)中需要特別關(guān)注的一個(gè)疾病，影響修復(fù)治療的難度、效果和預(yù)后。下頜運(yùn)動(dòng)軌跡記錄是輔助診斷顳下頜關(guān)節(jié)病的一個(gè)輔助方法，在關(guān)節(jié)盤移位、關(guān)節(jié)囊松弛、髁突骨質(zhì)異常和咀嚼肌群的紊亂等方面具有一定的診斷價(jià)值。目前臨床上記錄下頜運(yùn)動(dòng)軌跡的方法主要分為機(jī)械法、光學(xué)法、電磁法和超聲波法等手段，其中最常用的方法是采用光學(xué)測量技術(shù)的計(jì)算機(jī)輔助髁突運(yùn)動(dòng)軌跡描記儀，也稱為運(yùn)動(dòng)面弓。國內(nèi)學(xué)者發(fā)明了一種基于計(jì)算機(jī)雙目視覺和二維圖像特征識(shí)別技術(shù)的下頜運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤裝置及控制方法，可記錄下頜運(yùn)動(dòng)軌跡，其測量誤差在100 μm以內(nèi)。

6 立體攝影測量與磨牙癥

磨牙癥是一種口腔慢性疾病，可能引起下頜肌肉酸痛、牙齒磨損、修復(fù)體失敗等臨床癥狀。磨牙癥診斷的金標(biāo)準(zhǔn)是多導(dǎo)睡眠圖，但是該診斷技術(shù)操作復(fù)雜、費(fèi)用昂貴、舒適度差。立體攝影測量技術(shù)為磨牙癥的診斷提供了一個(gè)新的方向。Motta LJ等采用立體攝影測量研究了頭部姿勢與3～6歲兒童磨牙癥發(fā)生率的關(guān)系，結(jié)果顯示相比于正常兒童，磨牙癥患兒有著更大的頸傾角（cervical angle），表明磨牙癥患兒頭部姿勢改變比正常兒童大，且立體攝影測量在磨牙癥診斷中有一定的潛力。

7 發(fā)展前景

目前口腔醫(yī)生在臨床上可以分別通過CBCT儀器、口內(nèi)掃描儀和面部成像設(shè)備獲得患者的頜骨、牙列和面部軟組織的各種數(shù)據(jù)，那么如何將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，從而創(chuàng)造出一個(gè)虛擬的集合了牙-頜-面的三維虛擬患者就成了研究的熱點(diǎn)。由于所有的數(shù)據(jù)都可以傳入計(jì)算機(jī)，并保存為相同的格式，事實(shí)上這種擬合對于個(gè)體病人來說并不復(fù)雜。Rangel FA等于2008年嘗試了口內(nèi)掃描數(shù)據(jù)和面部三維數(shù)據(jù)的擬合，用于美學(xué)修復(fù)和正畸術(shù)中術(shù)后評估。Naudi KB等于2013年嘗試了面部三維數(shù)據(jù)與CBCT數(shù)據(jù)的擬合。Joda T等于2015年報(bào)道了一種融合口內(nèi)掃描數(shù)據(jù)、CBCT數(shù)據(jù)和面部三維數(shù)據(jù)創(chuàng)建三維虛擬牙科患者的工作流程。還有研究人員正在試圖將時(shí)間引入?yún)⒖枷担瑒?chuàng)建四維的虛擬牙科患者。相信未來的立體攝影測量技術(shù)可以得到更大的突破，在口腔修復(fù)學(xué)領(lǐng)域中有更大的應(yīng)用前景。