多基線數(shù)字近景攝影測量技術(shù)在口腔顏面部三維成像和測量中的應(yīng)用

彭春

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬永川醫(yī)院口腔科，重慶402160）

多基線數(shù)字近景攝影測量技術(shù)在口腔顏面部三維成像和測量中的應(yīng)用

彭春

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬永川醫(yī)院口腔科，重慶402160）

目的：探討多基線數(shù)字近景攝影測量技術(shù)在口腔顏面部三維成像和測量中的應(yīng)用。方法：應(yīng)用普通數(shù)碼相機(jī)對口腔顏面部進(jìn)行拍攝并獲得多幅重疊無序的照片，采用多基線數(shù)字近景攝影系統(tǒng)對照片進(jìn)行處理。結(jié)果：對顏面部組織長度及寬度測量上與傳統(tǒng)手工測量方法相比無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05）。結(jié)論：多基線數(shù)字近景攝影測量技術(shù)操作簡單、測量準(zhǔn)確、對設(shè)備要求低，可用于口腔顏面部三維成像的測量中。

多基線數(shù)字近景攝影測量技術(shù)；口腔顏面部；三維成像

在口腔正畸及正頜外科治療中常常需要對病人的顱面軟組織進(jìn)行分析與測量，以診斷其顱頜面發(fā)育情況如有無缺損畸形、發(fā)育過度或不足［1］。多基線數(shù)字近景攝影測量技術(shù)可同時獲取多種形式的數(shù)字化產(chǎn)品，如數(shù)字線劃圖、三維點(diǎn)云、數(shù)字高程模型、正射影像等［2］。本研究將對口腔顏面部需進(jìn)行矯形的患者術(shù)前應(yīng)用多基線數(shù)字近景攝影測量技術(shù)了解患者口腔顏面部生理解剖結(jié)構(gòu)，以提高了手術(shù)可靠性及安全性。

1 材料

1.1 臨床資料

選取本院符合測量標(biāo)準(zhǔn)的正常受試者28名為研究對象，患者口腔顏面部形態(tài)無異常且無正畸、正頜及外傷史，其中男性16名，女性12名，年齡在21-28歲之間平均（24.2±3.5）歲。

1.2 相機(jī)及計算機(jī)的選擇

采用Canon EOS600D單反數(shù)碼相機(jī)作為攝影器材。該相機(jī)可減少圖像處理時間，定焦鏡頭的位置的改變較為固定，可避免過多誤差進(jìn)而影響測量結(jié)果。采用操作系統(tǒng)為Microsoft Windows7旗艦中文版對數(shù)據(jù)及圖像進(jìn)行處理。

2 方法

（1）多基線數(shù)字近景攝影測量技術(shù)三維模型重建：利用多基線數(shù)字近景攝影測量技術(shù)，應(yīng)用多基線拍攝方式，確保相鄰圖像覆蓋率＞60%［3］。獲取照片后將照片導(dǎo)入自行設(shè)計的程序中以獲得口腔顏面部三維數(shù)字模型，以STL工程文件及PLY格式文件輸出圖像。具體方法如下：①校正相機(jī)：數(shù)碼相機(jī)鏡頭容易發(fā)生畸變，而鏡頭畸變可導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)較大的誤差。本研究通過采用液晶顯示器上安裝的網(wǎng)絡(luò)對相機(jī)焦距進(jìn)行校正，采用垂直、水平方法對液晶顯示屏左上、左下、右上、右下等部分進(jìn)行拍攝，并各獲得兩張網(wǎng)格圖。將圖片導(dǎo)入相機(jī)中進(jìn)行校正，以獲得基本初始參數(shù)。②受試者坐在可自我調(diào)節(jié)的凳子上，注視著一面具有標(biāo)準(zhǔn)水平線和垂直線標(biāo)記的鏡子。他們的眼睛需與水平線一齊，面部中線與垂直線一齊。調(diào)整座位高度，以協(xié)助受試者實現(xiàn)自然頭位(NHP)。指導(dǎo)受試者做吞咽動作，要求他們在掃描之前下頜處于放松位置。在相同的時間間隔拍攝，總拍攝時間約9.5秒。如果受試者在拍攝時移動，則重復(fù)拍攝程序。每一個受試者產(chǎn)生一個原始數(shù)據(jù)集，包括左、右側(cè)拍攝圖像，拍攝基線（T1）和一個星期內(nèi)的拍攝（T2）。③將圖像導(dǎo)入自行設(shè)計的程序中，經(jīng)程序處理后可獲得三維點(diǎn)云，將三維點(diǎn)云導(dǎo)入Meshlab［4］軟件中，采用曲面擬合的方式生成三角化網(wǎng)格以獲得三維圖像。

（2）采用多基線數(shù)字近景攝影測量圖像后，首先應(yīng)用手工測量方式對受試者進(jìn)行測量。測量項目包括ft-ft（前額寬），go-go（下頜寬），gn-go(L)（下頜深）；眶部的2項：ex-go(L)（頰高），可以看到構(gòu)成這些項目的點(diǎn)有ft（前額點(diǎn)），go（下頜角點(diǎn)），gn（頦下點(diǎn)）與t（耳屏上屆切跡點(diǎn)）。ft和go點(diǎn)需要觸摸方可在面部準(zhǔn)確定點(diǎn)。gn點(diǎn)處于面下部的轉(zhuǎn)折部位，與頸部的反差較小，在直接測量時依靠捫診來確定，而在電腦屏幕的正面圖像中定點(diǎn)難以把握，且此點(diǎn)受拍攝時頭位的影響較大。測量方法為由同一操作者，每隔一周，采用游標(biāo)卡尺對受試者進(jìn)行測量項目進(jìn)行手工測量三次，并取其平均值；隨后在軟件中測量三次并取其平均值。

（3）統(tǒng)計學(xué)分析：應(yīng)用SPSS17.0統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行分析，計量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間比較采用t檢驗，P＜0.05具有統(tǒng)計學(xué)差異。

3 結(jié)果

多基線數(shù)字近景攝影測量技術(shù)可獲得與口腔顏面部形態(tài)相似的三維數(shù)字模型，并能有效識別顏面部輪廓。在顏面部組織長度及寬測量上與傳統(tǒng)手工測量方法相比無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05），見表1。

表1 不同測量方法結(jié)果對比（mm n=28）

表1 不同測量方法結(jié)果對比（mm n=28）

項目手工測量多基線數(shù)字近景攝影t值P值ft-ft102.328±0.044103.025±0.0450.112＞0.05 go-go67.247±0.00967.248±0.0090.086＞0.05 gn-go(L)36.688±0.01337.686±0.0120.079＞0.05 ex-go(L)49.961±0.00949.960±0.0090.108＞0.05

4 討論

多基線數(shù)字近景測量技術(shù)提供了一種非介入性面部三維重建的方法，該方法三維測量精度高，立體重構(gòu)快捷、逼真，使用方便且范圍廣［5，6］。國內(nèi)外學(xué)者已有很多先進(jìn)的軟組織測量技術(shù)，如Cyberware和 Minolta等三維激光掃描儀已經(jīng)廣泛應(yīng)用到實驗和臨床研究中。本系統(tǒng)從圖像獲取到定點(diǎn)測量的各環(huán)節(jié)有較多可能的誤差來源應(yīng)予以注意。獲取測量對象正面、左側(cè)面45°、右側(cè)面45°。3幅圖像是通過受試者改變體位的方式實現(xiàn)的。要求受試者眶耳平面與地面平行，正中頜位，與鏡頭距離lm，情緒與表情保持一致，掃描時保持靜止，不能眨眼，對于過長的額發(fā)及鬢發(fā)用發(fā)夾固定，避免遮擋面部，影響圖像質(zhì)量。拍攝對象無需閉眼，只是不要直視鏡頭即可，因此眼部信息不會丟失。無論直接測量法還是三維掃描測量法，標(biāo)志點(diǎn)的確定都是人工完成的，人為因素在這個過程中勢必造成一定的誤差。此外，某些點(diǎn)的定義描述本身就不是非?？陀^準(zhǔn)確，如那些定義為某個部分或面上最突點(diǎn)及那些需要通過直接觸摸方可準(zhǔn)確辨別的點(diǎn)，在實際操作中讓人感覺模棱兩可。在圖像上定點(diǎn)時，因為計算機(jī)屏幕是二維的，在一個二維平面上確定一個三維的點(diǎn)，也可能會出現(xiàn)一些誤差。本實驗為了避免這方面的誤差，采取了如下措施：①全部定點(diǎn)均由一人完成，且事先反復(fù)練習(xí)，熟悉各點(diǎn)的定義，良好掌握定點(diǎn)的技巧。②兩種方法對每個測量對象均分別定點(diǎn)測量3次。③自行開發(fā)的三維可視化測量程序中，定點(diǎn)時可以左右旋轉(zhuǎn)和移動圖像利于準(zhǔn)確定點(diǎn)，定完點(diǎn)后如認(rèn)為有偏差，可以取消后重新定點(diǎn)。

［1］彭春.多基線數(shù)字近景攝影測量技術(shù)在齒科石膏模型三維成像和測量中的應(yīng)用［D］.重慶醫(yī)科大學(xué)，2013.

［2］陳新璽.多基線普通數(shù)碼影像近景攝影測量技術(shù)研究［D］.南京：河海大學(xué)，2006.

［3］David G.Distinctive image features from scale-invariant keypoints［J］.International Journal of Computer Vision，2004,60(2):91-110.

［4］Meshlab 132a-64bit［CP］http://meshlab.sourceforge.net/.

［5］田雷波.多基線數(shù)字近景攝影測量技術(shù)應(yīng)用［J］.科技風(fēng)，2011，（12）：83-84.

［6］張勝利，殷海霞，劉強(qiáng)等.多基線數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng)的應(yīng)用分析［J］.測繪技術(shù)裝備，2009，（1）：27-30.

Multi-baseline Digital Close-range Photogrammetry Technology in Oral Facial Three-dimensional Imaging and Measurement

PENG Chun
（Affiliated Yongchuan Hospital，Chongqing Medical University，Chongqing402160，China）

Objective:To investigate the multi-baseline digital close-range photogrammetry technology in oral facial three-dimensional imaging and measurement.Methods:Ordinary digital camera on oral facial plaster model shoot and get multiple overlapping photos disorder,the use of multibaseline digital close-range photogrammetry system for photo processing.Results:No statistically significant difference(P＞0.05)based on the facial bone length and width measurements compared with traditional manual measurement methods.Conclusion:Simple multi-baseline digital close-range photogrammetry technology,accurate measurement of low equipment requirements and can be used three-dimensional imaging of oral facial measurements.

Multi-baseline Digital Close-range Photogrammetry;Oral Facial;Dimensional Imaging

R783.5

A

10.3969/j.issn.1001-0270.2015.03.10

2014-10-23

彭春（1978年），主治醫(yī)師，碩士，口腔醫(yī)學(xué)。

重慶市永川區(qū)科學(xué)技術(shù)委員會軟科學(xué)資助項目（YCSTC，2012BE5005）