無(wú)牙頜患者鼻唇角變化側(cè)面觀的視覺(jué)敏感閾值

游 浪，鄧珂慧，李偉偉，趙一姣△，孫玉春△，周永勝

(北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院·口腔醫(yī)院，1.修復(fù)科，2. 口腔醫(yī)學(xué)數(shù)字化研究中心 國(guó)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(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 口腔數(shù)字醫(yī)學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

鼻唇角是顏面部美學(xué)評(píng)估重要指標(biāo)[1]，在口腔修復(fù)治療、口腔正畸治療及口腔頜面外科正頜手術(shù)治療對(duì)患者的面部側(cè)貌美學(xué)評(píng)估中都有著重要應(yīng)用。徐安秀等[2]研究鼻唇角變化對(duì)骨性Ⅰ類軟組織側(cè)貌的影響，馬玥等[3]研究鼻唇角改變對(duì)骨性Ⅱ類錯(cuò)牙合和Ⅲ類錯(cuò)牙合患者面容的影響，結(jié)果均顯示鼻唇角的變化對(duì)側(cè)貌審美評(píng)價(jià)有著較大影響。關(guān)于鼻唇角在治療前后變化的研究較多，Desesa等[4]發(fā)現(xiàn)上頜簡(jiǎn)單LeFort-Ⅰ型截骨前移(5.8±1.8) mm，會(huì)導(dǎo)致5.1°±11.0°的鼻唇角變化，行SAME術(shù)平均橫向擴(kuò)張(7.0±2.1) mm時(shí)，會(huì)導(dǎo)致-2.0°±4.3°的鼻唇角變化。Aniruddh等[5]對(duì)比了拔牙與不拔牙對(duì)邊緣性Ⅰ類錯(cuò)牙合患者正畸治療后的側(cè)貌影響，發(fā)現(xiàn)鼻唇角差異平均值為7.41°。Kamashita等[6]對(duì)5例無(wú)牙頜患者戴義齒前后的鼻唇角進(jìn)行了測(cè)量，戴義齒前鼻唇角為120.2°±12.67°，戴義齒后鼻唇角為102.5°±6.82°。以上研究表明治療前后以及不同的治療方案會(huì)造成鼻唇角的差異。明確鼻唇角差異大小對(duì)患者容貌的影響，對(duì)臨床具有直接的指導(dǎo)意義，在臨床工作中，醫(yī)師常常通過(guò)肉眼觀察鼻唇角的變化，然而人眼對(duì)于軟組織變化的分辨力有限，Kaipatur等[7]發(fā)現(xiàn)，人的肉眼可能無(wú)法注意到2 mm以下的面部軟組織差異。同樣，鼻唇角的差異也應(yīng)該存在一定的視覺(jué)極限，鼻唇角變化需要達(dá)到一定程度才能被肉眼所識(shí)別，但尚未見(jiàn)關(guān)于可引起人肉眼觀察到的鼻唇角變化的相關(guān)研究。無(wú)牙頜患者牙列缺失后，會(huì)發(fā)生口周軟組織的塌陷和萎縮，鼻唇溝、頦唇溝加深等，患者的軟組織側(cè)貌發(fā)生顯著改變[8-11]。由于患者牙列缺失，通過(guò)調(diào)整義齒唇部支撐可以實(shí)現(xiàn)鼻唇角的逐級(jí)變化，這為研究鼻唇角差異的視覺(jué)敏感閾值提供了條件。本研究旨在利用CAD&3D打印技術(shù)，序列打印出不同唇部支撐的診斷義齒，并利用三維面部掃描技術(shù)獲取無(wú)牙頜患者戴入不同唇部支撐診斷義齒的具有不同鼻唇角的三維面部數(shù)據(jù)，用于研究醫(yī)師肉眼對(duì)無(wú)牙頜患者鼻唇角差異側(cè)面觀的視覺(jué)敏感閾值。

1 資料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料

牙頜模型三維掃描儀Dentscan Y500購(gòu)自南京易形信息科技有限公司，掃描精度20 μm；Artec EVA 3D 手持式三維掃描儀購(gòu)自美國(guó)Artec公司，掃描精度100 μm。CAD軟件(華天全口義齒設(shè)計(jì)軟件)購(gòu)自山東山大華天軟件有限公司。靈通Ⅱ型口腔醫(yī)用三維打印機(jī)購(gòu)自北京實(shí)諾泰克科技有限公司，噴嘴直徑0.4 mm，層分辨率100 μm。紅白打樣膏購(gòu)自上海榮祥齒科有限公司，藻酸鹽印模材料購(gòu)自德國(guó)Heraeus公司，硅橡膠印模材料購(gòu)自德國(guó)Heraeus公司。

1.2 研究對(duì)象

患者納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)上下頜牙列缺失超過(guò)3個(gè)月的無(wú)牙頜患者，符合全口義齒修復(fù)適應(yīng)證，Atwood 無(wú)牙頜牙槽嵴吸收程度分級(jí)為1～3級(jí)；(2)不患有口頜系統(tǒng)功能紊亂性疾病，無(wú)頜面部先天或后天畸形，無(wú)頜面部手術(shù)史及面部神經(jīng)疾患等；(3)愿意接受本次研究并簽署知情同意書。患者排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)采用種植體支持覆蓋義齒修復(fù)的患者；(2)不具備完全自主的行為能力和表達(dá)能力者；(3)不愿意接受本次研究或拒絕簽署知情同意書者。在北京大學(xué)口腔醫(yī)院就診的3名無(wú)牙頜志愿者被納入研究。

15名工作于北京大學(xué)口腔醫(yī)院的口腔臨床醫(yī)師作為觀察者被納入本研究。

本研究開(kāi)始前已經(jīng)北京大學(xué)口腔醫(yī)院生物醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審查批準(zhǔn)(PKUSSIRB-201838120)，所有參與研究的患者和觀察者(醫(yī)生受試者)均簽署知情同意書。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1印模制取及合適唇部支撐的確定 使用印模膏及藻酸鹽印模材料制取上下頜初印模，制作個(gè)別托盤并制取終印模。使用蠟堤記錄頜位關(guān)系及必要的美學(xué)信息(如中線、唇高線、唇低線、口角線等)，形成合適的唇部支撐(合適唇豐滿度時(shí)的鼻唇角以全口義齒修復(fù)后鼻唇角范圍為90°～110°，中國(guó)人平均約92.5°)[12]，由北京大學(xué)口腔醫(yī)院具有20年以上經(jīng)驗(yàn)的口腔修復(fù)科主任醫(yī)師和患者雙重確認(rèn)上唇豐滿度合適。

1.3.2設(shè)計(jì)帶有合適唇部支撐的診斷義齒 掃描印模，利用記錄的美學(xué)信息，在全口義齒設(shè)計(jì)軟件(山東山大華天軟件有限公司)中設(shè)計(jì)出帶有合適的唇部支撐的診斷義齒(圖1)，并建立牙合平面及坐標(biāo)系。牙合平面：以右上中切牙近中切角點(diǎn)及雙側(cè)第一磨牙近中舌尖點(diǎn)建立的平面。以牙合平面為xoy平面，以雙側(cè)上中切牙遠(yuǎn)中切角連線為x軸，y軸由舌側(cè)指向唇側(cè)，建立坐標(biāo)系(圖2)。

1.3.3設(shè)計(jì)帶有不同唇部支撐的診斷義齒(圖2) 使用三維逆向工程軟件(Geomagic studio 2014)設(shè)計(jì)帶有不同唇部支撐的診斷義齒。義齒的牙列部分可以在預(yù)先設(shè)定的牙合平面(圖2A)上沿y軸進(jìn)行精確的移動(dòng)，從而形成了12種不同的唇部支撐：S(non)：不戴義齒，S(0)：診斷義齒具有醫(yī)師和患者共同確認(rèn)的合適的唇部支撐，S(-5)～S(+5)：以S(0)的切緣位置為0，以每次移動(dòng)1 mm的方式將S(0)對(duì)應(yīng)的牙列在牙合平面上沿y軸移動(dòng)-5 mm～+5 mm[6]，形成唇部支撐遞增的不同的診斷義齒(圖2B, 2E)。使用熔融沉積制造(fused deposition model, FDM)技術(shù)和聚乳酸材料(polylactic acid, PLA)3D打印出診斷義齒。

1.3.4受試者觀察鼻唇角差異情況(圖3) 使用手持式三維面部掃描儀獲取患者戴入具有不同唇部支撐的診斷義齒時(shí)的面部三維圖像。使用三維逆向工程軟件(Geomagic studio 2014)測(cè)量患者戴入不同診斷義齒時(shí)的鼻唇角(nasolabial angle, NLA)，本研究的NLA為正中矢狀面上鼻小柱與上唇皮膚的交角(圖3C)。將每個(gè)患者戴入具有不同唇部支撐的診斷義齒的面部三維圖像配準(zhǔn)后不進(jìn)行縮放，以軟件原始比例進(jìn)行側(cè)面截圖，為接近臨床實(shí)際觀察情況，以整個(gè)面部的側(cè)面圖像作為被觀察對(duì)象。以S(0)時(shí)的側(cè)面截圖為參照?qǐng)D片，將剩下的圖片分別與之組合成組，如S(0)與 S(+1)為一組，S(0)與 S(+2)為一組，S(0)與 S(+3)為一組，S(0)與S(+4)為一組，S(0)與S(+5)為一組，S(0)與 S(-1)為一組，S(0)與 S(-2)為一組，S(0)與S(-3)為一組，S(0)與S(-4)為一組，S(0)與 S(-5)為一組,每名患者11張截圖，共10組。囑受試者在計(jì)算機(jī)顯示屏上(Thinkpad E570,分辨率:1 366×768)以隨機(jī)順序觀察每組的兩張截圖的鼻唇角差異情況(圖3A和3B)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 20.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將每組圖片對(duì)應(yīng)的鼻唇角差異結(jié)果(有差異賦值為1，無(wú)差異賦值為0)及每組中兩張圖片對(duì)應(yīng)的鼻唇角的差值導(dǎo)入統(tǒng)計(jì)分析軟件，繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線，并利用約登(Youden)指數(shù)計(jì)算最佳截?cái)嘀?。參考相關(guān)研究報(bào)道，P值<0.05認(rèn)為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[4,6,8,13-14]。

2 結(jié)果

15名口腔醫(yī)師作為受試者被納入研究，將15名受試者判定數(shù)據(jù)分別繪制ROC曲線，并計(jì)算最佳截?cái)嘀?，其中最佳截?cái)嘀底畲笳邽?.55°，最小者為3.12°。受試者數(shù)據(jù)匯總，繪制整體受試者工作特征曲線(圖4)，其最佳截?cái)嘀禐?.36°(AUC=0.84>0.5,P=0.000<0.05)。當(dāng)圖片的鼻唇角差異在5.36°以上時(shí)，受試者能夠有效識(shí)別。

3 討論

鼻唇角在涉及上唇部軟組織側(cè)貌美學(xué)容貌重建中，是重要的診斷及治療后評(píng)價(jià)指標(biāo)，如無(wú)牙頜患者唇豐滿度的評(píng)價(jià)。大多數(shù)關(guān)于鼻唇角變化的研究集中于術(shù)前與術(shù)后的鼻唇角差異量，并且以描述統(tǒng)計(jì)學(xué)差異為主[4-5]，但并未對(duì)角度變化量的實(shí)際臨床意義進(jìn)行研究。人眼對(duì)角度變化的感知存在極限，該極限的閾值直接決定了鼻唇角變化量測(cè)量值對(duì)于臨床診療的影響程度及鼻唇角實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)控制的誤差等級(jí)。本研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于無(wú)牙頜該閾值約為5.36°，提示臨床中無(wú)牙頜鼻唇角變化測(cè)量值小于5.36°時(shí)，對(duì)于美學(xué)效果來(lái)說(shuō)可能無(wú)臨床意義，同時(shí)也提示，當(dāng)不同治療結(jié)果的鼻唇角角度變化量小于5.36°時(shí)，兩種治療結(jié)果的差異對(duì)于美學(xué)重建而言無(wú)臨床意義，這一結(jié)果可以作為一個(gè)重要的參考值應(yīng)用于軟組織側(cè)貌的美學(xué)評(píng)估，同時(shí)可以作為以鼻唇角為指標(biāo)進(jìn)行精度評(píng)價(jià)的相關(guān)研究的誤差等級(jí)。

近年來(lái)數(shù)字化全口義齒修復(fù)流程發(fā)展迅速，唇豐滿度的虛擬預(yù)測(cè)是數(shù)字化全口義齒流程中的一個(gè)重要的研究方向，有文獻(xiàn)研究開(kāi)始使用數(shù)字化技術(shù)虛擬戴牙后效果[15-16]，甚至使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)無(wú)牙頜患者戴牙后面下1/3的形貌變化進(jìn)行仿真模擬[13]。唇豐滿度的虛擬預(yù)測(cè)可以擺脫傳統(tǒng)流程中判斷豐滿度的經(jīng)驗(yàn)依賴性，但其精度需要滿足臨床需求。本研究所得出的鼻唇角變化量側(cè)面觀的視覺(jué)敏感閾值,可作為利用鼻唇角對(duì)無(wú)牙頜患者唇豐滿度虛擬預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行精度評(píng)價(jià)時(shí)的誤差等級(jí)。當(dāng)虛擬預(yù)測(cè)的結(jié)果與患者戴入實(shí)際制作的具有合適的唇部支撐的義齒時(shí)的鼻唇角差異在5.36°以下時(shí)，可認(rèn)為二者之間的鼻唇角差異無(wú)臨床意義,這一研究結(jié)果不僅僅局限于活動(dòng)全口義齒修復(fù)，在種植全口義齒的修復(fù)方面也有一定的作用。數(shù)字化技術(shù)在種植修復(fù)中應(yīng)用廣泛而成熟，通過(guò)虛擬預(yù)測(cè)來(lái)確定合適唇豐滿度可進(jìn)一步促進(jìn)智能數(shù)字化設(shè)計(jì)種植全口義齒的發(fā)展。

本研究使用Artec EVA 3D 手持式3D掃描儀獲取患者面部三維數(shù)據(jù)，對(duì)醫(yī)師肉眼對(duì)鼻唇角差異側(cè)面觀的視覺(jué)敏感閾值進(jìn)行了量化分析。Artec EVA 3D 手持式3D掃描儀掃描精度為0.1 mm，可以在0.4～1.0 m距離內(nèi)對(duì)掃描對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取[17-18]。Modabber等[18]曾經(jīng)對(duì)Artec EVA 3D與Facescan3D獲取面部三維數(shù)據(jù)的精度進(jìn)行了評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)Artec EVA 3D可以獲取更加精確的三維模型，并且獲取數(shù)據(jù)的角度誤差要小于Facescan3D。Grant等[19]對(duì)比了Artec EVA 3D、Kinect V1、123D Catch等手持式三維掃描裝置掃描軀干脊柱模型的準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)Artec EVA的掃描誤差最小，然而在掃描時(shí)間上，Artec EVA 3D存在劣勢(shì)。Yuan等[13]的研究指出Facescan3D的掃描效率較高，一次投照即可獲取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲取時(shí)間約為0.3 s。Modabber等[18]指出Artec EVA 3D的平均掃描時(shí)間約為20 s。人體的呼吸、心跳等可引起面部的微小動(dòng)度，從而影響掃描儀的掃描精度[20]，Artec EVA 3D的掃描時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，可能影響掃描精度。本研究的3例患者均為老年無(wú)牙頜患者，可能無(wú)法維持20 s的固定姿態(tài)，從而影響掃描精度。

本研究在正中矢狀面上進(jìn)行鼻唇角的測(cè)量，目前關(guān)于面部三維數(shù)據(jù)正中矢狀面構(gòu)建方法相對(duì)較多，并不統(tǒng)一，主要的差別在于標(biāo)志點(diǎn)的選擇上[21]。本研究方法依據(jù)lee等[22]及Nur等[23]的研究，選擇過(guò)眉間點(diǎn)的垂直于內(nèi)眥連線的平面作為正中矢狀面。每一種建立正中矢狀面的方式都可能存在一定誤差。

本研究利用ROC曲線及約登指數(shù)計(jì)算最佳截?cái)嘀底鳛槿搜蹖?duì)鼻唇角差異側(cè)面觀的視覺(jué)敏感閾值，ROC曲線的最佳截?cái)嘀档暮x是如果將受試者觀察的結(jié)果作為金標(biāo)準(zhǔn)，在SPSS 20.0軟件設(shè)定的所有截?cái)嘀抵?，以最佳截?cái)嘀翟u(píng)判鼻唇角的差異能否被識(shí)別時(shí)，其結(jié)果與其他截?cái)嘀迪啾?，具有較高的靈敏度和特異度，且其靈敏度和特異度之和最高。靈敏度代表受試者可識(shí)別的鼻唇角差異也被最佳截?cái)嘀蹬卸榭勺R(shí)別的鼻唇角差異的結(jié)果數(shù)目占受試者可識(shí)別的鼻唇角差異總數(shù)目的比率；特異度代表受試者不可識(shí)別的鼻唇角差異也被最佳截?cái)嘀蹬卸椴豢勺R(shí)別的鼻唇角差異的結(jié)果數(shù)目占受試者不可識(shí)別的差異總數(shù)目的比率。ROC曲線的最佳截?cái)嘀凳且环N統(tǒng)計(jì)學(xué)上的界值，其結(jié)果存在一定誤差，會(huì)隨著樣本量的變化而有所變化。

本研究探索了口腔醫(yī)師對(duì)無(wú)牙頜患者鼻唇角差異側(cè)面觀的視覺(jué)敏感閾值，可應(yīng)用于以鼻唇角為指標(biāo)的精度評(píng)價(jià)及軟組織側(cè)貌審美評(píng)價(jià)等相關(guān)研究中，關(guān)于鼻唇角差異的視覺(jué)敏感閾值的研究還存在許多需要進(jìn)一步深入的地方。人群規(guī)律性研究應(yīng)基于海量數(shù)據(jù)，未來(lái)關(guān)于鼻唇角差異的視覺(jué)敏感閾值的研究，其樣本量可進(jìn)一步擴(kuò)大，可能通過(guò)大數(shù)據(jù)或者人工智能等技術(shù)獲得更加準(zhǔn)確的結(jié)果。同時(shí)，面部三維數(shù)據(jù)獲取技術(shù)及三維顏面部軟組織正中矢狀面構(gòu)建方法的進(jìn)一步發(fā)展，也可促進(jìn)鼻唇角差異視覺(jué)敏感閾值的研究。此外，軟組織側(cè)貌虛擬預(yù)測(cè)是口腔領(lǐng)域多個(gè)學(xué)科研究的重要方向，鼻唇角及其他軟組織側(cè)貌評(píng)價(jià)指標(biāo)的誤差等級(jí)研究將在軟組織虛擬預(yù)測(cè)的精度評(píng)價(jià)中發(fā)揮重要作用。

綜上所述，本研究利用數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)牙頜患者鼻唇角的逐級(jí)變化，通過(guò)受試者工作特征曲線確定最佳截?cái)嘀档姆椒?，研究口腔醫(yī)師肉眼對(duì)于無(wú)牙頜患者鼻唇角差異側(cè)面觀的視覺(jué)敏感閾值，發(fā)現(xiàn)側(cè)面觀察時(shí)，當(dāng)患者的鼻唇角差異在5.36°以上時(shí)，醫(yī)師肉眼可有效識(shí)別。此結(jié)果為無(wú)牙頜軟組織側(cè)貌審美評(píng)價(jià)提供了一個(gè)人眼可識(shí)別的鼻唇角變化量的參考值，可應(yīng)用于無(wú)牙頜軟組織側(cè)貌的美學(xué)評(píng)估，并可作為以鼻唇角為指標(biāo)進(jìn)行精度評(píng)價(jià)的相關(guān)研究的誤差等級(jí)。