內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學(xué)生面部解剖學(xué)參數(shù)三維數(shù)字化測量

王一丹，許陽陽，和雨潔，高明杰，蔡永強，金鳳 張云鳳，王利東，王海燕，李筱賀，李志軍，高尚

1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院，呼和浩特 010110；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)人體解剖學(xué)教研室，呼和浩特 010110；3.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)數(shù)字醫(yī)學(xué)中心，呼和浩特 010010；4.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像科，呼和浩特 010010；5.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院，呼和浩特 010010；6.內(nèi)蒙古國際蒙醫(yī)醫(yī)院影像中心，呼和浩特 010010

隨著整形美容行業(yè)的高速發(fā)展，亞洲人對整容的需求日益增高，年輕人整容越來越多[1]，有研究[2]指出不論性別，擁有美麗的相貌在社會中更具吸引力，社交能力更強，在婚姻，求職領(lǐng)域具有優(yōu)勢性。研究內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學(xué)生面部男女性別間定量分析有助于制定少數(shù)民族面部美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。人臉面部測量在公安偵查中占有重要地位，對比監(jiān)視器中嫌疑人與三維掃描后收集的影像，仍然依賴于偵查員對面部和具體部位的仔細(xì)形態(tài)學(xué)觀察，還需進(jìn)一步參考人體測量學(xué)評估的面部測量值[3]。目前已有關(guān)于內(nèi)蒙古部分地區(qū)蒙古族面部體質(zhì)特征的研究[4-7]，近年來測量多采用手工測量，缺乏對青年面部特征的收集。精準(zhǔn)的面部特征的發(fā)掘?qū)τ诜ㄡt(yī)學(xué)面部特征鑒定和人臉識別有著重要的影響。本文選取內(nèi)蒙古地區(qū)60例蒙古族青年大學(xué)生面部解剖學(xué)參數(shù)三維數(shù)字化測量并分析相關(guān)面部指數(shù)，為蒙古族青年顏面部缺損修復(fù)人臉仿真、面部畸形矯正、面部整形美容等方面提供術(shù)前術(shù)后手術(shù)提供設(shè)計方案。

1 材料和方法

1.1 研究對象

遵循《赫爾基辛格宣言》，知情同意情況下，隨機選取60名（男性30例，女性30例）內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)（2017-2018級）蒙古族青年大學(xué)生，年齡20～22歲，平均年齡（21.0±1.0）歲，由內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)數(shù)字醫(yī)學(xué)中心提供。與所有研究對象簽署知情同意書，所有對象面部外形健康，無身體殘疾，所有研究對象均排除基礎(chǔ)疾病，父母雙方三代以上均為蒙古族，均采用面部數(shù)字化三維掃描。

1.2 方法

1.2.1 測量方法 根據(jù)人體測量方法測量面部參數(shù)[8]，運用Artec 三維掃描儀（Artec，德國），統(tǒng)一采取坐位，被測量者采用法蘭克福平面（顱骨左右外耳門上緣之點與左 側(cè)眼眶下緣之點，三點確定的一個平面），同一名操作人員掃描，采取統(tǒng)一方法掃描。利用計算機Alienware 筆記本電腦(CPU：Intel I7，T2370，存：8G，Windows7系統(tǒng))和掃描儀自帶軟件—Artec Studio 9.0、Materialise Mimics Innovation Suite 16.0軟件和3-matic軟件進(jìn)行測量和設(shè)計可對數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建,測出多項指標(biāo)。記錄長度/毫米（d/mm）為單位。

1.2.2 圖像處理 將原始圖像導(dǎo)入到掃描儀自帶軟件—Artec Studio 9.0，在此軟件上進(jìn)入圖形處理界面，進(jìn)行圖像的預(yù)處理—粗略配準(zhǔn)、整體配準(zhǔn)、精細(xì)配準(zhǔn)、光順擬合等步驟進(jìn)行圖像處理，導(dǎo)出stl 格式保存數(shù)據(jù)。

1.2.3 面部測量點 測量點及測量指標(biāo)嚴(yán)格按照《人體測量方法》[8]為參考，發(fā)緣點（Trichion，tr）、眉間點（Glabella，g）、鼻根點（Nasion，n）、鼻尖點（Pronasale，prn）、鼻下點（Subnasale，sn）、眼內(nèi)角點（Entocanthion，en）、眼外角點（Ectocanthion，ex）、上唇點（Labrale superius，ls）、下唇點（Labrale inferius，li）、頦下點（Gnathion，gn）、顴點（Zygion，zy）、頭側(cè)點（Euryon，eu）。

1.2.4 面部測量參數(shù) 頭寬（Head breadth，eu-eu）、形態(tài)面長/形態(tài)面高（Morphological facil height，ngn）、容貌面長（Physiognomic facial height，tr-gn）、面寬（Face breadth，zy-zy）、容貌額高（Physiognomic facial length，tr-n）、眼裂寬（Eye slit breadth，en-ex）、眼內(nèi)角間 距（Interocular breadth，en-en）、眼外角間寬（External biocular breadth,ex-ex）、鼻長（Nasal length，n-prn）、鼻寬（Nose breadth，a-a）、鼻高（Nose height，n-sn）、唇高（Lip height，ls-li）、口寬（Mouth breath，chch）（圖1）、頭面寬指數(shù)（Breadth-height index of head）=(面寬（zy-zy）)/（頭寬（eu-eu）)×100、形態(tài)面指數(shù)（Morphological facial index）=(形態(tài)面高（n-gn）)/（面寬（zy-zy）)×100、額面指數(shù)（Fronto-facial index）=（容貌額高（tr-n））/（容貌面高（tr-gn））×100、唇指數(shù)（Lip index）=(唇 高（ls-li）)/(口 寬（ch-ch）)×100、鼻指數(shù)（Nasal index）=（鼻寬（a-a））/（鼻高（n-sn））和根據(jù)指數(shù)所在范圍進(jìn)行分型。

圖1 面部測量指標(biāo)（1a 男性；1b 女性；1c 測量示意圖）1.頭寬2.形態(tài)面長3.容貌面長4.面寬5.容貌額高6.眼裂寬7.眼內(nèi)角間距8.眼外角間寬9.鼻寬10.鼻高11. 唇高12.口寬Fig.1 Measured facial parameters (1a,male;1b,female;1c,measurement diagram)1,Head breadth(eu-eu); 2,Morphological facial height（n-gn); 3,Physiognomic facial height(tr-gn); 4.Face breadth(zy-zy);5,Physiognomic facial length(tr-n); 6, Eye slit breadth(en-ex); 7, Interocular breadth(en-en); 8, External biocular breadth (ex-ex); 9, Nose breadth(aa); 10, Nose height(n-sn); 11, Lip height(ls-li); 12,Mouth breath(ch-ch)

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

統(tǒng)計的數(shù)據(jù)及整理均由一人進(jìn)行，采用SPSS 23.0，計量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，面部測量指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，同一個體左右側(cè)別間采用配對t檢驗，對比左右側(cè)眼裂寬無差異合并數(shù)據(jù)；比較蒙古族青年大學(xué)生男女性別間面部參數(shù)，采用兩個獨立樣本t檢驗，檢驗水準(zhǔn)α=0.05，P＜0.05差異有統(tǒng)計學(xué)意義。相關(guān)性分析，使用Pearson 相關(guān)系數(shù)檢驗，相關(guān)系數(shù)(r)的解釋如下：＜0.2表示相關(guān)性弱，0.2-0.4表示相關(guān)性較弱，0.4-0.7表示中度相關(guān)性，0.7-0.9表示高度相關(guān)，＞0.9表示幾乎完全相關(guān)。各測量指標(biāo)之間相關(guān)性分析

2 結(jié)果

2.1 內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學(xué)生面部特征測量結(jié)果

內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學(xué)生面部測量7項指標(biāo)結(jié)果見表1，內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學(xué)生鼻部、唇部測量結(jié)果見表2，眼裂寬左右側(cè)別、男女性別均值比較見表3，對比左右側(cè)眼裂寬P＞0.05，差異無統(tǒng)計學(xué)意義；對比男女眼裂寬P＜0.05，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

表1 面部測量結(jié)果（，mm）Tab.1 Mean value of facial measurement parameters(Mean±SD，mm)

表1 面部測量結(jié)果（，mm）Tab.1 Mean value of facial measurement parameters(Mean±SD，mm)

表2 鼻部、唇部測量指標(biāo)（mm）Tab.2 Nasal measurement parameters mean(mm)

表3 左右側(cè)和男女性別間眼裂寬均值比較（，mm）Tab.3 Comparison of mean value of eyelid width between left and right sides and gender（Mean±SD，mm）

表3 左右側(cè)和男女性別間眼裂寬均值比較（，mm）Tab.3 Comparison of mean value of eyelid width between left and right sides and gender（Mean±SD，mm）

2.2 內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學(xué)生面部指數(shù)及分型

頭面寬指數(shù)、形態(tài)面指數(shù)、額面指數(shù)、唇指數(shù)、鼻指數(shù)及分型（表4）；比較內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學(xué)生面部性別間差異（表5、6）及面部指數(shù)（表7）。對比男女容貌額高、眼內(nèi)角間寬P＞0.05，差異無統(tǒng)計學(xué)意義。對比男女頭寬、容貌面長、面寬、形態(tài)面長、眼外角間寬P＜0.05，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。對比男女鼻指數(shù)P＞0.05，差異無統(tǒng)計學(xué)意義。頭面寬指數(shù)、形態(tài)面指數(shù)、額面指數(shù)、唇指數(shù)P＜0.05，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。男女形態(tài)面指數(shù)分型，內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學(xué)生男性多見闊面型，女性多見超狹面型，分別占46.67%和56.67%（表8）。內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學(xué)生男性、女性多見中鼻型分別占50%和53.33%（表9）。

表4 面部指數(shù)均值（）Tab.4 Facial index mean(Mean±SD，mm)

表4 面部指數(shù)均值（）Tab.4 Facial index mean(Mean±SD，mm)

表5 男女面部測量指標(biāo)均值比較（，mm）Tab.5 Mean value of facial measurement parameters(Mean±SD，mm)

表5 男女面部測量指標(biāo)均值比較（，mm）Tab.5 Mean value of facial measurement parameters(Mean±SD，mm)

表6 男女鼻部、唇部測量指標(biāo)對比（，mm）Tab.6 Comparison of measurement indexes of nose and lip of men and women（Mean±SD，mm）

表6 男女鼻部、唇部測量指標(biāo)對比（，mm）Tab.6 Comparison of measurement indexes of nose and lip of men and women（Mean±SD，mm）

表7 男女面部指數(shù)比較()Tab.7 Comparison of male and female facial indices(Mean±SD)

表7 男女面部指數(shù)比較()Tab.7 Comparison of male and female facial indices(Mean±SD)

表8 男女形態(tài)面指數(shù)分型各占比例Tab.8 Male and female morphological index classification

表9 鼻指數(shù)分型男女各占比例Tab.9 The nasal index was divided into male and female proportions

2.3 測量指標(biāo)Pearson 相關(guān)性分析

容貌面長-形態(tài)面高、眼外角間寬-形態(tài)面高、鼻寬-形態(tài)面高、眼外角間寬-鼻高、眼外角間寬-唇高、鼻長-鼻高成正相關(guān)，r在0.7～0.9范圍內(nèi)，高度相關(guān)（表10）。

表10 測量指標(biāo)間Pearson 相關(guān)性分析Tab.10 Pearson correlation analysis between measurement indicators

3 討論

3.1 三維掃描測量優(yōu)勢

面部軟組織測量包括經(jīng)典頭影測量和現(xiàn)有例如人體直接測量二維或三維攝影測量和三維成像技術(shù)[9]，而利用Artec 三維掃描儀對人臉進(jìn)行面部掃描，三維掃描測量費用低、操作簡便、使用快捷，無輻射影響，滿足測量精度要求，利用計算機后處理技術(shù)，可以實現(xiàn)人臉面部輪廓的快速測量，測量速度明顯高于手工測量，來自內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)在校大學(xué)生，父母雙方三代以上均為蒙古族，平均年齡相近，能夠建立蒙古族正常青年大學(xué)生面部三維模型，為面部軟組織數(shù)據(jù)庫提供蒙古族青年大學(xué)生面部數(shù)據(jù)。

3.2 男女性面部差異對比

不論男女都在追求美，決定面部特征的因素有很多，不同學(xué)者有著不同的美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，整形美容手術(shù)前，滿足整形需求者的個人愛好及特殊愿望，還要遵循面部對稱性、比例美學(xué)的原則。近年來，鼻部的整形手術(shù)在美容手術(shù)中增多[10]，本研究男性面部測量指標(biāo)的平均值通常要比女性大，而容貌額高差異無統(tǒng)計學(xué)意義，男女擁有相近的容貌額高，男性的臉部輪廓普遍大于女性。與Adeola Adenike Olusanya 等[11]測量了尼日利亞16～31歲人群得出結(jié)果一致。王佳帥等[12]對比漢族正常牙合 男性面部整體及各器官輪廓比女性更大，男性面部外形更偏扁圓，女性更顯窄長，男性鼻部更前突，內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學(xué)生男性、多見闊面型，女性多見超闊面型；男性、女性均多見中鼻型。容貌額高兩性未見差異，臉部輪廓男女性差異主要集中于額部以下。觀察形態(tài)面指數(shù)和形態(tài)鼻指數(shù)，蒙古族青年女性面部普遍較男性更寬，鼻部輪廓類似。

3.3 不同地區(qū)民族差異對比

不同面形面部輪廓差異體現(xiàn)在多個方面，眼部、鼻部、唇部的不同都會影響整體的面部和諧程度，本次研究將年齡、性別、民族納入研究標(biāo)準(zhǔn)，有研究[11]結(jié)果表示1%的人擁有面部水平劃分為三等份時三部分都相等的面容，古典的審美標(biāo)準(zhǔn)并不適用于該地區(qū)，另外45.5%的受試者的右眼瞼寬度大于左眼瞼寬度，本研究對比左右眼裂寬，內(nèi)蒙古蒙古族青年大學(xué)生眼部對稱性良好。有研究顯示，亞美人種面寬值131～145 mm[6]，本文測量內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學(xué)生面寬131～158 mm，已經(jīng)超出上限值。Sim[13]等人測量比較了中國南方婦女與類似報道的北美白人女性面部進(jìn)行比較，研究結(jié)果顯示中國南方婦女鼻翼寬度更寬、鼻基底部更寬、鼻部并不突出、鼻尖不清晰、鼻翼更突出、鼻孔偏水平，少有寬厚的嘴唇。本研究統(tǒng)計口寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1.5倍的鼻寬，四分之一的面寬小于鼻寬，F(xiàn)arkas 等[14]研究發(fā)現(xiàn)大多數(shù)白種人（60.2%）口寬大于1.5倍的鼻寬，考慮引起差異的原因是白種人唇部寬度較大，而內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學(xué)生的唇部寬度較小，鼻部寬度較大。種族之間審美目標(biāo)不同，整形手術(shù)時需要注意保留原有面部種族的特征和外觀。在整形美容、顏面部修復(fù)時，要注意不同民族之間的差異性之間的差異化設(shè)計。查閱相關(guān)面部測量文獻(xiàn)，與劉小元等[15]測量平均年齡在(38.63±13.75)歲的滿通古斯族人群進(jìn)行六項指標(biāo)對比，與滿族、赫哲族、鄂倫春族、錫伯族測量面寬相比，女性t=3.81，P＜0.00；t=3.64，P＜0.00；t=2.60，P=0.02；t=2.85，P＜0.00，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。蒙古族女性面寬大于滿族、赫哲族、鄂倫春族、錫伯族。對比蒙古族面寬與鄂溫克族之間，男性t=2.63，P=0.01，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，蒙古族男性面寬大于鄂溫克族。與滿族、赫哲族、鄂倫春族、錫伯族相比P＞0.05，差異無統(tǒng)計學(xué)意義，男性面寬相近。對比錫伯族男性鼻寬，男性t=-2.16，P=0.04，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，蒙古族男性鼻寬小于錫伯族。對比蒙古族口寬與錫伯族之間，女性t=-2.90，P＜0.00，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，蒙古族女性口寬小于錫伯族。對比蒙古族眼內(nèi)角間寬與錫伯族之間，男性t=2.21，P=0.04，女性t=3.11，P＜0.01，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，蒙古族兩性眼內(nèi)角間寬均大于錫伯族（表11）。

表11 面部軟組織測量結(jié)果與其他地區(qū)不同民族比較（，cm）Tab.11 The results of facial soft tissue measurements and comparison of different ethnic groups in other regions（Mean±SD，cm）

表11 面部軟組織測量結(jié)果與其他地區(qū)不同民族比較（，cm）Tab.11 The results of facial soft tissue measurements and comparison of different ethnic groups in other regions（Mean±SD，cm）

*：P＜0.05，差異有統(tǒng)計學(xué)意義；**：P＜0.01差異有顯著統(tǒng)計學(xué)意義

3.4 美學(xué)研究

人的面部特征是直接體現(xiàn)美的方式，日常中說的美包括大眼睛，高鼻骨，飽滿的唇部[10]。相比于世界其他地區(qū)的人群，不同地區(qū)和民族存在面部特征的差異，亞洲人與西方人的審美標(biāo)準(zhǔn)存在較大差異[16]。幾世紀(jì)以來，最早希臘人提出黃金比例的概念，奠定古典美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)建立基礎(chǔ)，古典美學(xué)標(biāo)椎通常將大眼睛、窄鼻寬、飽滿的唇部視為美的表現(xiàn)[17]，它將面部水平等分成3份，垂直等分成五分，從發(fā)際線到眉間，眉間到鼻下點和鼻下點到頦下點的高度正好是面部高度的三分之一。面部垂直等分成5份，每五分之一的距離正好是眼內(nèi)角間寬，眼內(nèi)角間寬等于鼻寬和眼裂寬，眼裂寬等于面寬的五分之一，鼻寬等于面寬的四分之一，容貌額高等于鼻高[11,18]，然而希臘古典美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)只適用于白種人，本研究測量過程中擁有3等分的面部特征人數(shù)鮮有，有研究[19]發(fā)現(xiàn)對于不同種族、年齡、地區(qū)對于有魅力的面孔有相同的喜愛程度，另有研究發(fā)現(xiàn)，不管是男性還是女性，偏女性化的面容更容易得到大眾的喜愛[1]，而對面部對稱性的美的研究，不同學(xué)者有不同看法，西班牙[20]的學(xué)者認(rèn)為，不論男女都比較喜歡右側(cè)臉部輪廓比較大的男性。

3.5 研究不足和局限性

通過本次三維掃描，為測量蒙古族青年大學(xué)生面部輪廓提供一種全面、科學(xué)的測量方法。男女擁有相近的容貌額高，男性的臉部輪廓普遍大于女性。由于樣本量較小，受試者身高體重對面部的影響未考慮在內(nèi)，研究對象均來自內(nèi)蒙古自治區(qū)，測量過程中，不可避免存在測量誤差，本實驗初步得出內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學(xué)生面部解剖學(xué)參數(shù)，需進(jìn)一步擴大樣本量進(jìn)行研究，多地聯(lián)合普查，為面部整形、顏面部修復(fù)治療提供更可靠的數(shù)據(jù)。

志謝：感謝在研究期間志愿者的配合，并感謝內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院數(shù)字醫(yī)學(xué)中心支持當(dāng)前的研究。