立體攝影測量在口腔修復學中的應(yīng)用進展

蔣文翔，陳奕曈

（浙江大學醫(yī)學院附屬口腔醫(yī)院/浙江大學口腔醫(yī)學院，浙江 杭州 310006）

頜面部軟組織三維成像在考古學、美學、人體測量學、法醫(yī)學、口腔頜面外科學、口腔正畸學等領(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，包括電子計算機斷層掃描、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越來越受到口腔臨床醫(yī)生及研究者的青睞?；诖?，本文就立體攝影測量的發(fā)展歷史、優(yōu)缺點、應(yīng)用進展、發(fā)展前景進行綜述，以期為臨床口腔美學修復提供參考。

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個階段。直接測量簡單、廉價，但是精度不高，尤其難以測量復雜精密、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，再進行手工或計算機輔助測量，該方法廉價，可反復進行，但是操作繁瑣，患者接受性較差，取模時可引起軟組織變形。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、運動和變形等信息進行獲取、記錄和轉(zhuǎn)化的科學和技術(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）是一種光學三維成像技術(shù)，它利用兩臺以上相機組成立體相機組，得到物體多個角度的照片，從而建立物體表面三維形態(tài)。立體攝影測量有被動式和主動式兩種類型。被動式三維成像技術(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)，該種方式計算量很大，準確度不能保證。1952年，Zeller利用這種方法進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。主動式三維成像技術(shù)采用預定的光源照射物體，利用光學效應(yīng)計算光與物體的距離，極大改善了成像的準度、精度、速度和重復性。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、價格低廉，精度與當時的立體攝影技術(shù)相當，且可與計算機技術(shù)結(jié)合進行數(shù)字化處理和分析，迅速運用于法醫(yī)學、臨床醫(yī)學、口腔醫(yī)學等各個領(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)品大多基于主動式光學成像技術(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

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，包括：①非介入性、安全、無創(chuàng)、可對非治療性人群進行研究；②圖像采集快，無運動偽影，不受面部表情變化影響，有利于標志點辨認；③數(shù)據(jù)存儲方便，查詢便捷，數(shù)據(jù)可用于隨后的形態(tài)學研究；④測量速度快，精度高，節(jié)約人力和時間；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、化妝品會影響成像質(zhì)量，此外頜面部標志定點也可能有誤差。

3 立體攝影測量與口腔美學分析

從雕塑藝術(shù)家、口罩生產(chǎn)廠商到游戲設(shè)計師，從頜面外科醫(yī)生、口腔正畸醫(yī)生到口腔修復醫(yī)生，無不對口腔頜面部標志點的解剖位置、線段長度、角度的正常生理范圍和美學范圍感興趣。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志進行了測量，獲得頜面部各標志點的三維數(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時選擇前牙的參考，即選擇前牙時，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)系進行面弓轉(zhuǎn)移，同時將口唇關(guān)系標記在石膏模型上。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行重疊，從而得到一個數(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，進行診斷分析和模擬修復，從而更快更好地實現(xiàn)功能和美學相協(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)，在計算機中進行全口義齒模擬排牙以及虛擬試牙，嘗試對傳統(tǒng)的復診試牙步驟進行補充甚至替代。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)，進行種植體支持的全口義齒的設(shè)計和制作的完整流程。

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)紊亂病是口腔修復中需要特別關(guān)注的一個疾病，影響修復治療的難度、效果和預后。下頜運動軌跡記錄是輔助診斷顳下頜關(guān)節(jié)病的一個輔助方法，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值。目前臨床上記錄下頜運動軌跡的方法主要分為機械法、光學法、電磁法和超聲波法等手段，其中最常用的方法是采用光學測量技術(shù)的計算機輔助髁突運動軌跡描記儀，也稱為運動面弓。國內(nèi)學者發(fā)明了一種基于計算機雙目視覺和二維圖像特征識別技術(shù)的下頜運動軌跡跟蹤裝置及控制方法，可記錄下頜運動軌跡，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、修復體失敗等臨床癥狀。磨牙癥診斷的金標準是多導睡眠圖，但是該診斷技術(shù)操作復雜、費用昂貴、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)進行擬合，從而創(chuàng)造出一個虛擬的集合了牙-頜-面的三維虛擬患者就成了研究的熱點。由于所有的數(shù)據(jù)都可以傳入計算機，并保存為相同的格式，事實上這種擬合對于個體病人來說并不復雜。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，用于美學修復和正畸術(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間引入?yún)⒖枷?，?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，在口腔修復學領(lǐng)域中有更大的應(yīng)用前景。