導(dǎo)語(yǔ)：面部掃描儀在口腔醫(yī)學(xué)的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

［摘要］面部掃描儀是一種非接觸式、非侵入式、能對(duì)面部軟組織進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量與三維重構(gòu)的儀器，在人體測(cè)量、刑事偵查、疾病診斷、人類學(xué)研究、口腔醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景。本文將對(duì)面部掃描儀的類型、工作原理及其在口腔醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行介紹，并對(duì)其未來發(fā)展做出展望。

［關(guān)鍵詞］面部掃描儀；口腔醫(yī)學(xué)；三維重建；人體測(cè)量

口腔醫(yī)學(xué)診療部位涉及頸部以上至發(fā)際線以下的頜面部區(qū)域，該區(qū)域軟硬組織的病變均可能造成軟組織缺損、畸形，影響患者相應(yīng)部位的美觀、功能及心理健康。客觀準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)面部形態(tài)是診治口腔頜面部疾病的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)方法有直接人體測(cè)量法，采用卷尺、游標(biāo)卡尺等工具進(jìn)行測(cè)量，是一種古老、簡(jiǎn)單且低成本的方法［１］。但該方法準(zhǔn)確性較差、數(shù)據(jù)不易保存、可重復(fù)性較差。隨著放射學(xué)的發(fā)展，超聲、磁共振成像、計(jì)算機(jī)斷層攝影、口腔頜面錐形束ＣＴ等放射學(xué)檢查手段也逐漸應(yīng)用于面部測(cè)量［２－４］。這類方法可以較好地對(duì)面部形態(tài)進(jìn)行三維重建，但存在一定的電離輻射。今天，隨著光電技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，高精度的面部掃描儀逐漸被用于醫(yī)學(xué)臨床，原始面部信息被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過相關(guān)軟件的編輯、存儲(chǔ)、輸出與后處理，常被用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造（ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＣＡＤ／ＣＡＭ），在人類學(xué)［５，６］、法醫(yī)學(xué)［６，７］、形態(tài)學(xué)［７］、認(rèn)知科學(xué)、人體工程學(xué)和口腔醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域均有不可或缺的作用。本文將概述面部掃描儀的類型、工作原理及其在口腔醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，并對(duì)其未來發(fā)展做出展望。

１面部掃描儀的工作原理

三維掃描的關(guān)鍵在于物體三維數(shù)據(jù)測(cè)量，測(cè)量方法分為接觸式和非接觸式兩類。接觸式掃描儀如ＦａｒｏＥｄｇｅ三坐標(biāo)接觸式測(cè)量臂（Ｆａｒｏ公司，美國(guó)）、ＰｒｏｃｅｒａＦｏｒｔｅ接觸式掃描儀（ＮｏｂｅｌＢｉｏｃａｒｅ公司，瑞典）等，多為機(jī)械三坐標(biāo)測(cè)量，其探頭與物體表面接觸，易使之受壓變形，因此多用于汽車制造、零件加工、口腔模型數(shù)字化等［８，９］。非接觸式掃描儀的掃描頭則與物體保持了一定的距離，避免劃傷待測(cè)物表面或造成測(cè)量壓迫。由于人體軟組織存在可讓性，且往往存在接觸測(cè)量難以觸及的微小區(qū)域，因此主流顏面部掃描多為非接觸式光學(xué)掃描儀，其工作原理大致可分為３類：激光三角測(cè)量原理、結(jié)構(gòu)光測(cè)量原理和立體攝影測(cè)量原理。精度一般在０．５ｍｍ左右，誤差為０．１４～１．３３ｍｍ［１０］。激光掃描儀主要有３ＳｈａｐｅＲ７００掃描儀（３Ｓｈａｐｅ公司，丹麥）［１１］、ＮｅｘｔＥｎｇｉｎｅ三維掃描儀（ＮｅｘｔＥｎｇｉｎｅ公司，美國(guó)）［１２］、ＦａｒｏＥｄｇｅＬＬＰ線激光掃描測(cè)量系統(tǒng)等。這類掃描儀采用可照射皮膚的二類激光作為投射光，通過儀器發(fā)出激光與面部反射激光之間的時(shí)間差，應(yīng)用三角測(cè)量原理來測(cè)得紅外線的位移即該點(diǎn)的深度信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)三維重建［１３］。激光掃描儀測(cè)量準(zhǔn)確性高，但造價(jià)較高，掃描用時(shí)較久（８～３０ｓ），存在眼安全問題，同時(shí)對(duì)物體表面粗糙度、過大角度等較為敏感［９］，因此在臨床上的使用較為受限。應(yīng)用結(jié)構(gòu)光法的面部掃描儀主要有ＦａｃｅＳｃａｎ三維掃描儀（３ＤＳｙｓｔｅｍ公司，德國(guó)）［９］、３ＤＳＳ－ＳＴＤ－Ⅱ三維掃描儀（上海數(shù)造科技有限公司，中國(guó)）［１４］、ＥｉｎＳｃａｎＰｒｏ三維掃描儀（先臨三維公司，中國(guó)）等。工作時(shí)，這類掃描儀的光學(xué)投影裝置會(huì)發(fā)出特定編碼的結(jié)構(gòu)光，投射至面部后產(chǎn)生移相，隨后攝像機(jī)電荷耦合元件（ｃｈａｒｇｅ－ｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅ，ＣＣＤ）同步獲取調(diào)制后的二維光條畸變圖形，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，獲得待測(cè)面結(jié)構(gòu)信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)解算二維光條的圖像坐標(biāo)，直接或間接地獲得面部外形［１５］。結(jié)構(gòu)光技術(shù)掃描速度快、景深大、精度好，臨床應(yīng)用廣泛，但對(duì)環(huán)境光和金屬表面敏感，部分產(chǎn)品采集黑色、透明、反光面信息時(shí)需要噴粉，患者舒適感低［１６］，成本高、需要多角度復(fù)雜校準(zhǔn)。立體攝影測(cè)量基于雙目／多目視覺原理，采用攝影機(jī)模擬人雙眼視物，利用視差恢復(fù)物體三維信息。典型產(chǎn)品有３ｄＭＤＦａｃｅＳｙｓｔｅｍ三維顏面部掃描儀（３ｄＭＤ公司，美國(guó)）、ＦａｃｅＣａｍｅｒａＰｒｏ（Ｂｅｌｌｕｓ３Ｄ公司，美國(guó)）、Ｄｉ３Ｄ系統(tǒng)［２］（Ｄｉ－ｍｅｎｓｉｏｎａｌＩｍａｇｉｎｇ公司，英國(guó)）等，借助兩臺(tái)或者多臺(tái)位置確定的立體攝像機(jī)（包括獲取紋理信息和位置信息的相機(jī)）進(jìn)行被動(dòng)式光學(xué)三維掃描；也可同時(shí)主動(dòng)投射非結(jié)構(gòu)光，消除環(huán)境光譜干擾，拍攝兩張或多張立體相片，由立體像對(duì)上的像點(diǎn)位置信息解算待測(cè)點(diǎn)在三維空間的位置，從而獲得面部深度信息，繪制三維圖像［１７］。該方法可以無(wú)創(chuàng)掃描面部，一次掃描即可獲得相對(duì)完整的圖形，目前普遍認(rèn)為３ｄＭＤ系統(tǒng)有著較高的準(zhǔn)確性和可靠性［１８－２０］，有學(xué)者研究了３ｄＭＤＦａｃｅ系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)量精度，發(fā)現(xiàn)其有著良好的可重復(fù)性，且認(rèn)為該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的精度是非專業(yè)人士在人體測(cè)量中能達(dá)到的最低專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［１８］。但這類設(shè)備占用空間大、難以轉(zhuǎn)移，每日需進(jìn)行標(biāo)定，操作敏感性高，對(duì)有光澤的表面掃描表現(xiàn)較差［１９］，且不能很好地掃描毛發(fā)等細(xì)微結(jié)構(gòu)，因此仍需進(jìn)一步研究與改進(jìn)。

２面部掃描儀在口腔臨床診療中的應(yīng)用

頜面部疾病易對(duì)患者身心健康造成影響，為研究其導(dǎo)致面部軟硬組織發(fā)生的改變，指導(dǎo)臨床治療，頜面部三維形貌的測(cè)量及重建很有必要。

２．１面部掃描儀在口腔頜面外科中的應(yīng)用

口腔頜面外科對(duì)各種因素導(dǎo)致的面部畸形已有較為成熟的治療手段，如唇腭裂患者的序列治療、骨性牙頜畸形的正頜外科手術(shù)治療等。對(duì)上述治療的評(píng)價(jià)以往多采取醫(yī)師主觀評(píng)價(jià)、患者自我感受等方式，或采取手工測(cè)量、治療前后照片對(duì)比等測(cè)量誤差較大的客觀手段，缺乏評(píng)價(jià)治療的定量標(biāo)準(zhǔn)。面部掃描儀由于其強(qiáng)大的圖像采集能力和可添加真實(shí)皮膚紋理信息等能力，在頜面外科診療中已有較多應(yīng)用。Ｍｕ等［２０］對(duì)比了肉芽腫性唇炎（ｃｈｅｉｌｉｔｉｓｇｒａｎｕｌｏｍａｔｏｓａ，ＣＧ）治療前后的面部輪廓，發(fā)現(xiàn)ＣＧ患者上下唇之間的距離和上下唇唇紅緣長(zhǎng)度有顯著差異。Ｖｅｒｚé等［２１］使用Ｃｙｂｅｒ－ｗａｒｅ３０３０ＲＧＢ激光掃描系統(tǒng)采集了１０例嚴(yán)重阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征患者的三維圖像，發(fā)現(xiàn)在正頜外科治療前后，患者面部軟組織沒有明顯變化。除此之外，在評(píng)估面部腫脹程度［２２］、分析唇腭裂治療前后差異［２３］、手術(shù)造成的鼻部形態(tài)改變［２４］等方面，均可利用面部掃描儀進(jìn)行輔助診斷與治療。面部掃描儀能定量評(píng)價(jià)出現(xiàn)在頜面部的諸如腫脹、缺損、畸形等癥狀以及治療前后的差別，這有助于排除醫(yī)師主觀干擾，盡早明確診斷，為疾病的轉(zhuǎn)歸提出基于面部軟組織三維數(shù)據(jù)上的客觀判斷。

２．２面部掃描儀在口腔正畸中的應(yīng)用

正畸學(xué)與面部軟組織形貌息息相關(guān)。無(wú)論是矯正前后的面部形態(tài)，或是不同人群的面部特征，這些信息都需要我們對(duì)面部軟組織形貌做出準(zhǔn)確的解讀。而三維面部掃描儀則提供了一種全新的解決手段，在確定面中線、分析面部對(duì)稱度［２５］、對(duì)比男女面部差異［２６］等諸多方面均有良好應(yīng)用。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)上下頜矢狀關(guān)系和冠狀方向的三維攝影測(cè)量值與相應(yīng)的傳統(tǒng)頭影測(cè)量值有很強(qiáng)相關(guān)性，可以作為頭影測(cè)量的預(yù)測(cè)因子［２７］。有學(xué)者對(duì)比了二維側(cè)位攝影和三維掃描技術(shù)評(píng)估軟組織輪廓的效果，發(fā)現(xiàn)兩者的評(píng)價(jià)效果均可為臨床所接受［２８］。因此我們可以聯(lián)合三維掃描技術(shù)，在最小放射劑量原則的指導(dǎo)下減少患者接受的放射劑量，將放射視野限制在醫(yī)生感興趣的區(qū)域，減少對(duì)患者的傷害。除此之外，面部掃描儀也極大地簡(jiǎn)化了正畸診療流程。正畸治療對(duì)面部軟組織的改變可以是顯著的，也可以是輕微的。對(duì)于這種改變，以往我們多依靠肉眼觀察、照片對(duì)比等手段，但面部三維信息重建提供了定量分析的可能。有學(xué)者使用３ｄＭＤ系統(tǒng)對(duì)上頜快速擴(kuò)弓器（ｍａｘｉｌｌａｒｙｓｋｅｌｅｔａｌｅｘ－ｐａｎｄｅｒ，ＭＳＥ）展腭中縫的效果進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)ＭＳＥ保留１年后，鼻翼平均位移量為１．５ｍｍ，右頰平均位移量為２．５ｍｍ，左臉頰平均位移量為２．９ｍｍ，軟組織出現(xiàn)了顯著改變［２９］。這種可視化的操作不僅使矯治方案更為靈活，也因評(píng)估和量化了不同治療方式造成的軟組織變化而使醫(yī)患溝通更為直觀、有效。

２．３面部掃描儀在口腔修復(fù)中的應(yīng)用

頜面部三維掃描是面部缺損修復(fù)、美學(xué)預(yù)測(cè)、全口義齒修復(fù)等數(shù)字化修復(fù)的關(guān)鍵。在數(shù)字化修復(fù)中首先應(yīng)用的三維掃描產(chǎn)品是諸如３Ｓｈａｐｅ掃描儀、ＯｒｔｈｏＩｎｓｉｇｈｔ掃描儀等的口內(nèi)掃描儀。將牙頜模型數(shù)字化處理后，聯(lián)合ＣＡＤ／ＣＡＭ系統(tǒng)、快速成型技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)各類修復(fù)體（如：固定義齒、活動(dòng)義齒及贗復(fù)體）的即刻制作［３０］。這種方法減少了患者就診次數(shù)，消除了傳統(tǒng)印模給患者帶來的不適感，但缺乏修復(fù)體對(duì)面部軟組織影響的預(yù)判，喪失了評(píng)估治療效果的一個(gè)重要維度信息———軟組織信息。而面部掃描儀創(chuàng)建的三維面部信息是高度真實(shí)、真彩色、富有皮膚紋理信息的，因此可以大大提升治療的精確程度和美學(xué)效果［３１，３２］。有學(xué)者應(yīng)用３ｄＭＤＦａｃｅ系統(tǒng)研究了單側(cè)唇腭裂患者佩戴上頜可摘局部義齒修復(fù)唇腭裂的美學(xué)效果，發(fā)現(xiàn)治療前后面部數(shù)據(jù)如Ｕ１－ＳＮ、零子午線等存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，即上頜可摘局部義齒可使單側(cè)唇腭裂患者面部輪廓更加和諧［３３］。也有學(xué)者聯(lián)合口內(nèi)、面部掃描儀制作眼球贗復(fù)體，獲得了良好的美學(xué)修復(fù)效果［３４］。

３小結(jié)與展望

隨著口腔數(shù)字化的發(fā)展，可移植性高［３５］、成本低、方便臨床醫(yī)生獲取患者三維面部信息的便攜式設(shè)備［２２］正如雨后春筍般涌現(xiàn)。面部掃描儀在不斷的更新?lián)Q代中，其高精度、高真實(shí)、非接觸、可重復(fù)、用時(shí)短暫、便于遠(yuǎn)程傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)已被證實(shí)。在一些研究中，時(shí)間因素也被考慮，動(dòng)態(tài)的三維視圖進(jìn)一步拓寬了面部掃描儀的應(yīng)用范圍［３６，３７］。當(dāng)然面部掃描儀的缺點(diǎn)也很明確，目前市面上的面部掃描儀在潮濕表面如眼部、曲率較大如鼻部、需觸診確定的部位如下頜角等處的掃描表現(xiàn)不佳，部分產(chǎn)品無(wú)法識(shí)別黑色，導(dǎo)致面部信息缺失。手持式面部掃描儀采集時(shí)容易丟失追蹤區(qū)域，往往需要多次重采，造成患者的不便以及產(chǎn)生數(shù)據(jù)精度上的誤差。主流掃描儀多為非空間友好的，成本昂貴，且獲取的數(shù)據(jù)大，儲(chǔ)存消耗較高，在目前大部分地區(qū)通信標(biāo)準(zhǔn)仍為４Ｇ的情況下，面部掃描數(shù)據(jù)的云端通信就會(huì)比較耗時(shí)。部分產(chǎn)品技術(shù)敏感性高，實(shí)際應(yīng)用時(shí)仍需培訓(xùn)，難以在普通門診中推廣應(yīng)用。除此之外，在個(gè)別領(lǐng)域內(nèi)，如動(dòng)態(tài)三維視圖精度是否滿足臨床需要、無(wú)牙頜修復(fù)獲得的三維面部數(shù)據(jù)與其他三維數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)方案是否恰當(dāng)?shù)葐栴}仍需進(jìn)一步探討［３８］。但就當(dāng)下的世界發(fā)展潮流來看，數(shù)字化的牙科診療是大勢(shì)所趨，隨著５Ｇ通信的不斷發(fā)展和５Ｇ基站的全面覆蓋，可以綜合測(cè)量和分析相關(guān)美學(xué)參數(shù)，完成虛擬診斷蠟型設(shè)計(jì)，為最終修復(fù)提供可視化治療方案的三維牙科虛擬患者即將成為下一個(gè)研究熱點(diǎn)［１６］?？梢韵嘈旁谖磥?，面部掃描儀將在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著更廣泛的應(yīng)用。

作者：楊琪 劉曉秋 單位：吉林大學(xué)口腔醫(yī)院修復(fù)科