计算机在颌面部软组织测量中的应用

　　自1884年在德国法兰克福人类学会议上确定了常用头面部测量标志点以来，颌面部软组织测量技术得到迅速发展。它已由直接测量法、模型测量法、影像测量法进而发展到电子计算机辅助的多种高技术测量方法。很多学者认为，颌面部软组织覆盖厚度在各个部位变异较大，不是均匀覆盖在硬组织上，使得硬组织的形态结构不能完全反映软组织的形态，而在临床实践中，这些软组织形态为人们提供了最为直观的印象，人们在评价面部形态的优劣时，往往更多地借助于软组织测量。在口腔颌面外科和整形美容外科等领域已广泛应用颌面部软组织测量技术进行术前诊断、手术设计和美容整形效果评价等，为口腔颌面外科和整形美容外科等学科的发展奠定了坚实的基础。
一、计算机辅助影像测量法
本世纪初，影像测量法开始用于人体测量，近30年发展迅速。主要包括照片测量、X线头影测量、云纹影像测量等。
1.计算机辅助照片测量法
本世纪初，Simon首先提出用面部照像的方法对颜面进行研究，1944年Taimean Degen［1］从简单基础的立体照像术获得面部测量，并在临床应用。此法的主要价值是依据照片对被测对象的面部以整体的认识，在此基础上研究面部各部分比例及形态结构特点，属二维测量。
照片测量法拍照前需在头部应用固定装置并设置一定的尺度和垂线等作为参照物，以备下一步测量及放大倍数的确定［2］；将摄取的底片制成幻灯片在幻灯机上放大影像与活体等大(1：1)；在透明硫酸纸上描绘颜面及器官轮廓，标志出各测量点，再利用图像数字化仪将全部标志点按编号输入电子计算机图像分析系统，求出各测量项目的值。石冰等［3］根据立体几何原理，设计了一种适用于头面部的照像方法，可获得患者颌面部术前、术中、术后的同位可重复性照片。
计算机辅助照片测量法具有资料获取容易、软组织结构显示清楚、价廉等优点，直至目前仍为很多学者广泛采用［3～6］。但其不能显示软硬组织之间的关系，不能提供三维立体结构的信息。
2.计算机辅助X线头影测量法
X线头影测量分析技术属二维测量法。1931年由美国的Broadbem和欧洲的Hofranth分别创立［16］。早期的X线头影测量仅限于硬组织的测量，进入五十年代，软组织的X线头影测量开始兴起，结合计算机操作系统后已成为临床广泛应用的颌面部软组织测量方法之一。
早期的X线头影测量不能在X线片头影上直接进行，而需在描绘的头影图上进行，故描绘的头影图必须精确地与头影像上的形态完全一致。1958年丹麦皇家牙科学院首次提出了电子计算机X线头影测量方法，随后，Bjork和Solow［7］初次将电子计算机应用于X线头影测量。七十年代初，图像数字化仪应用于X线头影测量系统［8］，它将原来的头影描绘图迹上的手工测量变为通过图像数字化仪对头影描绘图上的标志点数值化，再经计算机测量、分析处理，回收到各种分析结果和面部模板图。但是，无论是手工测量或是数值化计算机测量，均需在头影描绘图上进行，从头颅X线摄片到最终得到测量结果过程中，可能因摄像、描图、定点及测量等方面的原因出现误差，影响结果的可靠性。
1978年Oka等［9］将数字图像处理技术用于X线头颅片，随之而来的是八十年代开发出的数字图像处理X线头影测量系统［10～15］。该类系统通过图像输入设备，可直接将X线头颅片的图像输入计算机内并进行测量分析。数字图像X线头影测量系统有两个特点：①通过专门设计的灯箱，将头颅X线片在灯箱上显影后再经电视摄像机摄入，增强光学和图像，减少图像灰度信息的非线性失真。使显示器上冻结后的头颅图像具有清晰的高分辩性，提高投影图像的整体清晰度。②通过伪彩色来增强图像，使X线片上头颅影像的一些难以分辩的灰度范围，经伪彩色处理可清晰地分辩出不同的组织结构。对一些因投照条件影响而不清的软组织侧影轮郭，经图像伪彩色处理亦可十分清晰地显示。
数字图像处理X线头影测量系统的应用，改变了以往X线投影测量必须在头影描绘图迹上进行的方法。省去了头影图迹描绘过程。特别是经过图像灰度变换、伪彩色处理和边缘增强等图像技术，提高测量标志点的清晰度，使之准确地确定各测量标志点，保证了头影测量分析的可靠性，提高了精度和效率。电子计算机X线头影测量系统还带来了一个新的前景，即随着其本身的不断发展，目前正从二维平面的测量系统向三维空间及立体摄影相结合的系统发展。
3.计算机辅助云纹影像测量法
云纹影像测量法又称莫尔条纹法或立体测量法，1970年由英国学者Meadous和日本学者高崎宏分别发明的一种光学图像测量技术［16］。基本原理是根据两个稍有参差的光栅相互重叠时产生光线几何干涉，从而会形成一系列含有面外位移信息的云纹来进行测量。光线经汇聚、折射，透过基准光栅；基准光栅的影像投射到三维物体表面，由于物体表面的凹凸而受到三维调制，基准光栅的影像形成变形光栅。这两重光栅之间产生几何干涉，形成含有面外位移信息的云纹；透过基准光栅的不同角度观察时，即可看到物体表面的干涉云纹。选择合适的光学系统装置，可使干涉云纹成为物体表面的等高线。用光学记录装置拍摄、记录等高云纹图，即可获得所需的图片和测量数据。
本测量系统由光栅投影光源、人体头颅定位装置、记录装置和计算机图像分析系统组成。被测个体拍摄前在面部涂擦香粉或白色戏剧油彩，目的是增强条纹反差，使拍摄的云纹图片条纹清晰，提高对比度；用头颅固定装置固定头部并由白色标记线确定眶耳平面与地面平行；然后开启光源及光栅震动系统进行拍照；将莫尔条纹图像拍成照片，直接在照片上或将照片经数字化仪输入计算机后进行测量、数据处理和分析，最后由绘图仪自动描绘出立体感较强的颜面不同角度的透视立体图和剖面图，打印机输出所需参数和高程图。计算机辅助云纹影像测量法准确、可靠，与立体摄影法有同样高的精度；单张照片可记录面部的三维信息，获取信息最大；能准确记录特定部位的形态与大小，以及比较治疗前后的微细变化，是一种很有前途的生物测量技术。
二、近景立体摄影测量术
近景立体摄影测量术是近代生物医学领域先进的测量技术之一，其主要运用解析几何的原理，借助于立体摄影机和立体测图仪来完成，属于生物立体测量术。立体摄影测量实际上是运用了双目视觉的原理，即双眼将观察到的物体稍有不同的两影像送入大脑，通过综和，形成有深度、长度和宽度的立体像。同样，在立体镜下，可将两张位置不同的立体像对并列，使左眼所见的左片与右眼所见的右片形成适当的关系，则能清楚地再显示出深度。使用立体测图仪并结合计算机技术，可得出三维定量资料［17］。
近景立体摄影测量术的基本方法是在建立高精度控制框架(控制网)的基础上用照相机或摄像机从不同角度摄取立体像对，然后对立体像对进行技术处理，并输入计算机作统计学处理及分析［18～23］。
采用立体摄影测量法具有实现美容手术方案设计、整形效果术前模拟、模型参数自动测量、图像存储美学分析等功能，是颌面部软组织精密测量手段之一。
三、三维激光测量术
三维激光测量术是目前国际上最先进的软组织测量技术，其主要依据激光三角测距原理。在三维扫描测量仪中设计了一个装配有激光二极管和线阵列光电偶合元件CCD的旋转框，该旋转框在沿着头颅做圆周运动的同时，可沿着长轴做精细的轴向运动，准确地采集出颜面部各点的三维信息，并通过计算机进行数据转换、三维重构、插值平滑和测量分析。经过运算，计算机可以显示出能任意方向旋转、逼真的颜面立体形态图、颜面等高线图、颜面部横剖面或纵剖面的剖面图、两侧轮郭的重叠图及颌面表面形态高程图［24～26］。
三维激光测量术与其他三维测量方法相比，具有三维测量精度高，抗干扰能力强，立体重构快捷、逼真，适用范围广，对人体无害等优点，是今后颌面部软组织测量方法的主要发展方向。

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