多基线数字近景摄影测量技术在口腔颜面部三维成像和测量中的应用

彭春

（重庆医科大学附属永川医院口腔科，重庆402160）

多基线数字近景摄影测量技术在口腔颜面部三维成像和测量中的应用

彭春

（重庆医科大学附属永川医院口腔科，重庆402160）

目的：探讨多基线数字近景摄影测量技术在口腔颜面部三维成像和测量中的应用。方法：应用普通数码相机对口腔颜面部进行拍摄并获得多幅重叠无序的照片，采用多基线数字近景摄影系统对照片进行处理。结果：对颜面部组织长度及宽度测量上与传统手工测量方法相比无统计学差异（P＞0.05）。结论：多基线数字近景摄影测量技术操作简单、测量准确、对设备要求低，可用于口腔颜面部三维成像的测量中。

多基线数字近景摄影测量技术；口腔颜面部；三维成像

在口腔正畸及正颌外科治疗中常常需要对病人的颅面软组织进行分析与测量，以诊断其颅颌面发育情况如有无缺损畸形、发育过度或不足［1］。多基线数字近景摄影测量技术可同时获取多种形式的数字化产品，如数字线划图、三维点云、数字高程模型、正射影像等［2］。本研究将对口腔颜面部需进行矫形的患者术前应用多基线数字近景摄影测量技术了解患者口腔颜面部生理解剖结构，以提高了手术可靠性及安全性。

1 材料

1.1 临床资料

选取本院符合测量标准的正常受试者28名为研究对象，患者口腔颜面部形态无异常且无正畸、正颌及外伤史，其中男性16名，女性12名，年龄在21-28岁之间平均（24.2±3.5）岁。

1.2 相机及计算机的选择

采用Canon EOS600D单反数码相机作为摄影器材。该相机可减少图像处理时间，定焦镜头的位置的改变较为固定，可避免过多误差进而影响测量结果。采用操作系统为Microsoft Windows7旗舰中文版对数据及图像进行处理。

2 方法

（1）多基线数字近景摄影测量技术三维模型重建：利用多基线数字近景摄影测量技术，应用多基线拍摄方式，确保相邻图像覆盖率＞60%［3］。获取照片后将照片导入自行设计的程序中以获得口腔颜面部三维数字模型，以STL工程文件及PLY格式文件输出图像。具体方法如下：①校正相机：数码相机镜头容易发生畸变，而镜头畸变可导致结果出现较大的误差。本研究通过采用液晶显示器上安装的网络对相机焦距进行校正，采用垂直、水平方法对液晶显示屏左上、左下、右上、右下等部分进行拍摄，并各获得两张网格图。将图片导入相机中进行校正，以获得基本初始参数。②受试者坐在可自我调节的凳子上，注视着一面具有标准水平线和垂直线标记的镜子。他们的眼睛需与水平线一齐，面部中线与垂直线一齐。调整座位高度，以协助受试者实现自然头位(NHP)。指导受试者做吞咽动作，要求他们在扫描之前下颌处于放松位置。在相同的时间间隔拍摄，总拍摄时间约9.5秒。如果受试者在拍摄时移动，则重复拍摄程序。每一个受试者产生一个原始数据集，包括左、右侧拍摄图像，拍摄基线（T1）和一个星期内的拍摄（T2）。③将图像导入自行设计的程序中，经程序处理后可获得三维点云，将三维点云导入Meshlab［4］软件中，采用曲面拟合的方式生成三角化网格以获得三维图像。

（2）采用多基线数字近景摄影测量图像后，首先应用手工测量方式对受试者进行测量。测量项目包括ft-ft（前额宽），go-go（下颌宽），gn-go(L)（下颌深）；眶部的2项：ex-go(L)（颊高），可以看到构成这些项目的点有ft（前额点），go（下颌角点），gn（颏下点）与t（耳屏上届切迹点）。ft和go点需要触摸方可在面部准确定点。gn点处于面下部的转折部位，与颈部的反差较小，在直接测量时依靠扪诊来确定，而在电脑屏幕的正面图像中定点难以把握，且此点受拍摄时头位的影响较大。测量方法为由同一操作者，每隔一周，采用游标卡尺对受试者进行测量项目进行手工测量三次，并取其平均值；随后在软件中测量三次并取其平均值。

（3）统计学分析：应用SPSS17.0统计学软件进行分析，计量资料采用均数±标准差表示，组间比较采用t检验，P＜0.05具有统计学差异。

3 结果

多基线数字近景摄影测量技术可获得与口腔颜面部形态相似的三维数字模型，并能有效识别颜面部轮廓。在颜面部组织长度及宽测量上与传统手工测量方法相比无统计学差异（P＞0.05），见表1。

表1 不同测量方法结果对比（mm n=28）

表1 不同测量方法结果对比（mm n=28）

项目手工测量多基线数字近景摄影t值P值ft-ft102.328±0.044103.025±0.0450.112＞0.05 go-go67.247±0.00967.248±0.0090.086＞0.05 gn-go(L)36.688±0.01337.686±0.0120.079＞0.05 ex-go(L)49.961±0.00949.960±0.0090.108＞0.05

4 讨论

多基线数字近景测量技术提供了一种非介入性面部三维重建的方法，该方法三维测量精度高，立体重构快捷、逼真，使用方便且范围广［5，6］。国内外学者已有很多先进的软组织测量技术，如Cyberware和 Minolta等三维激光扫描仪已经广泛应用到实验和临床研究中。本系统从图像获取到定点测量的各环节有较多可能的误差来源应予以注意。获取测量对象正面、左侧面45°、右侧面45°。3幅图像是通过受试者改变体位的方式实现的。要求受试者眶耳平面与地面平行，正中颌位，与镜头距离lm，情绪与表情保持一致，扫描时保持静止，不能眨眼，对于过长的额发及鬓发用发夹固定，避免遮挡面部，影响图像质量。拍摄对象无需闭眼，只是不要直视镜头即可，因此眼部信息不会丢失。无论直接测量法还是三维扫描测量法，标志点的确定都是人工完成的，人为因素在这个过程中势必造成一定的误差。此外，某些点的定义描述本身就不是非常客观准确，如那些定义为某个部分或面上最突点及那些需要通过直接触摸方可准确辨别的点，在实际操作中让人感觉模棱两可。在图像上定点时，因为计算机屏幕是二维的，在一个二维平面上确定一个三维的点，也可能会出现一些误差。本实验为了避免这方面的误差，采取了如下措施：①全部定点均由一人完成，且事先反复练习，熟悉各点的定义，良好掌握定点的技巧。②两种方法对每个测量对象均分别定点测量3次。③自行开发的三维可视化测量程序中，定点时可以左右旋转和移动图像利于准确定点，定完点后如认为有偏差，可以取消后重新定点。

［1］彭春.多基线数字近景摄影测量技术在齿科石膏模型三维成像和测量中的应用［D］.重庆医科大学，2013.

［2］陈新玺.多基线普通数码影像近景摄影测量技术研究［D］.南京：河海大学，2006.

［3］David G.Distinctive image features from scale-invariant keypoints［J］.International Journal of Computer Vision，2004,60(2):91-110.

［4］Meshlab 132a-64bit［CP］http://meshlab.sourceforge.net/.

［5］田雷波.多基线数字近景摄影测量技术应用［J］.科技风，2011，（12）：83-84.

［6］张胜利，殷海霞，刘强等.多基线数字近景摄影测量系统的应用分析［J］.测绘技术装备，2009，（1）：27-30.

Multi-baseline Digital Close-range Photogrammetry Technology in Oral Facial Three-dimensional Imaging and Measurement

PENG Chun
（Affiliated Yongchuan Hospital，Chongqing Medical University，Chongqing402160，China）

Objective:To investigate the multi-baseline digital close-range photogrammetry technology in oral facial three-dimensional imaging and measurement.Methods:Ordinary digital camera on oral facial plaster model shoot and get multiple overlapping photos disorder,the use of multibaseline digital close-range photogrammetry system for photo processing.Results:No statistically significant difference(P＞0.05)based on the facial bone length and width measurements compared with traditional manual measurement methods.Conclusion:Simple multi-baseline digital close-range photogrammetry technology,accurate measurement of low equipment requirements and can be used three-dimensional imaging of oral facial measurements.

Multi-baseline Digital Close-range Photogrammetry;Oral Facial;Dimensional Imaging

R783.5

A

10.3969/j.issn.1001-0270.2015.03.10

2014-10-23

彭春（1978年），主治医师，硕士，口腔医学。

重庆市永川区科学技术委员会软科学资助项目（YCSTC，2012BE5005）