土耳其医疗专家使用Eva测量面部软组织变化

04/10/2016

土耳其安塔利亚阿卡德尼兹大学最近一项研究中,在跟踪人体面部软组织随姿态变化发生的行为时,Artec Eva 3D扫描仪作为高精度跟踪方式,发挥了不小的作用。

多年来,医疗专家常常依赖头部测量法这项传统技术来研究头部和脸部的比例。最主要的一些扫描手段包括磁共振成像(MRI)、计算机断层摄影(CT)和锥形束计算机断层摄影(CBCT)。但来自阿卡德尼兹大学一名土耳其专家指出,传统技术的效果普遍不准确。获得各种不同方式的生物数据再临床合成分析,往往会发现不小的差异。但是这些因素很少考虑在内,实在是一个名副其实的潘多拉之盒。

本次研究中,学校从Artec土耳其合作商Teknodizayn处购得Artec Eva结构光3D扫描仪,与MRI和CBCT产生了鲜明对比,在缩小测量差异方面有突破性的表现。便携灵活的设计使其能够克服传统技术所面临的问题。与Eva不同,目前的医疗技术要求患者保持站姿、坐姿或卧姿获得生物数据。若使用Eva,这种对于患者的强制性要求和操作员的限制都可以避免。由于可以从任何角度进行扫描,所以收集的数据量迅速增长,整体数据通过医疗人员的检查后,自然会得到超高精度的可靠效果。

在这项“坐姿、站姿和卧姿对于面部软组织的影响:详细3D分析”的研究中,大学医药系解剖学院成员U. Ozsoy、R. Sekerci和E. Ogut解决了与生物组织移位和医疗成像手段相关的数个重要问题。

在不同姿态变化过程中,是否能发现面部软组织位置的变化?这些变化对医疗分析和过程是否有任何影响?

首先,实验员对人脸软组织复杂行为进行了研究。尤其将注意扫描过程中,软组织在三种不同姿势情况下的移位程度:站姿、坐姿、卧姿。在不同姿态变化过程中,是否能发现面部软组织位置的变化?这些变化对医疗分析和过程是否有任何影响?

其次,或许也是研究最重要的部分,就是直面许多医疗专家在实践中无法避免的问题根源:操作方法。面部测量的标准技术受到与方法选择有关的外部因素影响。在一些需要面部组织精准数据的敏感操作过程中,虽然无法彻底避免外部因素,但缩小其影响的能力直接决定了方法的可靠程度。

土耳其专家进行的研究将重力视为影响因素之一。

土耳其专家进行的研究将重力视为影响因素之一。尽管其力作用于人体,但影响甚微。不过对于人体面部软组织来说,重力影响就很大了。因此,该研究从如下假设出发——当前扫描手段获得的数据进行分析时需要考虑不同姿势下重力对人体带来的变化。

为研究重力对于人体面部软组织产生的巨大影响,研究人员找到19-24岁之间的35位女士和35位男士组成实验被试。为确定不同姿势时,重力在多大程度上造成面部软组织形状和体积的移位变化,研究人员必须采用一些全新的跟踪方式。实验人员用笔在每位被试的面部画了35个点划分面部区域。

科学家将这些点称为“地标”。被试面部完成“地理标识”后,医疗团队就可以看到患者不同姿势时头部扫描中监测到的变化。Eva精度表现可高达0.1毫米,3D分辨率高达0.5毫米。在解决研究的基本问题时,这些性能数值起到了关键作用。

使用Artec Eva扫描坐姿(A)、站姿(B)和卧姿(C)时的被试

其他已获取的3D图像上传至Artec Studio后,每个姿势的扫描数据组将完成手动对齐。科学家需要找到将每位患者面部扫描对齐的方式。于是,他们依赖于内眦中点。该点被称为“人脸统计最稳定的点”,位于眼睛内角之间。可以帮助科学家确定x、y、z轴,分别对应头部横截面、垂直面和矢面。

当所有的点都协调好完成数字“面具”后,实验员使用Artec Studio中的表面映射算法合成扫描件。地标符号将扫描件按同一位置和方向统一起来。现在,专家可以通过分析x、y、z轴跟踪坐姿、站姿和卧姿状态下移位的差异。数字面具叠加在脸部,便于体现地标的移动,从而显示组织位置和参数的变化。

面具对面具的差异彩图根据(A)坐姿与站姿、(B)坐姿与卧姿、(C)站姿与卧姿时的叠加面具制成。地图色彩的变化从指示负距离的蓝色到正距离的红色;绿色表示某点上表面距离几乎为0

在GraphPad Prism 6.05版帮助下,科学家开始进行必要的统计分析。地标必须进行标准差(SD)检查以量化表面移位情况。同时,均方值(RMS)、平均绝对偏差(MAD)和平均符号距离(MSD)等相关数值数据也需要进行计算来确定“形状变化和表面体积。”这为科学家提供了重力导致面部软组织转变的数值证据,而医疗扫描手段是无法充分识别的。

面部软组织的3D分析显示坐姿-卧姿和站姿-卧姿间存在显著差异。但对比坐姿和站姿数据发现,所有轴之间的差异非常有限。另外,地标分析还显示了不同姿势对不同地标的影响程度。

这一实验的应用范围可扩大至医疗咨询和实践。

这一实验的应用范围可扩大至医疗咨询和实践,尤其是口腔及颚骨手术等领域,即便微不足道的计算失误都会造成巨大的破坏性比例错误。所以,术前和术后进行准确的面部软组织评估可以直接影响到整体效果。

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