iWitness摄影测量系统在颌面部应用的可信度研究

[摘要] 目的 通过对头部模型面部的测量分析，来研究iWitness摄影测量系统在颌面部应用的精确性与准确性。方法 利用iWitness摄影测量系统重复获取头部模型标志点的三维坐标值，来评估在不同状态下系统应用的精确性。通过计算模型三维测量的线性距离值与真实距离值之间的差异及分布情况来检查测量数据的准确性与偏倚性。结果 在非缩放状态与缩放状态下操作误差分别为0.20 mm和0.09 mm，两者间差异有统计学意义（P0.05）；经多次校正的误差为0.251 mm，与仅作一次校正的摄像误差比较，差异无统计学意义（P>0.05）。距离测量差异集中于±0.4 mm之间，准确性较高，无偏倚。结论 iWitness摄影测量系统在颌面部的标志点定位与点距测量上具有较高的可信度，可应用于面部形态的评估与记录。

[关键词] 人体测量学； 摄影测量学； 准确性； 精确性； 三维

[Abstract] Objective This study aims to test the accuracy and precision of iWitness photogrammetry for measuring the facial tissues of mannequin head. Methods Under ideal circumstances， the 3D landmark coordinates were repeatedly obtained from a mannequin head using iWitness photogrammetric system with different parameters， to examine the precision of this system. The differences between the 3D data and their true distance values of mannequin head were computed. Results Ope-rator error of 3D system in non-zoom and zoom status were 0.20 mm and 0.09 mm， and the difference was significant （P0.05）. Error of 3D system with recalibration was 0.251 mm， and the difference was not statistically significant compared with image captured error （P>0.05）. Good congruence was observed between means derived from the 3D photos and direct anthropometry， with difference ranging from ?0.4 mm to +0.4 mm. Conclusion This study provides further evi-dence of the high reliability of iWitness photogrammetry for several craniofacial measurements， including landmarks and inter-landmark distances. The evaluated system can be recommended for the evaluation and documentation of the facial surface.

[Key words] anthropometry； photogrammetry； accuracy； precision； three-dimensional

1 材料和方法

1.1 主要材料和仪器

Sn）、下面高（前）（Sn-Pg）、下面高（下）（Sn-

Me）；眶部：内眦间距（En-En）、外眦间距（Ex-Ex）；鼻部：鼻高（N-Sn）、鼻背（N-Prn）、鼻尖高（Prn-Sn）、鼻孔（右，左）[Sn-Sbal（R，L）]；唇部：口裂宽（Ch-Ch）、上唇高（右，左）[Ch-Sbal（R，L）]、人中高（Sn-Ls）、人中宽（Cph-Cph）、唇峰口角距（右，左）[Ch-Cph（R，L）]、人中宽（右，左）[Ls-Cph（R，L）]、下唇宽（右，左）[Ch-Li（R，L）]。

1.3 方法

采用标准临床测量工具（电子游标卡尺）来直接量取头部模型上两标志点之间的距离，由3人在同一时间段内完成，每人测量5次，3人共获取15组数值，取其平均数作为两标志点间的真实距离值。

1.4 统计分析

采用SPSS 17.0软件包进行统计学分析，所有数据分析前，对每一组数据进行正态性检验，符合正态分布者，采用配对t检验；对于任何非正态分布的测量项目，则选择非参数秩和检验，P0.05）。

2.2 准确性与偏倚分析（相对于直接测量）

3 讨论

研究颌面部的传统方法都有着各自的局限性，如放射技术虽然可以准确测量骨骼标志点，却无法进行软组织的美观方面测量，同时其放射性对受试者的健康也有影响。直接测量法具有非侵袭性、技术简单且成本较低的优点，但是其操作过程较为耗时且需要受试者的耐心配合，这对于不能合作的婴幼儿更为困难，也就造成了临床应用的局限性。再者，直接测量技术除了提供最终的数据收集结果，却无法完成对面部特征信息的全面记录，由于有些目前看似不重要的信息并未记录，但是随着临床、科研的不断发展以及新的视点和视角的出现，这些目前被忽略的信息中可能会蕴藏新的医学理论，在无形中就造成了资源的巨大浪费。这就迫切要求建立一个包括图像及相关指标的完整的数据库，使临床资料标准化、数字化，而图像的准确获取与测量是关键点。因此，颌面部测量技术的提高重点在于发展非侵袭性、高效且准确的间接测量技术[10]，才能够满足临床与科研应用的要求。

无论何种测量技术，在定量分析面部表面形态方面必须是精确与准确兼顾的，这在目前应用的系统亦是同样要求。评估系统精确性至关重要，这是因为较高的组内或组间测量误差会产生误导的结果，尤其是在比较不同测量组之间的数据时更为明显。另一方面，评估准确性也是必不可少的，因为不同测量技术获取数据的不一致会限制这种技术所得数据的可说服性，也不能提供较有意义的对照。目前所有软组织及颅面部测量标准均选用直接测量方法作为标准，如果某种三维摄影测量技术获取的测量数据与多种传统的技术不一致，那么便可以认为这种三维技术的准确性有待提高。

本实验模型研究中，采用不同的数据获取过程进行重复测量，来探讨图像放大、图像摄取、软件校正等操作对测量精确度的影响，并寻求一种高效、高精确度的工作方式来进行临床与科研工作：关于操作者误差，利用图像放大工具获取标志点的三维坐标值，可明显降低标志点的定位误差（P0.05），进一步从统计学上说明了由摄像角度的变换而引起的图像差异，对数据并无影响。

另外，与直接测量技术相比较，发现三维测量值与真实值之间的差值呈近似正态分布，差异主要集中于±0.4 mm之间，两端递减趋势，无偏倚。然而相关文献[15]却报道了其他测量技术的不一致性。也有报道[16]指出三维测量系统在水平向测量项目中有偏大的趋势，而在垂直向指标中却倾向于较直接测量数据偏小。分析出现测量结论不一致的原因，人体面部与头部模型的重要区别在于软组织具有形变能力，轻微的接触也可以引起表面皮肤变形，进而使测量数据发生改变。再者，人体面部的三维测量与直接测量虽然在同一时间段内完成，但是也不能否定时间因素的影响，因为人体面部形态可以随着各种表情变化而变化，甚至呼吸运动都会使测量数据产生前后的不一致性。然而，头部模型的测量并不会受此因素的影响。 本研究通过一系列点距测量值的获取及头部模型坐标点的定位数据分析，证实了iWitness三维摄影测量系统的精确度，并确立了适合于面部测量分析的系统应用方法。测量数据及分析结果表明此系统与直接测量数据的一致性良好，且有较高的精确性，无论临床应用还是科学研究中都是适用的。由于具有高效性、非侵袭性并能够获取三维面部形态的存档信息等优势，此系统可作为面部形态数据库建立的重要工具，使临床资料标准化、数字化，从而为面部畸形的临床治疗与科学研究提供良好的平台。

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25.