[發明專利]測量顏面缺損患者面部三維形貌的方法

無效

• 申請號: 200810038199.1
• 申請日: 2008-05-29
• 公開（公告）號: CN101301200A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 習俊通;陳曉波;熊耀陽;張富強
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61B5/107
• 分類號: A61B5/107
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 周文娟

所屬技術領域：

本發明涉及一種測量顏面缺損患者面部三維形貌的方法。特別是一種基于結構光投影三維視覺測量技術，采用用于患者顏面缺損修復的雙單目白光三維測量系統，對顏面缺損患者的面部形貌實現完整數據采集的三維測量方法。屬于光學測量、機械工程和醫學工程技術領域。

背景技術：

各種原因造成的顏面缺損，不僅會給患者帶來生理功能的障礙，同時會使患者產生嚴重的心理障礙，難以進行正常的工作和社交，甚至使許多患者喪失生活的信心。由于頜面器官的特殊解剖形態、組織結構及其他影響因素，顏面大面積缺損通常采用贗復體進行修復治療。該技術的關鍵在于患者顏面缺損區信息的精確獲取，以滿足贗復體形狀，定位，與組織面貼合，邊緣處理及形態學等方面的諸多精度要求。

傳統的患者顏面缺損區數據采集技術一直停留在印模制取的階段。它采用各類印模材料取得患者的缺損區的缺損狀況，翻制模型后，再由技師憑經驗進行手工的蠟形雕刻，充填后完成。這種印模制取方法存在很多缺點：比如說印模材料會對組織產生一定的刺激性，并可能引起軟組織移位，造成模型偏差；同時存在制作工藝復雜、制作周期長、成型贗復體美學效果差，定位和貼合不準等問題。

隨著科技的發展，部分國內外學者和臨床醫生開始采用電腦斷層掃描(CT)、核磁共振成像(MRI)、激光掃描等技術實現患者缺損顏面的三維測量和圖像重建，可替代傳統的印模制取方法而獲得相對較精確的缺損區信息。但這些測量方法仍然具有一定的局限性。CT和MRI測量方法空間分辨率低、測量精度差，獲取數據時間長，對軟組織的重建有一定的欠缺，而且掃描的放射線對人體有潛在的損害。激光測量的速度同樣較慢，無法確保整個測量過程中患者面部形貌的絕對靜止，加上激光光源對人眼有潛在的傷害，都限制了這些方法在顏面缺損修復中的進一步應用。

白光三維測量是近年來迅速發展的一種測量方法，它采用類似照相的原理，在幾秒之內，即可獲取上百萬個點的測量數據。而且白光測量安全，對人體沒有任何傷害，是一種有前途的人體數據測量及三維重建的好方法。然而，由于患者顏面測量的特殊性，限制了現有白光三維測量技術在這領域的應用。比如現有的白光三維測量技術通常實現單一視角的測量，要獲取完整數據需要多視角測量，并進行軟件拼合。已有技術中，J.在論文Three?dimensional?measurementof?human?face?with?structured-light?illumination(Measurement?Science?Review，Volume?6，Section?2，No.1，2006)中提到在使用三維顏面單目測量系統(ShapeCam)來測量多個視角面部數據后，不得不再使用ShapeMatcher軟件進行拼合以獲得完整面部數據。由于整個測量過程中患者姿勢和面部形態不可能保持絕對靜止不動，所以多視角測量后拼合會引入較大的拼合誤差，從而導致患者面部測量數據的不精確。

發明內容：

為克服已有技術中顏面缺損患者面部測量存在的測量精度低、測量速度慢和對人體有潛在損害等不足，本發明根據面部測量的特點，提出了一種全新的測量顏面缺損患者面部三維形貌的方法。采用用于患者顏面缺損修復的雙單目白光三維測量系統，在非接觸條件下實現對患者面部自然狀態軟組織的精確數據采集，為臨床顏面缺損修復治療提供實用可靠的患者面部三維形貌原始數據。

本發明是通過下述技術方案實現的。本發明提出的測量顏面缺損患者面部三維形貌的方法所使用的測量設備為經過雙單目白光三維測量系統標定方法標定后的用于患者顏面缺損修復的雙單目白光三維測量系統。該測量系統由左單目測量頭、右單目測量頭、測量頭支架、測量頭平移機構、控制柜、計算機組成。其中左單目測量頭包括左幻燈投影儀和左攝像機。右單目測量頭包括右幻燈投影儀和右攝像機。左幻燈投影儀和右幻燈投影儀均由白光源、隔熱玻璃、物理編碼光柵、光柵平移機構、投影鏡頭組成。白光源經過隔熱玻璃隔熱，背投至物理編碼光柵，將物理編碼光柵的結構光條紋圖案通過投影鏡頭投射至患者面部。其中，每幅結構光條紋圖案的切換通過移動光柵平移機構實現。本發明采用的結構光條紋圖案由7幅格雷碼圖案和4幅相移圖案組合進行編碼。格雷碼和相移圖案組合編碼的方式編碼健壯性好，分辨率高，既可測量突變和不連續表面，又可獲得表面的精細紋理，適用于顏面缺損患者面部三維形貌的測量。