顏面三度空間影像技術之簡介

台北長庚醫院顱顏齒顎矯正科主治醫師  陳柏勳

自1884年在德國法蘭克福(Frankfurt, Germany)人類學會議上確定常用的顏面界標點以來，軟組織測量技術便快速發展。顏面顱顏之三度空間測量、模擬與重建在顱顏矯正與整型醫學領域越來越受到人們的重視。這樣的三度空間科技使的正顎整型手術進入一個新的紀元，它不但使的手術醫師可以更完整的獲得病人的訊息，更使的病人可獲得和以往不同的療程感受。三度空間影像技術可以應用在很多方面：包括對顱顏生長發育的研究、正顎手術的診斷與設計、術後變化的評估甚至是手術計畫的模擬，都具有十足的潛力以及應用空間。由於相對身體其它部位來說，顱顏結構的複雜性使得傳統的分析方法無法精確的測量和分析顱顏的三度空間結構。近幾年由於光學產業的迅速發展，而進一步推動了三度空間的研究及應用，並廣泛應用於醫學的相關領域。

80年代開始斷層掃瞄（CT）輔助建立三度空間影像被引入到顱顏機型的診斷和治療中，斷層掃瞄與核磁共振（MRI）在醫學上是非常有用的診斷工具，隨著科技的改良，新一代的斷層掃瞄影像不但可以同時提供矯正與整型醫師三度空間硬組織和軟組織的資訊，更擁有不錯的精確度。然而CT、MRI雖可以獲得三度空間硬組織與軟組織臉型的資料，但是受到本身輻射、費用以及掃瞄時間的限制，侷限了臨床的應用。另外傳統CT在縱向層面的距離相隔在1mm以上，層面之間的組織結構無法精確顯示，而軟組織顯示的情況也不佳，加上所需儀器設備非常昂貴，因此其他影像工具應醞而生。新的表面掃瞄技術具有容易使用、快速以及無放射線等優點。不只有單純的線性測量，這些表面掃瞄技術更可以計算影像之角度、表面曲率、表面積與體積。

現階段世界先進的醫療用顏面表面掃瞄工具包括有結構光掃瞄技術( Structured light)、雷射表面掃瞄 (Laser scanning)以及立體攝影技術( Stereo-photometry )等，本院顱顏中心引進包括其中的兩種設備：

1.      結構光源技術( Structured light)

- 結構光掃瞄技術是一個創新的三度空間表面影像量測與影像擷取技術，可以快速且精確的量測複雜的表面尺寸及影像。由於它敏銳的感應鏡頭與精準的計算方式，使在 0.4秒內即可完成 3D Full-Frame 的影像擷取。我們以結構光(Structured Light)的方式擷取超過307,200點的顏面表面資料，使三維資料更能符合醫學的要求與應用。長庚醫院顱顏中心所使用之結構光表面掃瞄設備乃美國Genex公司所發展的 FaceCam® 設備，可同時取得顏面之表面與色彩資料，可應用於分析於正顎手術後之顏面變化。

2.      雷射表面掃瞄 (Laser scanning)

- 雷射表面掃瞄已被廣泛應用在各種工業與醫療領域中，以被證實具有不錯的準確性。利用投影機將雷射光束投射於待測物體之表面再由另一側之接收器來接收，經由計算相位或脈衝之時間差來得到斜距，並配合掃描角度來計算出掃描鏡頭至待測物之三度空間座標差與訊強度值。本院顱顏中心所使用的為工研院開發之雷射掃瞄設備，

掃瞄的時間約需 4秒。 其掃瞄範圍相對較廣，約為一側耳前至對側耳前之範圍，以足夠做為臨床分析模擬之用途。

長庚紀念醫院顱顏中心深知三度空間影像之潛力與趨勢，在過去六年來我們致力於台灣族群之三度空間顏面影像之研究，並在正顎手術前後之顏面變化有了初步的成果。利用2006年長庚紀念醫院三十週年慶之國際牙科整合醫療研討會來舉辦『三度空間顱顏影像研討會』，我們發表長庚顱顏中心在三度空間影像的發展，內容包括斷層掃瞄、表面雷射掃瞄與手術模擬在臨床上的應用。黃烱興教授並發表利用雷射掃瞄分析下顎突出之患者在正顎手術前後於顏面軟組織在八個區域的變化程度與比例分配，獲得熱烈迴響。   此外，藉由與長庚大學資訊工程系醫學影像組之萬書言副教授的合作，以每個禮拜固定的學術會議來分享資訊與溝通彼此的需要，並以軟體開發與臨床應用之緊密配合來提升軟體效能與醫療服務之水準。

在軟體應用上，我們所使用之分析軟體為長庚醫院與長庚大學育成中心 - 龍滕科技公司(Logistic Technology Corp)所合作開發之三度空間影像軟體- Beauty3D®（圖三）。Beauty3D®是專門為測量三度空間表面資料所設計之醫療軟體，利用這套軟體我們可以手動或半自動的標記軟組織上面的特徵點，以獲得這些特徵點在三度空間的座標。也可以利用兩側內外眼角點來計算出的正中切面，以分析病人臉部左右不對稱之嚴重性。同時，軟體設計師也設計了一系列計算工具，包括線性長度、面積與體積的測量。Beauty3D現仍在持續開發，現今在自動界標選取、術前術後疊合、術前模擬…等的功能上，已有初步之成就。藉由醫師與程式設計者間持續之密切配合與修正，程式將更完美，也更符合臨床的應用。

利用三度空間影像科技，我們可以在矯正或正顎手術前讓病人更瞭解自己的問題，也能讓醫師能更瞭解病人的需要。在影像模擬的技術上更可能在治療前讓病人體會治療前後的變化。表面掃瞄技術在醫學領域應用之潛力是無窮盡的，三度空間影像更是未來醫學診斷的主流。長庚醫院致力發展於這項技術，期待給就診的病患更優良的醫療品質。