劉 敏,章君蕩,葉紅強(qiáng),趙一姣,趙旭斌,趙文艷,劉云松△,周永勝
(1. 北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院·口腔醫(yī)院,修復(fù)科 國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心 口腔數(shù)字化醫(yī)療技術(shù)和材料國家工程實(shí)驗(yàn)室 口腔數(shù)字醫(yī)學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081; 2. 北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院·口腔醫(yī)院口腔醫(yī)學(xué)數(shù)字化研究中心,北京 100081; 3. 銀川市口腔醫(yī)院口腔修復(fù)科,銀川 750002; 4. 銀川市口腔醫(yī)院口腔種植科,銀川 750002)
口腔數(shù)碼照片是一種常見的臨床資料存儲(chǔ)方式,也是口腔疾病診斷、分析、修復(fù)體設(shè)計(jì)及學(xué)術(shù)交流、醫(yī)技醫(yī)患交流的重要媒介,特別是在數(shù)字化美學(xué)設(shè)計(jì)中具有重要作用,因此在口腔臨床工作中日益普及,并受到眾多臨床同行的重視。由于口腔攝影的拍攝對(duì)象是牙齒,位于口內(nèi),受到口內(nèi)光線不足的拍攝環(huán)境的特殊性影響,口腔微距攝影需要使用單反相機(jī)配合專業(yè)微距鏡頭成像,同時(shí)需要環(huán)形閃光燈或雙點(diǎn)閃光燈進(jìn)行補(bǔ)光。專業(yè)相機(jī)需使用手動(dòng)M檔,對(duì)光圈、速度、感光度、白平衡、焦距進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,需要攝影者接受較為專業(yè)的培訓(xùn)后才能熟練掌握,而且照片往往需要導(dǎo)入到電腦中才能進(jìn)行分享傳輸。
近年來隨著智能手機(jī)的發(fā)展和普及,手機(jī)相機(jī)以其操作簡便、成像實(shí)時(shí)預(yù)覽、便于網(wǎng)絡(luò)傳輸、利于溝通交流等優(yōu)點(diǎn),在生活中受到人們的青睞。憑借著智能手機(jī)處理器的提升,手機(jī)相機(jī)軟件的算法不斷優(yōu)化,手機(jī)鏡頭也由單一鏡頭向多焦段組合鏡頭成像發(fā)展,因此能夠滿足更加復(fù)雜多樣的拍攝場景和拍攝模式,手機(jī)的微距攝影功能也得到了實(shí)現(xiàn)。
口腔攝影的口內(nèi)暗環(huán)境需要進(jìn)行特殊的布光,但目前手機(jī)內(nèi)置的閃光燈無法滿足口腔攝影的要求,Smile Lite MDP便攜攝影系統(tǒng)正是基于這樣的背景產(chǎn)生的,它是一個(gè)基于口腔攝影布光要求的發(fā)光二極管(light emitting diode,LED)光源的發(fā)光燈箱,配合智能手機(jī)能獲得口內(nèi)的數(shù)碼照片。但是,Smile Lite MDP便攜攝影系統(tǒng)剛開始進(jìn)入臨床,國內(nèi)外均缺乏相關(guān)文獻(xiàn)參考,各種攝影參數(shù)設(shè)置需要研究明確。本研究目的是對(duì)Smile Lite MDP便攜口腔攝影系統(tǒng)在前牙美學(xué)攝影中的應(yīng)用進(jìn)行探索,降低口腔攝影的設(shè)備條件和技術(shù)難度,促進(jìn)更加便捷、有效的醫(yī)患、醫(yī)技交流。
研究所用設(shè)備包括Smile Lite MDP(Smile Lite Mobile Dental Photograph,Smile Line,瑞士)、智能手機(jī)(Mate20 Pro,HUAWEI,中國)、單鏡頭反光數(shù)碼相機(jī)(EOS 60D,Canon,日本)、微距鏡頭(EF 100 mm f/2.8L IS USM,Canon,日本)、微距環(huán)形閃光燈(MR-14EX Ⅱ,Canon,日本)。研究所用測量軟件為Adobe Photoshop CC 2018(Adobe,美國),數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件為SPSS 20.0(IBM,美國)。
選擇2019年4—8月就診于北京大學(xué)口腔醫(yī)院修復(fù)科的患者20名,本研究獲得了北京大學(xué)口腔醫(yī)院生物醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(PKUSSIRB-201734043), 所有研究對(duì)象參加實(shí)驗(yàn)前均簽署了知情同意書。
拍攝對(duì)象的納入標(biāo)準(zhǔn):上前牙牙列完整,排列基本整齊。排除標(biāo)準(zhǔn):上前牙前突,牙面有正畸托槽附件,其他原因影響牙齒寬度測量。
使用華為Mate20 Pro手機(jī)相機(jī)的專業(yè)模式,自動(dòng)對(duì)焦模式,快門速度設(shè)為自動(dòng),感光度設(shè)為自動(dòng),室內(nèi)日光燈環(huán)境。色溫分別設(shè)置為4 500 K、4 750 K、5 000 K、5 250 K、5 500 K、5 750 K、6 000 K。Smile Lite MDP系統(tǒng)分別開啟1、2、3、4檔兩側(cè)LED燈(Lateral LED),1、2、3、4檔中央LED燈(Central LED),僅開啟手機(jī)內(nèi)置閃光燈,不使用任何額外光源(圖1)。在以上色溫條件和光源條件下拍攝相應(yīng)70張照片。
首先通過主觀評(píng)價(jià)所拍攝照片的顏色進(jìn)行初步篩選,排除4 500 K、5 500 K、5 750 K、6 000 K組顏色偏差明顯者,排除手機(jī)內(nèi)置閃光燈組和無額外光源組6張曝光明顯不足者。上前牙兩側(cè)LED光源拍攝效果優(yōu)于中央LED光源,因此排除中央LED光源組,排除組不納入后續(xù)評(píng)價(jià)。Smile Lite MDP系統(tǒng)不同光強(qiáng)的拍攝效果略有差異,2檔光強(qiáng)的效果相對(duì)較優(yōu)。
4 750 K、5 000 K、5 250 K色溫條件下2檔光強(qiáng)為拍照效果相對(duì)較好的3張照片(圖2),納入醫(yī)師和技師參與的拍攝效果視覺模擬評(píng)分法量表(visual analogue scale/score, VAS)評(píng)價(jià)。采用盲法,由6位副主任醫(yī)師以上職稱的修復(fù)醫(yī)師及6位修復(fù)工藝主管技師參與效果評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)方式是評(píng)價(jià)者在自然光條件下觀察拍攝對(duì)象的牙列情況,然后觀看上述不同條件下的拍攝照片,通過VAS量表評(píng)估照片牙齒顏色和形態(tài)的還原度,每位醫(yī)師和技師在照片對(duì)應(yīng)的評(píng)估表上進(jìn)行標(biāo)記打分,在VAS量表上,最左邊的位置表示“非常不相符”,代表分值為0,最右邊表示“非常相符”,代表分值為10,研究者使用電子測量卡尺測量從左到右的評(píng)分長度,計(jì)算相應(yīng)得分,對(duì)照片的評(píng)分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
分別用Smile Lite MDP系統(tǒng)及單反相機(jī)拍照系統(tǒng)獲得牙列正面咬合照片,以Smile Lite MDP系統(tǒng)配套支架固定手機(jī)及Smile Lite MDP閃光燈裝置。按照1.3小節(jié)中得到的最佳拍攝條件設(shè)置手機(jī)和Smile Lite MDP光源,拍攝放大倍率分別設(shè)置為2、3、4倍,取景范圍為以牙列范圍為界,對(duì)應(yīng)的拍攝距離分別為10、15、20 cm,拍攝時(shí)受試者取坐姿,用拉鉤牽拉嘴唇暴露全牙列,保持牙尖交錯(cuò)位,正對(duì)鏡頭使中切牙唇面垂直于鏡頭,中切牙中線垂直于地面,調(diào)整好適當(dāng)?shù)呐臄z距離使拍攝范圍為全牙列,以上中切牙牙齦乳頭作為對(duì)焦點(diǎn),手持無線快門拍攝上下前牙正面咬合照(圖3)。用三腳架固定單反相機(jī)拍照系統(tǒng),按照《中華口腔醫(yī)學(xué)會(huì)口腔美學(xué)專業(yè)委員會(huì)口腔美學(xué)臨床攝影規(guī)范》進(jìn)行拍攝[1],相機(jī)設(shè)置為手動(dòng)M檔,光圈f 25,快門速度1/125,白平衡設(shè)置為閃光燈模式,放大倍率設(shè)置為3倍,環(huán)形閃光燈M/4模式。同一受試者通過Smile Lite MDP系統(tǒng)和單反相機(jī)拍照系統(tǒng)各拍攝一張上下前牙正面咬合照分別作為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組(圖3)。
測量上前牙正面像寬長比。將同一受試者的照片導(dǎo)入Adobe Photoshop CC 2018軟件,嵌入同一畫布文件中,在畫布中添加參考線,通過旋轉(zhuǎn)圖片再次矯正照片水平角度,確保兩照片的中切牙中線垂直于水平面,保證兩張照片在水平面上無角度差異。使用矩形選框工具,矩形選框的邊界分別與上前牙齦緣頂點(diǎn)和切緣頂點(diǎn)接觸,矩形選框的左右邊界與上前牙左右邊緣嵴最凸點(diǎn)接觸,通過矩形選框測量上前牙照片的長寬值,由同一研究人員進(jìn)行測量。計(jì)算中切牙寬長比、中切牙寬度與側(cè)切牙寬度比、尖牙寬度與側(cè)切牙寬度比,并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,評(píng)價(jià)變形量。
采用IBM SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,醫(yī)師及技師對(duì)Smile Lite MDP系統(tǒng)拍攝前牙照片的滿意程度VAS評(píng)分為計(jì)量資料,進(jìn)行單因素方差分析,而后進(jìn)一步進(jìn)行LSD(least-significant difference)多重比較。兩種拍攝系統(tǒng)拍攝的上前牙測量比為配對(duì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的計(jì)量資料,采用配對(duì)t檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
三種色溫條件下拍攝前牙正面照(圖2),醫(yī)師及技師的VAS評(píng)價(jià)結(jié)果見表1。單因素方差分析表明,醫(yī)師評(píng)價(jià)組中4 750 K、5 000 K、5 250 K三組間的VAS評(píng)分差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。進(jìn)一步采用LSD檢驗(yàn)多重比較表明,三組之間兩兩比較差異也有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,得分的排序?yàn)? 000 K>4 750 K>5 250 K。技師評(píng)價(jià)組的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果與醫(yī)師組一致。
2.2.1中切牙正面寬長比 Smile Lite MDP系統(tǒng)分別在2、3、4倍放大率下拍攝的中切牙寬長比與單反相機(jī)拍照系統(tǒng)拍攝的同側(cè)同名中切牙寬長比的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,表2)。
表1 VAS量表評(píng)價(jià)Table 1 VAS scale evaluates
Group A, correlated colour temperature (CCT) 4 750 K and lateral light emitting diode (LED); Group B, CCT 5 000 K and lateral LED; Group C, CCT 5 500 K and lateral LED. VAS, visual analogue scale/score; SD, standard deviation.
表2 Smile Lite MDP系統(tǒng)與單反相機(jī)拍照系統(tǒng)拍攝上前牙正面寬度比的配對(duì)t檢驗(yàn)分析Table 2 Paired t test analysis of frontal width ratio of anterior teeth taken by Smile Lite MDP system or by Digital Single Lens Reflex Camera system
B, Smile Lite MDP system, magnification 1 ∶2; C, Smile Lite MDP system, magnification 1 ∶3; D, Smile Lite MDP system, magnification 1 ∶4. WC, width of canine; WL, with of lateral insicor; WI, width of insicor; HI, height of insicor.
2.2.2上前牙正面寬長比 Smile Lite MDP系統(tǒng)分別在2、3倍放大率下拍攝的上前牙與單反相機(jī)拍照系統(tǒng)拍攝的上前牙相比,同側(cè)同名尖牙與側(cè)切牙、中切牙與側(cè)切牙的正面寬度比的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。Smile Lite MDP系統(tǒng)在4倍放大率下拍攝的上前牙與單反相機(jī)拍照系統(tǒng)拍攝的上前牙相比,同側(cè)同名尖牙與側(cè)切牙、中切牙與側(cè)切牙的正面寬度比的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,表2)。
口腔攝影的要求是正確的曝光、準(zhǔn)確的色彩還原、真實(shí)的外形輪廓,在美學(xué)攝影中這三要素尤為重要[2]。有研究表明,單反數(shù)碼相機(jī)、微距鏡頭、微距閃光燈的組合可以達(dá)到色彩還原基本準(zhǔn)確的效果,是口腔攝影的必備器材[3]。以往便攜型手機(jī)的相機(jī)雖然有“近攝功能”,但仍不適用于口腔攝影,一方面,這些相機(jī)不能連接專用的微距攝影燈,不能達(dá)到最佳的曝光和色彩還原水平;另一方面,這些相機(jī)不能進(jìn)行個(gè)性化的拍攝參數(shù)設(shè)置,而白平衡的設(shè)置錯(cuò)誤也會(huì)造成色彩還原偏差[4]。白平衡是從照片中去除不切實(shí)際色彩的過程,消除不同光源的影響非常重要,圖像應(yīng)該忠實(shí)地再現(xiàn)牙齦、口腔黏膜等軟組織以及牙齒硬組織的正確顏色[5]。隨著科技的發(fā)展,智能手機(jī)的攝影功能迅速發(fā)展,目前已經(jīng)可以通過軟件內(nèi)置的算法模擬專業(yè)相機(jī)的個(gè)性化參數(shù)設(shè)置。手機(jī)專業(yè)模式下可調(diào)整的參數(shù)包括快門速度、感光度、曝光補(bǔ)償、對(duì)焦模式、白平衡。曾有研究者利用手機(jī)相機(jī)軟件中的彩色-黑白切換模式進(jìn)行牙齒比色的明度選擇[6],但由于缺乏微距攝影燈的輔助,手機(jī)拍攝的照片還無法滿足前牙美學(xué)攝影的需求。本研究中使用的Smile Lite MDP便攜攝影系統(tǒng)為手機(jī)相機(jī)提供了微距攝影的補(bǔ)充光源,使攝影成像的曝光和色彩還原能力大幅度提高。在探索Smile Lite MDP色彩還原準(zhǔn)確性的實(shí)驗(yàn)中,Smile Lite MDP光源與使用手機(jī)內(nèi)置閃光燈相比能明顯改善拍攝質(zhì)量,色溫5 000 K的白平衡設(shè)置能更好地還原口腔內(nèi)的色彩,受到了臨床醫(yī)師和修復(fù)技師的一致認(rèn)可。
Smile Lite MDP光源的不同強(qiáng)度能拍攝到不同曝光效果的照片,1檔光強(qiáng)曝光略顯不足,2、3、4檔光強(qiáng)的拍攝效果類似,沒有出現(xiàn)過度曝光的情況??紤]到光強(qiáng)越大電源耗能越多,故2檔光強(qiáng)為最優(yōu)設(shè)置。由于手機(jī)相機(jī)的快門時(shí)間設(shè)置為自動(dòng),通過查看照片文件的快門時(shí)間,我們發(fā)現(xiàn)隨著Smile Lite MDP閃光燈強(qiáng)度的增加,手機(jī)快門速度從1/100 s逐漸加快,說明手機(jī)可以通過調(diào)整快門時(shí)間平衡曝光量防止過曝,同時(shí),照片的感光度值也保持在100以下[2],可以避免產(chǎn)生過多的噪點(diǎn),從而保證手機(jī)相片的成像質(zhì)量。
對(duì)于前牙大范圍美學(xué)修復(fù)來講,拍攝重點(diǎn)都集中在前牙至雙尖牙區(qū)域,有學(xué)者建議選擇雙頭閃光燈進(jìn)行拍攝[7]。開啟Smile Lite MDP兩側(cè)LED燈源,拍攝效果類似于使用單反相機(jī)拍照系統(tǒng)的雙點(diǎn)閃光燈影像,側(cè)向光能光斑外移到牙齒邊緣嵴位置,能更好地展現(xiàn)多顆前牙的整體形態(tài),能反映牙齒表面的細(xì)節(jié),便于進(jìn)行美學(xué)分析。但是,使用雙頭閃光燈拍攝前牙正面咬合影像時(shí),易在兩側(cè)頰間隙處形成黑影,導(dǎo)致后牙區(qū)信息的缺失[7]。Smile Lite MDP便攜攝影系統(tǒng)的光源位置較為集中,類似于減小了雙頭閃光燈的距離,因此能夠減少在兩側(cè)頰間隙處形成的暗角,減少后牙信息缺失,但是同時(shí)也限制了光源輻射的范圍,需要控制好被拍攝物體的距離。本研究中,為了探索合適的拍攝距離,我們檢測了2~5倍變焦范圍內(nèi)上頜牙列正面相的拍攝效果,發(fā)現(xiàn)2倍變焦、拍攝距離為10 cm可獲得全牙列范圍,3~4倍變焦、拍攝距離為15~20 cm可獲得全牙列范圍,5倍變焦、拍攝距離為25 cm可獲得全牙列范圍。由于Smile Lite MDP光源的輻射范圍較為有限,5倍變焦時(shí)照片曝光不足,因此,選擇2、3、4倍變焦范圍進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并通過測量計(jì)算上前牙正面寬度比,最終得出4倍變焦引入的畸變較小,是美學(xué)分析中可以接受的范圍。
Lombardi[8]在1973年將黃金比例的概念引入牙科領(lǐng)域,以實(shí)現(xiàn)患者面部輪廓和牙齒之間的平衡,Levin[9]通過運(yùn)用視覺和知覺原理,改進(jìn)了牙科黃金比例的概念。Snow[10]的研究進(jìn)一步闡述了上前牙正面寬度比的關(guān)系,Richer[11]強(qiáng)調(diào)黃金比例是規(guī)劃美學(xué)前修復(fù)的指導(dǎo)原則。以往多項(xiàng)研究分析不同人種之間上前牙正面寬度的比例,為上前牙美學(xué)分析設(shè)計(jì)提供了依據(jù)[12-15]。臨床數(shù)碼照片的二維圖像分析是經(jīng)典的前牙美學(xué)修復(fù)分析方法,是使用圖像處理軟件在臨床二維數(shù)碼照片的基礎(chǔ)上繪制美學(xué)參考線,進(jìn)行美學(xué)分析和美學(xué)設(shè)計(jì)。相片的畸變是衡量數(shù)碼相機(jī)整體性能的一個(gè)重要指標(biāo),畸變代表了數(shù)碼相機(jī)在實(shí)際拍攝后物和像幾何尺寸的變形程度。數(shù)碼相機(jī)鏡頭的畸變是主要因素,因此口腔攝影中使用畸變最小的微距鏡頭[16]。本研究在20個(gè)受試對(duì)象中選取了5個(gè)前牙牙弓相對(duì)較平者,對(duì)其中切牙的寬長比進(jìn)行了實(shí)際測量,并且與單反相機(jī)拍照系統(tǒng)拍攝照片中測量的中切牙寬長比進(jìn)行了配對(duì)t檢驗(yàn),P>0.05,說明單反相機(jī)拍攝的中切牙正面寬長比和實(shí)際測量中切牙正面寬度比的結(jié)果之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。目前,智能手機(jī)的相機(jī)可以通過多鏡頭組合和軟件算法控制畸變,這對(duì)于口腔攝影而言非常重要。本研究以單反相機(jī)拍照系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照組[1-3, 16],檢測了Smile Lite MDP系統(tǒng)獲取照片的畸變,發(fā)現(xiàn)同名中切牙的寬長比、同名中切牙與側(cè)切牙正面寬度比、同名尖牙與側(cè)切牙正面寬度比只有在Smile Lite MDP系統(tǒng)4倍變焦時(shí)差異才不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而2倍、3倍的放大率時(shí)出現(xiàn)了偏差,可能是因?yàn)槭謾C(jī)相機(jī)采用2倍、3倍放大率時(shí)拍攝距離較近,手機(jī)鏡頭容易產(chǎn)生魚眼效應(yīng),并且智能手機(jī)的相機(jī)微距算法在放大倍率較小時(shí)仍存在無法消除的魚眼效應(yīng)。由此我們得出,使用Smile Lite MDP便攜式口腔攝影系統(tǒng)時(shí),4倍變焦的設(shè)置為最佳條件。為了控制拍攝角度誤差引入的影響,本研究對(duì)左右兩側(cè)的同名牙都進(jìn)行了相應(yīng)的測量和統(tǒng)計(jì),結(jié)果差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,說明只要掌握適當(dāng)拍攝技術(shù),Smile Lite MDP系統(tǒng)在拍攝角度方面也不會(huì)出現(xiàn)額外的偏差,證明該系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)呐臄z條件下能獲得適用于前牙美學(xué)分析的臨床數(shù)碼照片。
相對(duì)于傳統(tǒng)的單反相機(jī)拍照系統(tǒng),Smile Lite MDP系統(tǒng)具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢:(1)經(jīng)濟(jì)成本低;(2)拍攝方式易于掌握,操作簡便,節(jié)省拍照時(shí)間;(3)便于通過網(wǎng)絡(luò)分享照片,方便醫(yī)技、醫(yī)患溝通;(4)近年的智能手機(jī)已經(jīng)開發(fā)出多款美學(xué)設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序,例如EZ美學(xué)、IvoSmile等,Smile Lite MDP系統(tǒng)可以輔助拍出高質(zhì)量的相片,然后直接在手機(jī)上進(jìn)行美學(xué)分析設(shè)計(jì)。目前,在皮膚科、心內(nèi)科等領(lǐng)域,基于手機(jī)相機(jī)、軟件及網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合建立遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的探索性研究并不少見[17-19]。隨著手機(jī)軟件功能的開發(fā),Smile Lite MDP系統(tǒng)還有望在結(jié)合面部攝影的基礎(chǔ)上建立口腔顏面部的虛擬3D模型,進(jìn)一步拓展其在前牙美學(xué)修復(fù)方面的應(yīng)用。當(dāng)然,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)突破了時(shí)間和空間的壁壘,但由于手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)傳播信息的開放性,也不可避免地為患者臨床資料的安全性帶來了隱患,因此,應(yīng)用基于手機(jī)網(wǎng)絡(luò)的診療系統(tǒng)的同時(shí),臨床醫(yī)生應(yīng)提高網(wǎng)絡(luò)信息安全的意識(shí)。
綜上,Smile Lite MDP系統(tǒng)配合智能手機(jī)可以獲得較高質(zhì)量的前牙照片,使口腔臨床攝影更加便捷,為口腔修復(fù)醫(yī)生的美學(xué)設(shè)計(jì),信息傳遞,醫(yī)患、醫(yī)技交流提供了便利,同時(shí),此系統(tǒng)在美容整形領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景,有望服務(wù)于更多的患者,提升醫(yī)療質(zhì)量,節(jié)約醫(yī)療成本。
北京大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版)2020年1期