正畸三维面形动静态变化规律研究

What kind of effect will teeth movement have on facial soft tissue morphology change has been an important concern for both patients and orthodontists for a long time. Cephalometric analysis of profile in the sagittal direction used to be the only way to study this problem in the past. However due to the imaging technique limitation it was impossible to reveal the 3-dimensional change of facial morphology resulted from orthodontic treatment.In recent years development of 3D imaging technique throws new light on this subject. In our previous research a 3D finite-element model of craniofacial area including skeleton,anterior teeth,skin,fat layer and 7 pairs of main perioral muscles was built.Preliminary study showed it could be used to analyze the morphological change of facial soft tissue after orthodontic treatment. In this study we plan to add masseter and buccinator to the model, the main muscles in cheek area to reflect the width change in horizontal direction. More automated tranformation from the genetic model to individualized model will be tested.Adjustment of related biomechanical values and growth potential will be included in the static prediction.Based on the static prediction dynamic analysis will be explored. Individual smile will be recorded by advanced 3D video system and smile track will be calculated and integrated into the static prediction model.A new way to analyze the effect of orthodontic treatment on facial soft tissue change will be studied in both static and dynamic condition.

正畸移动牙齿会对面部软组织的形态产生什么样的影响一直以来都是医患双方共同关心的问题。既往由于影像手段的局限，对该问题的研究多使用头影测量的方法对矢状向的侧貌轮廓进行分析，无法反映面部立体曲面结构在三维方向的形态变化。随着三维影像应用技术的发展，颅面部软硬组织数字化建模成为可能。在以往研究中我们建立了包含主要口周肌肉的唇面部软组织三维有限元模型，并初步尝试了将其应用于正畸后软组织面形变化的疗效预测。本研究拟在之前建模的基础上，加入面颊部两组主要肌肉，并进一步探讨如何更加自动化的实现通用模型的个体化转换，通过调整相应生物力学赋值，加入预计生长量等使静态预测更加全面和精细。同时，将利用先进的三维动态影像采集系统，记录个体化的笑容轨迹，在静态预测模型上进行相应动态模拟，以期更加全面探讨由正畸治疗引起的面部三维形态的动静态变化规律。

排齐牙齿与改善面形是正畸患者寻求治疗的两大诉求，因正畸牙齿移动引起的面形改变日益成为医患双方共同关注的焦点。既往由于影像手段的局限，对治疗后面形的变化更多使用二维手段集中于对矢状向进行分析。但颅面部是立体的三维结构，矫治引起的面部软组织变化也是三维的。影像技术的进步使得三维分析矫治结果成为可能。本研究通过综合运用各种影像数据（CT、核磁、激光扫描），将数字化牙列、主要唇面部肌肉和骨骼整合成一个既彼此相对独立又有机结合的整体，形成一个精细化的颅面部软硬组织通用虚拟现实模型。通过数学转换的方法可以实现通用模型的个体化，从而用于模拟临床实际患者的牙齿移动，经过有限元计算可以得到静态面型变化的预测结果，可为临床治疗设计和支抗选择提供一定的参考。在静态模型的基础上，使用所构建的基于结构光的三维形貌测量摄录系统，用于面部动态变化数据的采集。该系统通过将彩色光投射到被试者的面部，利用投射的彩色条纹进行编码，通过摄像头捕捉投影在被试面部的条纹，利用光线的颜色信息进行解码，从而达到精准重建的效果。我们利用这套系统拍摄患者正畸前的笑容视频，通过将不同来源的三维动态模型和静态模型配准后，计算三维软组织表面到硬组织表面的投影高度，即软组织深度的变化向量，就可以得到由于表情造成的面型变化的运动参数，即患者正畸前的姿势性笑容的运动参数。通过数学方法处理后，将相关参数转移到静态疗效预测模型上，就可以在该模型上再现微笑过程，从而实现对微笑状态下面部形态美观性的预测和分析。