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中國科學技術(shù)協(xié)會
內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學生面部解剖學參數(shù)三維數(shù)字化測量
王一丹1， 許陽陽1， 和雨潔2， 高明杰2， 蔡永強3， 金鳳4張云鳳5， 王利東6， 王海燕2， 李筱賀2， 李志軍2， 高尚2
1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學研究生學院，呼和浩特010110； 2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學人體解剖學教研室，呼和浩特010110； 3.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學數(shù)字醫(yī)學中心， 呼和浩特010010； 4.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院影像科，呼和浩特010010； 5.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院， 呼和浩特010010； 6.內(nèi)蒙古國際蒙醫(yī)醫(yī)院影像中心，呼和浩特010010
【摘要】目的通過數(shù)字化三維重建與測量分析內(nèi)蒙古地區(qū)正常蒙古族青年大學生面部解剖學參數(shù)，評價面部性別差異，以便對外科美容整形、頜面部正畸等提供解剖學參考依據(jù)。完善面部輪廓數(shù)據(jù)庫，為現(xiàn)代蒙古族青年男女面部整形提供美學參考。方法對60名（男30例，女30例）蒙古族青年大學生采用面部三維掃描，利用軟件測量頭寬、形態(tài)面長等12項指標以及頭面部指數(shù)，并進行指標的相關(guān)性分析，對比不同地區(qū)民族之間的面部差異。結(jié)果內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學生左右側(cè)眼裂寬分別為（31.76±4.81）mm、（31.47±4.34）mm，差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）；男女眼裂寬分別為（35.49±2.74）mm、（27.74±1.99）mm，男性大于女性，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。性別間比較頭寬、容貌面長、面寬、形態(tài)面長、眼外角間寬，男性大于女性，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。計算出男女性鼻指數(shù)分別為72.55±1.63、73.14±1.21，差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05），頭面寬指數(shù)、形態(tài)面指數(shù)、額面指數(shù)、唇指數(shù)，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。根據(jù)形態(tài)面指數(shù)分型，男性闊面型多見占46.67%，女性超闊面型多見占 56.67%；根據(jù)鼻指數(shù)分型，男女性中鼻型多見分別占50%和 53.33%。結(jié)論內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學生面部三維指標，男性普遍大于女性；男性形態(tài)面指數(shù)分型多見闊面型，女性形態(tài)面指數(shù)分型多見超闊面型；鼻指數(shù)分型男女性均多見中鼻型。與其他民族相比，蒙古族男女性都存在面寬較寬的特征。
【關(guān)鍵詞】顏面部； 三維掃描； 數(shù)字化測量； 蒙古族； 青年
隨著整形美容行業(yè)的高速發(fā)展，亞洲人對整容的需求日益增高，年輕人整容越來越多[1]，有研究[2]指出不論性別，擁有美麗的相貌在社會中更具吸引力，社交能力更強，在婚姻，求職領(lǐng)域具有優(yōu)勢性。研究內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學生面部男女性別間定量分析有助于制定少數(shù)民族面部美學標準。人臉面部測量在公安偵查中占有重要地位，對比監(jiān)視器中嫌疑人與三維掃描后收集的影像，仍然依賴于偵查員對面部和具體部位的仔細形態(tài)學觀察，還需進一步參考人體測 量 學 評 估 的 面 部 測 量 值[3]。 目 前 已 有 關(guān) 于 內(nèi) 蒙 古部分地區(qū)蒙古族面部體質(zhì)特征的研究[4-7]，近年來測量多采用手工測量，缺乏對青年面部特征的收集。精準的面部特征的發(fā)掘?qū)τ诜ㄡt(yī)學面部特征鑒定和人臉識別有著重要的影響。本文選取內(nèi)蒙古地區(qū)60例蒙古族青年大學生面部解剖學參數(shù)三維數(shù)字化測量并分析相關(guān)面部指數(shù)，為蒙古族青年顏面部缺損修復人臉仿真、面部畸形矯正、面部整形美容等方面提供術(shù)前術(shù)后手術(shù)提供設(shè)計方案。
1材料和方法
1.1研究對象
遵循《赫爾基辛格宣言》，知情同意情況下，隨機選 取60名（男 性30例 ，女 性30例）內(nèi) 蒙 古 醫(yī) 科 大 學（2017-2018 級）蒙古族青年大學生，年齡20~22歲，平均年齡（21.0±1.0）歲，由內(nèi)蒙古醫(yī)科大學數(shù)字醫(yī)學中心提供。與所有研究對象簽署知情同意書，所有對象面部外形健康，無身體殘疾，所有研究對象均排除基礎(chǔ)疾病，父母雙方三代以上均為蒙古族，均采用面部數(shù)字化三維掃描。
1.2方法
1.2.1測量方法 根據(jù)人體測量方法測量面部參數(shù)[8]，運用Artec三維掃描儀（Artec，德國），統(tǒng)一采取坐位，被測量者采用法蘭克福平面（顱骨左右外耳門上緣之點與左 側(cè)眼眶下緣之點，三點確定的一個平面），同一名操作人員掃描，采取統(tǒng)一方法掃描。利用計算機Alienware筆 記 本 電 腦(CPU：Intel I7，T2370，存：8G，Windows7系統(tǒng))和掃描儀自帶軟件—ArtecStudio 9.0、Materialise Mimics Innovation Suite 16.0軟件和3-matic軟件進行測量和設(shè)計可對數(shù)據(jù)進行三維重建,測出多項指標。記錄長度/毫米（d/mm）為單位。
1.2.2圖像處理 將原始圖像導入到掃描儀自帶軟件—ArtecStudio 9.0，在此軟件上進入圖形處理界面，進行圖像的預處理—粗略配準、整體配準、精細配準、光 順 擬 合 等 步 驟 進 行 圖 像 處 理 ，導 出stl格 式 保 存 數(shù)據(jù)。
1.2.3面部測量點 測量點及測量指標嚴格按照《人體 測 量 方 法》[8]為 參 考 ，發(fā) 緣 點（Trichion，tr）、眉間 點（Glabella，g）、鼻根 點（Nasion，n）、鼻尖 點（Pronasale，prn）、鼻下點（Subnasale，sn）、眼內(nèi)角點（Entocanthion，en）、眼外 角 點（Ectocanthion，ex）、上唇 點（Labralesuperius，ls）、下唇 點（Labraleinferius，li）、頦下 點（Gnathion，gn）、顴點（Zygion，zy）、頭側(cè) 點（Euryon，eu）。
1.2.4面 部 測 量 參 數(shù) 頭 寬（Headbreadth，eu-eu）、形 態(tài) 面 長/形 態(tài) 面 高（Morphologicalfacil height，n-gn）、容貌面長（Physiognomic facial height，tr-gn）、面寬（Facebreadth，zy-zy）、容貌 額 高（Physiognomicfaciallength，tr-n）、眼裂 寬（Eyeslit breadth，en-ex）、眼內(nèi) 角間 距（Interocularbreadth， en- en）、眼外 角 間 寬（Externalbiocular breadth, ex-ex）、鼻長（Nasallength，n-prn）、鼻寬（Nosebreadth，a-a）、鼻高（Noseheight，n-sn）、唇高（Lip height，ls-li）、口寬（Mouth breath，ch-ch）（圖1）、頭面寬指數(shù)（Breadth-height index of head）=(面 寬（zy-zy）)/（ 頭 寬（eu-eu）) × 100、形態(tài) 面 指 數(shù)（Morphologicalfacial index）=(形態(tài)面高（n-gn）)/（面寬（zy-zy）)×100、額面 指 數(shù)（Fronto-facialindex）=（容 貌額 高（tr-n））（/容 貌 面 高（tr-gn））× 100、唇指 數(shù)（Lipindex）=(唇 高（ls-li）)/(口 寬（ch-ch）) × 100、鼻指 數(shù)（Nasalindex）=（鼻 寬（a-a））（/鼻 高（n-sn））和 根 據(jù) 指數(shù)所在范圍進行分型。
1.3統(tǒng)計學方法
統(tǒng) 計 的 數(shù) 據(jù) 及 整 理 均 由 一 人 進 行 ，采 用SPSS23.0，計量資料采用均數(shù)±標準差（x±s）表示，面部測量指標進行統(tǒng)計學分析，同一個體左右側(cè)別間采用配對t檢 驗 ，對 比 左 右 側(cè) 眼 裂 寬 無 差 異 合 并 數(shù) 據(jù) ；比 較蒙古族青年大學生男女性別間面部參數(shù)，采用兩個獨立樣本t檢驗，檢驗水準α=0.05，P<0.05差異有統(tǒng)計學意義。相關(guān)性分析，使用Pearson相關(guān)系數(shù)檢驗，相關(guān)系數(shù)(r)的解釋如下：＜0.2 表示相關(guān)性弱，0.2-0.4表示相 關(guān) 性 較 弱 ，0.4-0.7表 示 中 度 相 關(guān) 性 ，0.7-0.9表 示 高度相關(guān)，＞0.9 表示幾乎完全相關(guān)。各測量指標之間相關(guān)性分析
2結(jié)果
2.1內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學生面部特征測量結(jié)果
內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學生面部測量7項指標 結(jié) 果 見 表1，內(nèi)蒙 古 地 區(qū) 蒙 古 族 青 年 大 學 生 鼻 部 、唇 部 測 量 結(jié) 果 見 表2，眼裂 寬 左 右 側(cè) 別 、男 女 性 別 均值 比 較 見 表3，對比 左 右 側(cè) 眼 裂 寬P>0.05，差異 無 統(tǒng)計學意義；對比男女眼裂寬P<0.05，差異有統(tǒng)計學意義。
2.2內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學生面部指數(shù)及分型
頭面寬指數(shù)、形態(tài)面指數(shù)、額面指數(shù)、唇指數(shù)、鼻指數(shù)及分型（表4）；比較內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學生面部性別間差異（表5、6）及面部指數(shù)（表 7）。對比男女容貌額高、眼內(nèi)角間寬P>0.05，差異無統(tǒng)計學意義。對比男女頭寬、容貌面長、面寬、形態(tài)面長、眼外角間寬P<0.05，差異有統(tǒng)計學意義。對比男女鼻指數(shù)P>0.05，差異無統(tǒng)計學意義。頭面寬指數(shù)、形態(tài)面指數(shù)、額面指數(shù)、唇指數(shù)P<0.05，差異有統(tǒng)計學意義。男女形態(tài)面指數(shù)分型，內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學生男性多見闊面型，女性多見超狹面型，分別占46.67%和56.67%（表8）。內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學生男性、女性多見中鼻型分別占50%和 53.33%（表9）。
2.3測量指標
Pearson相關(guān)性分析容 貌 面 長-形態(tài) 面 高 、眼 外 角 間 寬-形態(tài) 面 高 、鼻寬-形態(tài) 面 高 、眼 外 角 間 寬-鼻高 、眼 外 角 間 寬-唇高 、鼻 長-鼻 高 成 正 相 關(guān) ，r在0.7~0.9范 圍 內(nèi) ，高 度 相 關(guān)（表10）。
3討論
3.1三維掃描測量優(yōu)勢
面部軟組織測量包括經(jīng)典頭影測量和現(xiàn)有例如人體直接測量二維或三維攝影測量和三維成像技術(shù)[9]，而利用Artec三維掃描儀對人臉進行面部掃描，三維掃描測量費用低、操作簡便、使用快捷，無輻射影響，滿足測量精度要求，利用計算機后處理技術(shù)，可以實現(xiàn)人臉面部輪廓的快速測量，測量速度明顯高于手工測量，來自內(nèi)蒙古醫(yī)科大學在校大學生，父母雙方三代以上均為蒙古族，平均年齡相近，能夠建立蒙古族正常青年大學生面部三維模型，為面部軟組織數(shù)據(jù)庫提供蒙古族青年大學生面部數(shù)據(jù)。
3.2男女性面部差異對比
不論男女都在追求美，決定面部特征的因素有很多，不同學者有著不同的美學標準，整形美容手術(shù)前，滿足整形需求者的個人愛好及特殊愿望，還要遵循面部對稱性、比例美學的原則。近年來，鼻部的整形手術(shù)在美容手術(shù)中增多[10]，本研究男性面部測量指標的平均值通常要比女性大，而容貌額高差異無統(tǒng)計學意義，男女擁有相近的容貌額高，男性的臉部輪廓普遍大于女性。與Adeola Adenike Olusanya等[11]測量了尼日利亞16~31歲人群得出結(jié)果一致。王佳帥等[12]對比漢族正常牙合 男性面部整體及各器官輪廓比女性更大，男性面部外形更偏扁圓，女性更顯窄長，男性鼻部更前突，內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學生男性、多見闊 面 型 ，女 性 多 見 超 闊 面 型 ；男 性 、女 性 均 多 見 中 鼻型。容貌額高兩性未見差異，臉部輪廓男女性差異主要集中于額部以下。觀察形態(tài)面指數(shù)和形態(tài)鼻指數(shù)，蒙 古 族 青 年 女 性 面 部 普 遍 較 男 性 更 寬 ，鼻 部 輪 廓 類似。
3.3不同地區(qū)民族差異對比
不同面形面部輪廓差異體現(xiàn)在多個方面，眼部、鼻部、唇部的不同都會影響整體的面部和諧程度，本次研究將年齡、性別、民族納入研究標準，有研究[11]結(jié)果表示1%的人擁有面部水平劃分為三等份時三部分都相等的面容，古典的審美標準并不適用于該地區(qū)，另外45.5%的受試者的右眼瞼寬度大于左眼瞼寬度，本研究對比左右眼裂寬，內(nèi)蒙古蒙古族青年大學生眼部 對 稱 性 良 好 。 有 研 究 顯 示 ，亞 美 人 種 面 寬 值131~145 mm[6]，本文測量內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學生面寬131~158 mm，已經(jīng)超出上限值。Sim[13]等人測量比較了中國南方婦女與類似報道的北美白人女性面部進 行 比 較 ，研 究 結(jié) 果 顯 示 中 國 南 方 婦 女 鼻 翼 寬 度 更寬、鼻基底部更寬、鼻部并不突出、鼻尖不清晰、鼻翼更突出、鼻孔偏水平，少有寬厚的嘴唇。本研究統(tǒng)計口寬遠遠小于1.5倍的鼻寬，四分之一的面寬小于鼻寬 ，Farkas等[14]研 究 發(fā) 現(xiàn) 大 多 數(shù) 白 種 人（60.2%）口 寬大于1.5倍的鼻寬，考慮引起差異的原因是白種人唇部寬度較大，而內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學生的唇部寬度較小，鼻部寬度較大。種族之間審美目標不同，整形手術(shù)時需要注意保留原有面部種族的特征和外觀。在整形美容、顏面部修復時，要注意不同民族之間的差異性之間的差異化設(shè)計。查閱相關(guān)面部測量文 獻 ，與 劉 小 元 等[15]測 量 平 均 年 齡 在( 38. 63±13. 75)歲的滿通古斯族人群進行六項指標對比，與滿族、赫哲 族 、鄂 倫 春 族 、錫 伯 族 測 量 面 寬 相 比 ，女 性t=3.81，P<0.00；t=3.64，P<0.00；t=2.60，P=0.02；t=2.85，P<0.00，差異 有 統(tǒng) 計 學 意 義 。 蒙 古 族 女 性 面 寬 大 于 滿族、赫哲族、鄂倫春族、錫伯族。對比蒙古族面寬與鄂溫 克 族 之 間 ，男 性t=2.63，P=0.01，差異 有 統(tǒng) 計 學 意義，蒙古族男性面寬大于鄂溫克族。與滿族、赫哲族、鄂倫春族、錫伯族相比P>0.05，差異無統(tǒng)計學意義，男性面寬相近。對比錫伯族男性鼻寬，男性t=-2.16，P=0.04，差異 有 統(tǒng) 計 學 意 義 ，蒙 古 族 男 性 鼻 寬 小 于 錫 伯族。對比蒙古族口寬與錫伯族之間，女性t=-2.90，P<0.00，差異 有 統(tǒng) 計 學 意 義 ，蒙 古 族 女 性 口 寬 小 于 錫 伯族 。 對 比 蒙 古 族 眼 內(nèi) 角 間 寬 與 錫 伯 族 之 間 ，男 性t=2.21，P=0.04，女性t=3.11，P<0.01，差異 有 統(tǒng) 計 學 意義，蒙古族兩性眼內(nèi)角間寬均大于錫伯族（表11）。
3.4美學研究
人的面部特征是直接體現(xiàn)美的方式，日常中說的美包括大眼睛，高鼻骨，飽滿的唇部[10]。相比于世界其他地區(qū)的人群，不同地區(qū)和民族存在面部特征的差異，亞洲人與西方人的審美標準存在較大差異[16]。幾世紀以來，最早希臘人提出黃金比例的概念，奠定古典美學標準建立基礎(chǔ)，古典美學標準通常將大眼睛、窄鼻寬、飽滿的唇部視為美的表現(xiàn)[17]，它將面部水平等分成3份，垂直等分成五分，從發(fā)際線到眉間，眉間到鼻下點和鼻下點到頦下點的高度正好是面部高度的三分之一。面部垂直等分成5份，每五分之一的距離 正 好 是 眼 內(nèi) 角 間 寬 ，眼 內(nèi) 角 間 寬 等 于 鼻 寬 和 眼 裂寬，眼裂寬等于面寬的五分之一，鼻寬等于面寬的四分 之 一 ，容 貌 額 高 等 于 鼻 高[11, 18]，然 而 希 臘 古 典 美 學標準只適用于白種人，本研究測量過程中擁有3等分的面部特征人數(shù)鮮有，有研究[19]發(fā)現(xiàn)對于不同種族、年齡、地區(qū)對于有魅力的面孔有相同的喜愛程度，另有研究發(fā)現(xiàn)，不管是男性還是女性，偏女性化的面容更容易得到大眾的喜愛[1]，而對面部對稱性的美的研究，不同學者有不同看法，西班牙[20]的學者認為，不論男女都比較喜歡右側(cè)臉部輪廓比較大的男性。3.5研究不足和局限性通過本次三維掃描，為測量蒙古族青年大學生面部輪廓提供一種全面、科學的測量方法。男女擁有相近的容貌額高，男性的臉部輪廓普遍大于女性。由于樣本量較小，受試者身高體重對面部的影響未考慮在內(nèi)，研究對象均來自內(nèi)蒙古自治區(qū)，測量過程中，不可避免存在測量誤差，本實驗初步得出內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學生面部解剖學參數(shù)，需進一步擴大樣本量進行研究，多地聯(lián)合普查，為面部整形、顏面部修復治療提供更可靠的數(shù)據(jù)。志謝：感謝在研究期間志愿者的配合，并感謝內(nèi)蒙古醫(yī)科大學基礎(chǔ)醫(yī)學院數(shù)字醫(yī)學中心支持當前的研究。
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