3D-Erfassung der Gesichtsoberfläche durch Topometrie unter der Verwendung von projizierten Weißlichtstreifen

Zusammenfassung

Die dreidimensionale Erfassung der Gesichtsoberfläche wird bei den bisher zur Verfügung stehenden Verfahren dadurch erschwert, daß die zumeist punktuell arbeitenden optischen Meßsysteme häufig lange Meßzeiten haben. Aus diesem Grund kommt es zu Bewegungsartefakten z. B. durch Augenzwinkern. Auch die Anfertigung von Gipsmodellen als Vermessungsgrundlage ist aufgrund der Weichteilverformung keine Lösung. Zur kontaktfreien Erfassung der Gesichtsoberfläche ist ein System wünschenswert, welches eine kurze Meßzeit hat, komplexe Oberflächen erfassen kann und auch bei geöffneten Augen unschädlich ist. Die hier beschriebene Methode stellt eine Neuentwicklung aus einem in der industriellen Vermessungstechnik etablierten Hochleistungsvermessungsverfahren zur detailgenauen Oberflächenerfassung dar. Strukturiertes Weißlicht wird auf die zu erfassende Oberfläche projiziert und durch Videokameras erfaßt. Die Oberfläche wird über Triangulation durch eine spezielle Computersoftware errechnet. Im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren zeichnet sich die Streifenprojektionsmethode durch berührungsfreie Messung, flächenhafte Erfassung mit hoher Präzision (ca. 500 000 simultane Meßpunkte) und kurze Meßzeiten (ca. 1,7s) aus. Probanden und deren Gesichtsmodelle nach Gesichtsabformung (n = 15) wurden vergleichend und seriell (n = 5) vermessen, um die Reliabilität, die Validität und die Eignung der Methode für Fragestellungen im Mund-Kiefer-Gesichts-Bereich zu evaluieren. Es zeigte sich, daß sich die Methode für die dreidimensionale Erfassung der Gesichtsweichteile eignet. Erste Untersuchungen an Patienten vor und nach Dysgnathieoperationen wurden unternommen. Eine prospektive Langzeitstudie mit prä- und postoperativ erfaßten Dysgnathiepatienten zur Datensammlung wurde begonnen. Zunächst werden die Gesichtsweichteilveränderungen infolge von definierten skelettverlagernden Eingriffen erfaßt. Später, nach Koppelung dieser Daten mit dreidimensionalen Knochendaten, sollten Aussagen z. B. bezüglich der Frage der Vorhersage der Weichteilveränderungen infolge Dysgnathieoperationen möglich sein.

Summary

Three-dimensional registration of the facial surface by methods which are currently in use is difficult because of the long measuring times required by point-based imaging systems. Artifacts caused by movement appear, e.g., blinking. Also the production of a facial plaster-cast model for measuring is not an adequate solution. In order to acquire data of the facial surface in a contact-free manner, a system is needed that has short measuring times, is able to record data of complex surfaces and at the same time does no harm to the open eyes. The method described here represents a new development of an industrial high tech CAD/CAM system. Unlike customary point-based imaging systems, the stripe projection method works using entire planes. Structured light is aimed at the surface to be measured, recorded by videocamera and calculated by triangulation; then the different views are combined by computer. The system has an optic sensor that can record approximately 500 000 measuring points within seconds (ca. 1.7s). Test persons’ faces and plaster-cast models of them (n = 15) were measured compartively and serially (n = 5) to test the validity and reliability of the method for maxillofacial procedures. These investigations show that this method is appropriate for recording three-dimensional soft-tissue profiles. First studies on patients before and after dysgnathia operations were undertaken. A prospective long-term study for collecting data on pre- and postoperative dysgnathia patients has been begun. Initially, it will record the changes in facial soft tissue on the basis of skeletal displacement. Later, predictions about the soft-tissue changes subsequent to dysgnathia surgery can be worked out on the basis of stored data matched with three-dimensional bone data.