リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

大学・研究所にある論文を検索できる 「Comparison of the accuracy of different handheld-type scanners in three-dimensional facial image recognition」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。
リケラボ

コピーが完了しました

URLをコピーしました

論文の公開元へ論文の公開元へ
書き出し

Comparison of the accuracy of different handheld-type scanners in three-dimensional facial image recognition

𡈽田 優美 広島大学

2022.09.20

概要

1. 緒言
顔貌の情報は,顎顔面領域の補綴装置等の製作において重要である.従来はアルジネート印象材と石膏を用いて顔貌の印象採得を行っていたが,患者の不快感や,印象材の重量による顔貌の変形といった問題がある.

近年,歯科医療分野において,ハンドへルドタイプ三次元光学スキャナで得られた顔貌データを利用した研究が行われており,顔貌スキャンの精度についてはいくつか報告されている.これらの研究の多くは人間の顔を測定対象としており,顔面上の測定点の位置が表情で変化するなどの問題がある.さらに,多くの研究ではノギスを用いて特定の測定点間の距離を評価しているが,ノギスの測定精度には限界がある.また,精確さは「真度」と「精度」を考慮する必要があるが,人間の顔貌スキャンを比較する研究のみでは,精度は評価できるが,真度は評価できない.

そこで,本研究の目的は,石膏像を用いてハンドへルドタイプスキャナの真度および精度を調ベ,その性能を検討することであった.

2. 材料と方法
3種類の石膏像(Agrippa, George, Hermes)について,顔面の12箇所に直径4 mmのジルコニア球を付与し,測定点とした.各測定点の座標位置を接触型高分解能三次元測定機(QM-measure 353, Mitutoyo)を用いて測定し,鼻根点の測定点(NAS)から各測定点までの距離を計算した値を真値とした.

スキャナは Artec Eva (Artec 3D; Eva), Artec Spider (Artec 3D; Spider), SNAP (DOF; SNAP), Vectra Hl (Canfield Scientific; Vectra),スマートフォン(iPhone X, Apple)と Bellus 3D FaceApp (Bellus3D; Bellus)を使用した.各石膏像について各スキャナで6回スキャンを行い,スキャンしたデータは objファイル形式として出力した.スキャンに要した時間と,スキャン後にデータ処理に要した時間をそれぞれ記録した.得られたスキャンデータを三次元設計ソフトウェア(Freeform, 3D systems)に取り込み,4 mmの球状オブジェクトを測定点の位置に手動で配置した.配置したオブジェクトの中心座標を用い,NASから各測定点までの距離を算出した.この測定値と,真値 との差の平均を「真度」,標準偏差を「精度」とした.また,得られたスキャンデータの額部分より抽出されたポリゴンの辺30辺の平均の長さを算出した.

さらに,工業用の高精度光学スキャナ(ATOS CompactScan 2M, G0M)を用いて,Hermesの顔をスキャンした.光学スキャン用ソフトウェア(Artec Studio12 Professional, Artec 3D)を用いて,高精度光学スキャナのデータと他のスキャナのデータをそれぞれ重ね合わせ,表面偏差カラーマップを作成した.

測定点間距離の真度を,スキャナと測定箇所を要因とした二元配置分散分析とボンフェローニ調整を行ったt検定で分析した.ポリゴンの長さと真度および精度の相関関係を,Kruskal-Wallis検定とボンフェローニ調整を行ったDunn検定で分析した.すべての統計分析は,統計ソフトウェア(SPSS version24.0, IBM)を用いて行った.有意水準を5%とした.

3. 結果
スキャン時間は15.2から42.2秒,データ処理時間は20.7から234.2秒であった.測定点間距離の真度は-6.44〜4.66%であった.Spiderは一箇所を除いてすべて±1.00%以内であり,Vectra, Eva, Bellus, SNAPにおいて真度が±1.00%以内であった測定箇所はそれぞれ79,73, 70, 42%であった.得られた画像のポリゴンの辺の長さは0.83〜2.10_ であった.真度はポリゴンの長さが長いとばらつきが大きくなるものの,明確な変化は認められなかったが,ポリゴンの長さが長いと精度が有意に大きかった.高精度スキャンデータと各スキャナの表面偏差は,Spiderと Evaはほぼ0.4 mm以内であったが,BellusとSNAPは,鼻や眉,目頭,口裂付近の偏差が1.0 mmより大きかった.

4. 考察
石膏像を用いることで,接触型高分解能三次元測定機の測定結果から真度と精度を測定することが可能であった.スキャン時間はいずれも人間の姿勢を保持するのに許容できる時間であっ た.測定された真度は製品によって大きく異なっていなかったが,精度は製品により異なっていた.スキャン精度はSpiderが最も高く,次いでEva, Vectra, Bellus, SNAPの順であった.スキャン精度が異なる原因は,スキャン原理,方法,画像再構成のアルゴリズムにあると考えられる.スキャンデータのポリゴンの辺の長さが長くなると測定点の形状が不鮮明になり,測定点の位置の決定が難しくなった.そのため,真度への影響は少なく,精度に影響があった.

BellusとSNAPについては,鼻や眉などの凸部や,目頭や口裂などの凹部が丸まる傾向を示した.これは,ポリゴンの辺の長さが長くなると,大きな形態変化に追従できなくなるためであると考えられる.また,ポリゴン形状の違いなど,スキャン画像を再構成するためのアルゴリズムが原因である可能性がある.

顔面模型を製作する際の精度は1.0 mm以内との報告もあるが,実際の模型では2.0 mm程度と考えられる.許容範囲を2.0 mmとすれば多くの製品が問題ないと考えられるが,目の周りのなどの特定の部位の顔面データを取得する際には注意が必要である.

本研究では石膏像での撮影時の環境や撮影者による違い,顔面における欠損の影響については検討していないため,今後の検討課題と考えている.

論文の公開元へ

この論文で使われている画像

関連論文

関連論文をもっと見る

参考文献

[1] Holberg C, Schwenzer K, Mahaini L, Rudzki-Janson I. Accuracy of facial plaster casts: A three-dimensional scanner study. Angle Orthod 2006;76:605-11. https://doi.org/10.1043/0003-3219(2006)076[0605:AOFPC]2.0.CO;2.

[2] Ueno T, Churei H. Fabrication technique for thermoforming material. Int J Sport Dent 2008;1:67-71.

[3] Runte C, Dirksen D, Deleré H, Thomas C, Runte B, Meyer U, et al. Optical data acquisition for computer-assisted design of facial prostheses. Int J Prosthodont 2002;15:129-32. https://doi.org/10.1016/j.jcms.2018.05.020.

[4] Reitemeier B, Notni G, Heinze M, Schöne C, Schmidt A, Fichtner D. Optical modeling of extraoral defects. J Prosthet Dent 2004;91:80-4. https://doi.org/10.1016/j.prosdent.2003.10.010.

[5] Matsuoka A, Yoshioka F, Ozawa S, Takebe J. Development of three-dimensional facial expression models using morphing methods for fabricating facial prostheses. J Prosthodont Res 2019;63:66-72. https://doi.org/10.1016/j.jpor.2018.08.003.

[6] Choi JW, Lee JY, Oh TS, Kwon SM, Yang SJ, Koh KS. Frontal soft tissue analysis using a 3 dimensional camera following two-jaw rotational orthognathic surgery in skeletal class III patients. J Craniomaxillofac Surg 2014;42:220-6. https://doi.org/10.1016/j.jcms.2013.05.004.

[7] Hanawa S, Kitaoka A, Koyama S, Sasaki K. Influence of maxillary obturator prostheses on facial morphology in patients with unilateral maxillary defects. J Prosthet Dent 2015;113:62-70. https://doi.org/10.1016/j.prosdent.2014.06.016.

[8] Mertens C, Wessel E, Berger M, Ristow O, Hoffmann J, Kansy K, et al. The value of three-dimensional photogrammetry in isolated sagittal synostosis: Impact of age and surgical technique on intracranial volume and cephalic index─a retrospective cohort study. J Craniomaxillofac Surg 2017;45:2010-6. https://doi.org/10.1016/j.jcms.2017.09.019.

[9] Park JM, Oh KC, Shim JS. Integration of intraoral digital scans with a 3D facial scan for anterior tooth rehabilitation. J Prosthet Dent 2019;121:394-7. https://doi.org/10.1016/j.prosdent.2018.03.018.

[10] Granata S, Giberti L, Vigolo P, Stellini E, Di Fiore A. Incorporating a facial scanner into the digital workflow: A dental technique. J Prosthet Dent 2020;123:781-5. https://doi.org/10.1016/j.prosdent.2019.05.021.

[11] Xiao Z, Liu Z, Gu Y. Integration of digital maxillary dental casts with 3D facial images in orthodontic patients. Angle Orthod 2020;90:397-404. https://doi.org/10.2319/071619-473.1.

[12] Pavlidis G, Koutsoudis A, Arnaoutoglou F, Tsioukas V, Chamzas C. Methods for 3D digitization of cultural heritage. J Cult Herit 2007;8:93-8. https://doi.org/10.1016/j.culher.2006.10.007.

[13] Modabber A, Peters F, Kniha K, Goloborodko E, Ghassemi A, Lethaus B, et al. Evaluation of the accuracy of a mobile and a stationary system for three- dimensional facial scanning. J Craniomaxillofac Surg 2016;44:1719-24. https://doi.org/10.1016/j.jcms.2016.08.008.

[14] Kim AJ, Gu D, Chandiramani R, Linjawi I, Deutsch ICK, Allareddy V, et al. Accuracy and reliability of digital craniofacial measurements using a small-format, handheld 3D camera. Orthod Craniofac Res 2018;21:132-9. https://doi.org/10.1111/ocr.12228.

[15] Verhulst A, Hol M, Vreeken R, Becking A, Ulrich D, Maal T. Three-dimensional imaging of the face: A comparison between three different imaging modalities. Aesthet Surg J 2018;38:579-85. https://doi.org/10.1093/asj/sjx227.

[16] Savoldelli C, Benat G, Castillo L, Chamorey E, Lutz JC. Accuracy, repeatability and reproducibility of a handheld three-dimensional facial imaging device: The Vectra H1. J Stomatol Oral Maxillofac Surg 2019;120:289-96. https://doi.org/10.1016/j.jormas.2019.03.012.

[17] Franco de Sá Gomes C, Libdy MR, Normando D. Scan time, reliability and accuracy of craniofacial measurements using a 3D light scanner. J Oral Biol Craniofac Res 2019;9:331-5. https://doi.org/10.1016/j.jobcr.2019.07.001.

[18] Koban KC, Perko P, Etzel L, Li Z, Schenck TL, Giunta RE. Validation of two handheld devices against a non-portable three-dimensional surface scanner and assessment of potential use for intraoperative facial imaging. J Plast Reconstr Aesthet Surg 2020;73:141-8. https://doi.org/10.1016/j.bjps.2019.07.008.

[19] Revilla-León M, Pérez-Barquero JA, Barmak BA, Agustín-Panadero R, Fernández- Estevan L, Att W. Facial scanning accuracy depending on the alignment algorithm and digitized surface area location: An in vitro study. J Dent 2021;110:103680. https://doi.org/10.1016/j.jdent.2021.103680.

[20] Gallardo YNR, Salazar-Gamarra R, Bohner L, De Oliveira JI, Dib LL, Sesma N. Evaluation of the 3D error of 2 face-scanning systems: An in vitro analysis. J Prosthet Dent. 2021. https://doi.org/10.1016/j.prosdent.2021.06.049.

[21] ISO 5725-1:1994. Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 1: General principles and definitions. Geneva, Switzerland: International Organization for Standardization; 1994. https://www.iso.org/standard/11833.html

[22] Flynn C, Taberner AJ, Nielsen PM, Fels S. Simulating the three-dimensional deformation of in vivo facial skin. J Mech Behav Biomed Mater 2013;28:484-94. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2013.03.004.

参考文献をもっと見る

全国の大学の
卒論・修論・学位論文
を
一発検索！

この論文の関連論文を見る