Developing methods of matching 3D facial images with computed tomography data
Authors: Апресян С.В. , Степанов А.Г. , Зражевская А.П. , Саркисян М.С. , Суонио В.К. 
Published: December 2023

Необходимость внедрения цифровых технологий моделирования и производства лицевых протезов в стоматологическую практику обусловлена увеличением количества пациентов с дефектами средней зоны лица послеоперационного и травматического генеза. Цель — разработка метода сопоставления трехмерных изображений лица с данными компьютерной томографии (КТ) и подтверждение его эффективности. Методика заключается в сопоставлении данных по реперным объектам, в качестве которых были использованы 4 шарика диаметром 5 мм. Для точности совмещения 3D-сканов с данными КТ мы выбрали 4 точки на лице пациента, куда и были прикреплены шарики: на носу, на подбородке и в области щек с двух сторон. Далее пациенту выполнили КТ и сделали оптические слепки лица с помощью сканеров 3dMDFace System (3dMD, США/Великобритания), ObiScanner (Fifth Ingenium, Италия), Einstar (Shining 3D, Китай). Полученные данные совмещали в программе Exocad. В качестве эталонной модели использовались данные, полученные на аппарате Planmeca ProMax 3D ProFace (Финляндия), так как эта установка позволяет получить как объемное CBVT-изображение, так и трехмерную фотографию за один сканирующий проход. Положение пациента, выражение его лица и расположение мускулов при этом оказываются одинаковыми для обоих указанных изображений, что обеспечивает их точную совместимость. Для проверки расстояний между точками, полученными по эталонной модели, мы использовали программу InVesalius 3 (Бразилия), которая создает 3D-визуализацию изображений на основе последовательности 2D DICOM-файлов. Погрешность сопоставления 3D-сканов лица с данными КТ (разница расстояний между выбранными костными и мягкотканными точками) при использовании ObiScanner в сравнении с эталонной моделью Planmeca ProMax 3D ProFace составляет 0,09—0,16 мм. Погрешность при использовании сканера 3dMDFace System составляет 0,2—0,4 мм. Погрешность при составлении трехмерных данных между собой при использовании сканера Einstar составляет 0,35—0,6 мм. При совмещении 3D-сканов лица с данными КТ по реперным объектам, мы наблюдаем незначительное отклонение от эталонной модели (0,09—0,16 мм), что подтверждает точность методики совмещения данных по реперным объектам. Принимая во внимание полученные статистические данные можно сделать вывод, что совмещение трехмерных данных лицевых сканов с данными КТ по реперным объектам — наиболее точная методика с учетом подходящих исходных трехмерных данных лицевого скана.

The need to introduce digital technologies in facial prosthetics is dictated by an increase the number of oncological disease of the middle zone of the face and defects in the middle zone of the face of various etiologies. This study aimed to develop a method for matching three-dimensional images of the face with CT data and confirm its effectiveness. . To develop a methodology for combining virtual three-dimensional images of the face with CT data, reference objects in the form of 4 balls with diameter 5 mm were used. Scan and CT data were combined in Exocad (Germany). For the accuracy of matching 3D-scans with CT data, we chose 4 points on the patient's face, where the manufactured balls were attached: on the nose, on the chin and in the cheek area on both sides. Then the CT was done and facial 3D-scans were taken using scanners: 3dMDFace System (3dMD, USA/UK), ObiScanner (Fifth Ingenium, Italy), Einstar (Shining 3D, China). The obtained data were combined in Exocad. The data obtained on the Planmeca ProMax 3D ProFace (Finland) were used as a reference model, since this setup allows to get both a CBVT and three-dimensional photograph in one scanning pass, the patient's position, facial expression and muscle arrangement are the same for both specifield images, which ensures their exact compatibility. To check the distances between points obtained from the reference model, we used the InVesalius 3 (Brazil), which creates a 3D visualization of images based on a sequence of 2D DICOM files. . The conducted researches confirm that the error of matching 3D-face scans with computed tomography data (the difference in distances between the selected bone and soft tissue points) using the ObiScanner compared to Planmeca ProMax 3D ProFace reference model is 0.09—0.16 mm. The error using 3dMDFace System scanner is 0.20—0.40 mm. The error in compiling three-dimensional data between each other using Einstar scanner is 0.35—0.60 mm. By combining 3D face scans with computed tomography data on reference objects, we observe a slight deviation from the reference model (0.09—0.16 mm), that confirms the accuracy of the method of combining data on reference objects. . The obtained statistical data, the conclusion is combination of three-dimensional data of face scanners with CT data by objects is the most accurate technique, taking into account suitable source three-dimensional data of face scan.