內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學(xué)生面部解剖學(xué)參數(shù)三維數(shù)字化測量

王一丹，許陽陽，和雨潔，高明杰，蔡永強，金鳳 張云鳳，王利東，王海燕，李筱賀，李志軍，高尚

1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院，呼和浩特 010110；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)人體解剖學(xué)教研室，呼和浩特 010110；3.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)數(shù)字醫(yī)學(xué)中心，呼和浩特 010010；4.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)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(xué)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

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(xué)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(xué)標(biāo)準(zhǔn)。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(xué)觀察，還需進一步參考人體測量學(xué)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(zhǔn)的面部特征的發(fā)掘?qū)τ诜ㄡt(yī)學(xué)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(xué)生面部解剖學(xué)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(fù)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(xué)（2017-2018級）蒙古族青年大學(xué)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(xué)數(shù)字醫(yī)學(xué)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—Artec Studio 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(biāo)。記錄長度/毫米（d/mm）為單位。

1.2.2 圖像處理 將原始圖像導(dǎo)入到掃描儀自帶軟件—Artec Studio 9.0，在此軟件上進入圖形處理界面，進行圖像的預(yù)處理—粗略配準(zhǔn)、整體配準(zhǔn)、精細配準(zhǔn)、光順擬合等步驟進行圖像處理，導(dǎo)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(biāo)嚴(yán)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（Labrale superius，ls）、下唇點（Labrale inferius，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（Head breadth，eu-eu）、形態(tài)面長/形態(tài)面高（Morphological facil height，ngn）、容貌面長（Physiognomic facial height，tr-gn）、面寬（Face breadth，zy-zy）、容貌額高（Physiognomic facial length，tr-n）、眼裂寬（Eye slit breadth，en-ex）、眼內(nèi)角間 距（Interocular breadth，en-en）、眼外角間寬（External biocular breadth,ex-ex）、鼻長（Nasal length，n-prn）、鼻寬（Nose breadth，a-a）、鼻高（Nose height，n-sn）、唇高（Lip height，ls-li）、口寬（Mouth breath，chch）（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)（Morphological facial index）=(形態(tài)面高（n-gn）)/（面寬（zy-zy）)×100、額面指數(shù)（Fronto-facial index）=（容貌額高（tr-n））/（容貌面高（tr-gn））×100、唇指數(shù)（Lip index）=(唇 高（ls-li）)/(口 寬（ch-ch）)×100、鼻指數(shù)（Nasal index）=（鼻寬（a-a））/（鼻高（n-sn））和根據(jù)指數(shù)所在范圍進行分型。

圖1 面部測量指標(biāo)（1a 男性；1b 女性；1c 測量示意圖）1.頭寬2.形態(tài)面長3.容貌面長4.面寬5.容貌額高6.眼裂寬7.眼內(nèi)角間距8.眼外角間寬9.鼻寬10.鼻高11. 唇高12.口寬Fig.1 Measured facial parameters (1a,male;1b,female;1c,measurement diagram)1,Head breadth(eu-eu); 2,Morphological facial height（n-gn); 3,Physiognomic facial height(tr-gn); 4.Face breadth(zy-zy);5,Physiognomic facial length(tr-n); 6, Eye slit breadth(en-ex); 7, Interocular breadth(en-en); 8, External biocular breadth (ex-ex); 9, Nose breadth(aa); 10, Nose height(n-sn); 11, Lip height(ls-li); 12,Mouth breath(ch-ch)

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

統(tǒng)計的數(shù)據(jù)及整理均由一人進行，采用SPSS 23.0，計量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，面部測量指標(biāo)進行統(tǒng)計學(xué)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(xué)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(zhǔn)α=0.05，P＜0.05差異有統(tǒng)計學(xué)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(biāo)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(xué)生面部特征測量結(jié)果

內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學(xué)生面部測量7項指標(biāo)結(jié)果見表1，內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學(xué)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(xué)意義；對比男女眼裂寬P＜0.05，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

表1 面部測量結(jié)果（，mm）Tab.1 Mean value of facial measurement parameters(Mean±SD，mm)

表1 面部測量結(jié)果（，mm）Tab.1 Mean value of facial measurement parameters(Mean±SD，mm)

表2 鼻部、唇部測量指標(biāo)（mm）Tab.2 Nasal measurement parameters mean(mm)

表3 左右側(cè)和男女性別間眼裂寬均值比較（，mm）Tab.3 Comparison of mean value of eyelid width between left and right sides and gender（Mean±SD，mm）

表3 左右側(cè)和男女性別間眼裂寬均值比較（，mm）Tab.3 Comparison of mean value of eyelid width between left and right sides and gender（Mean±SD，mm）

2.2 內(nèi)蒙古地區(qū)蒙古族青年大學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)意義。對比男女鼻指數(shù)P＞0.05，差異無統(tǒng)計學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)生男性、女性多見中鼻型分別占50%和53.33%（表9）。

表4 面部指數(shù)均值（）Tab.4 Facial index mean(Mean±SD，mm)

表4 面部指數(shù)均值（）Tab.4 Facial index mean(Mean±SD，mm)

表5 男女面部測量指標(biāo)均值比較（，mm）Tab.5 Mean value of facial measurement parameters(Mean±SD，mm)

表5 男女面部測量指標(biāo)均值比較（，mm）Tab.5 Mean value of facial measurement parameters(Mean±SD，mm)

表6 男女鼻部、唇部測量指標(biāo)對比（，mm）Tab.6 Comparison of measurement indexes of nose and lip of men and women（Mean±SD，mm）

表6 男女鼻部、唇部測量指標(biāo)對比（，mm）Tab.6 Comparison of measurement indexes of nose and lip of men and women（Mean±SD，mm）

表7 男女面部指數(shù)比較()Tab.7 Comparison of male and female facial indices(Mean±SD)

表7 男女面部指數(shù)比較()Tab.7 Comparison of male and female facial indices(Mean±SD)

表8 男女形態(tài)面指數(shù)分型各占比例Tab.8 Male and female morphological index classification

表9 鼻指數(shù)分型男女各占比例Tab.9 The nasal index was divided into male and female proportions

2.3 測量指標(biāo)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）。

表10 測量指標(biāo)間Pearson 相關(guān)性分析Tab.10 Pearson correlation analysis between measurement indicators

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(xué)在校大學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)者有著不同的美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，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(xué)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(biāo)的平均值通常要比女性大，而容貌額高差異無統(tǒng)計學(xué)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)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(xué)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(xué)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，F(xiàn)arkas 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(xué)生的唇部寬度較小，鼻部寬度較大。種族之間審美目標(biāo)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(fù)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(biāo)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)意義，蒙古族兩性眼內(nèi)角間寬均大于錫伯族（表11）。

表11 面部軟組織測量結(jié)果與其他地區(qū)不同民族比較（，cm）Tab.11 The results of facial soft tissue measurements and comparison of different ethnic groups in other regions（Mean±SD，cm）

表11 面部軟組織測量結(jié)果與其他地區(qū)不同民族比較（，cm）Tab.11 The results of facial soft tissue measurements and comparison of different ethnic groups in other regions（Mean±SD，cm）

*：P＜0.05，差異有統(tǒng)計學(xué)意義；**：P＜0.01差異有顯著統(tǒng)計學(xué)意義

3.4 美學(xué)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(biāo)準(zhǔn)存在較大差異[16]。幾世紀(jì)以來，最早希臘人提出黃金比例的概念，奠定古典美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)建立基礎(chǔ)，古典美學(xué)標(biāo)椎通常將大眼睛、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(xué)標(biāo)準(zhǔn)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(xué)者有不同看法，西班牙[20]的學(xué)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(xué)生面部輪廓提供一種全面、科學(xué)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(xué)生面部解剖學(xué)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(fù)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(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院數(shù)字醫(yī)學(xué)中心支持當(dāng)前的研究。