Smile Lite MDP便携摄影系统在前牙美学摄影中的应用

刘 敏，章君荡，叶红强，赵一姣，赵旭斌，赵文艳，刘云松△，周永胜

(1. 北京大学口腔医学院·口腔医院，修复科 国家口腔疾病临床医学研究中心 口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室 口腔数字医学北京市重点实验室，北京 100081； 2. 北京大学口腔医学院·口腔医院口腔医学数字化研究中心，北京 100081； 3. 银川市口腔医院口腔修复科，银川 750002； 4. 银川市口腔医院口腔种植科，银川 750002)

口腔数码照片是一种常见的临床资料存储方式，也是口腔疾病诊断、分析、修复体设计及学术交流、医技医患交流的重要媒介，特别是在数字化美学设计中具有重要作用，因此在口腔临床工作中日益普及，并受到众多临床同行的重视。由于口腔摄影的拍摄对象是牙齿，位于口内，受到口内光线不足的拍摄环境的特殊性影响，口腔微距摄影需要使用单反相机配合专业微距镜头成像，同时需要环形闪光灯或双点闪光灯进行补光。专业相机需使用手动M档，对光圈、速度、感光度、白平衡、焦距进行参数设置，需要摄影者接受较为专业的培训后才能熟练掌握，而且照片往往需要导入到电脑中才能进行分享传输。

近年来随着智能手机的发展和普及，手机相机以其操作简便、成像实时预览、便于网络传输、利于沟通交流等优点，在生活中受到人们的青睐。凭借着智能手机处理器的提升，手机相机软件的算法不断优化，手机镜头也由单一镜头向多焦段组合镜头成像发展，因此能够满足更加复杂多样的拍摄场景和拍摄模式，手机的微距摄影功能也得到了实现。

口腔摄影的口内暗环境需要进行特殊的布光，但目前手机内置的闪光灯无法满足口腔摄影的要求，Smile Lite MDP便携摄影系统正是基于这样的背景产生的，它是一个基于口腔摄影布光要求的发光二极管(light emitting diode，LED)光源的发光灯箱，配合智能手机能获得口内的数码照片。但是，Smile Lite MDP便携摄影系统刚开始进入临床，国内外均缺乏相关文献参考，各种摄影参数设置需要研究明确。本研究目的是对Smile Lite MDP便携口腔摄影系统在前牙美学摄影中的应用进行探索，降低口腔摄影的设备条件和技术难度，促进更加便捷、有效的医患、医技交流。

1 资料与方法

1.1 设备与软件

研究所用设备包括Smile Lite MDP(Smile Lite Mobile Dental Photograph，Smile Line，瑞士)、智能手机(Mate20 Pro，HUAWEI，中国)、单镜头反光数码相机(EOS 60D，Canon，日本)、微距镜头(EF 100 mm f/2.8L IS USM，Canon，日本)、微距环形闪光灯(MR-14EX Ⅱ，Canon，日本)。研究所用测量软件为Adobe Photoshop CC 2018(Adobe，美国)，数据统计分析软件为SPSS 20.0(IBM，美国)。

1.2 研究对象

选择2019年4—8月就诊于北京大学口腔医院修复科的患者20名，本研究获得了北京大学口腔医院生物医学伦理委员会批准(PKUSSIRB-201734043)， 所有研究对象参加实验前均签署了知情同意书。

拍摄对象的纳入标准：上前牙牙列完整，排列基本整齐。排除标准：上前牙前突，牙面有正畸托槽附件，其他原因影响牙齿宽度测量。

1.3 Smile Lite MDP系统适宜拍摄条件的探索

使用华为Mate20 Pro手机相机的专业模式，自动对焦模式，快门速度设为自动，感光度设为自动，室内日光灯环境。色温分别设置为4 500 K、4 750 K、5 000 K、5 250 K、5 500 K、5 750 K、6 000 K。Smile Lite MDP系统分别开启1、2、3、4档两侧LED灯(Lateral LED)，1、2、3、4档中央LED灯(Central LED)，仅开启手机内置闪光灯，不使用任何额外光源(图1)。在以上色温条件和光源条件下拍摄相应70张照片。

首先通过主观评价所拍摄照片的颜色进行初步筛选，排除4 500 K、5 500 K、5 750 K、6 000 K组颜色偏差明显者，排除手机内置闪光灯组和无额外光源组6张曝光明显不足者。上前牙两侧LED光源拍摄效果优于中央LED光源，因此排除中央LED光源组，排除组不纳入后续评价。Smile Lite MDP系统不同光强的拍摄效果略有差异，2档光强的效果相对较优。

4 750 K、5 000 K、5 250 K色温条件下2档光强为拍照效果相对较好的3张照片(图2)，纳入医师和技师参与的拍摄效果视觉模拟评分法量表(visual analogue scale/score, VAS)评价。采用盲法，由6位副主任医师以上职称的修复医师及6位修复工艺主管技师参与效果评价。评价方式是评价者在自然光条件下观察拍摄对象的牙列情况，然后观看上述不同条件下的拍摄照片，通过VAS量表评估照片牙齿颜色和形态的还原度，每位医师和技师在照片对应的评估表上进行标记打分，在VAS量表上，最左边的位置表示“非常不相符”，代表分值为0，最右边表示“非常相符”，代表分值为10，研究者使用电子测量卡尺测量从左到右的评分长度，计算相应得分，对照片的评分进行统计学分析。

1.4 Smile Lite MDP系统拍摄上中切牙正面宽度比的定量分析

分别用Smile Lite MDP系统及单反相机拍照系统获得牙列正面咬合照片，以Smile Lite MDP系统配套支架固定手机及Smile Lite MDP闪光灯装置。按照1.3小节中得到的最佳拍摄条件设置手机和Smile Lite MDP光源，拍摄放大倍率分别设置为2、3、4倍，取景范围为以牙列范围为界，对应的拍摄距离分别为10、15、20 cm，拍摄时受试者取坐姿，用拉钩牵拉嘴唇暴露全牙列，保持牙尖交错位，正对镜头使中切牙唇面垂直于镜头，中切牙中线垂直于地面，调整好适当的拍摄距离使拍摄范围为全牙列，以上中切牙牙龈乳头作为对焦点，手持无线快门拍摄上下前牙正面咬合照(图3)。用三脚架固定单反相机拍照系统，按照《中华口腔医学会口腔美学专业委员会口腔美学临床摄影规范》进行拍摄[1]，相机设置为手动M档，光圈f 25，快门速度1/125，白平衡设置为闪光灯模式，放大倍率设置为3倍，环形闪光灯M/4模式。同一受试者通过Smile Lite MDP系统和单反相机拍照系统各拍摄一张上下前牙正面咬合照分别作为实验组和对照组(图3)。

测量上前牙正面像宽长比。将同一受试者的照片导入Adobe Photoshop CC 2018软件，嵌入同一画布文件中，在画布中添加参考线，通过旋转图片再次矫正照片水平角度，确保两照片的中切牙中线垂直于水平面，保证两张照片在水平面上无角度差异。使用矩形选框工具，矩形选框的边界分别与上前牙龈缘顶点和切缘顶点接触，矩形选框的左右边界与上前牙左右边缘嵴最凸点接触，通过矩形选框测量上前牙照片的长宽值，由同一研究人员进行测量。计算中切牙宽长比、中切牙宽度与侧切牙宽度比、尖牙宽度与侧切牙宽度比，并进行统计学分析，评价变形量。

1.5 统计学分析

采用IBM SPSS 20.0软件进行统计学分析，医师及技师对Smile Lite MDP系统拍摄前牙照片的满意程度VAS评分为计量资料，进行单因素方差分析，而后进一步进行LSD(least-significant difference)多重比较。两种拍摄系统拍摄的上前牙测量比为配对试验设计的计量资料，采用配对t检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 Smile Lite MDP系统拍摄上前牙照片的效果评价

三种色温条件下拍摄前牙正面照(图2)，医师及技师的VAS评价结果见表1。单因素方差分析表明，医师评价组中4 750 K、5 000 K、5 250 K三组间的VAS评分差异有统计学意义(P<0.05)。进一步采用LSD检验多重比较表明，三组之间两两比较差异也有统计学意义，得分的排序为5 000 K>4 750 K>5 250 K。技师评价组的统计学结果与医师组一致。

2.2 Smile Lite MDP系统拍摄上中切牙正面宽度比的定量分析

2.2.1中切牙正面宽长比 Smile Lite MDP系统分别在2、3、4倍放大率下拍摄的中切牙宽长比与单反相机拍照系统拍摄的同侧同名中切牙宽长比的差异无统计学意义(P>0.05，表2)。

表1 VAS量表评价Table 1 VAS scale evaluates

Group A, correlated colour temperature (CCT) 4 750 K and lateral light emitting diode (LED); Group B, CCT 5 000 K and lateral LED; Group C, CCT 5 500 K and lateral LED. VAS, visual analogue scale/score; SD, standard deviation.

表2 Smile Lite MDP系统与单反相机拍照系统拍摄上前牙正面宽度比的配对t检验分析Table 2 Paired t test analysis of frontal width ratio of anterior teeth taken by Smile Lite MDP system or by Digital Single Lens Reflex Camera system

B, Smile Lite MDP system, magnification 1 ∶2; C, Smile Lite MDP system, magnification 1 ∶3; D, Smile Lite MDP system, magnification 1 ∶4. WC, width of canine; WL, with of lateral insicor; WI, width of insicor; HI, height of insicor.

2.2.2上前牙正面宽长比 Smile Lite MDP系统分别在2、3倍放大率下拍摄的上前牙与单反相机拍照系统拍摄的上前牙相比，同侧同名尖牙与侧切牙、中切牙与侧切牙的正面宽度比的差异有统计学意义(P<0.05)。Smile Lite MDP系统在4倍放大率下拍摄的上前牙与单反相机拍照系统拍摄的上前牙相比，同侧同名尖牙与侧切牙、中切牙与侧切牙的正面宽度比的差异无统计学意义(P>0.05，表2)。

3 讨论

口腔摄影的要求是正确的曝光、准确的色彩还原、真实的外形轮廓，在美学摄影中这三要素尤为重要[2]。有研究表明，单反数码相机、微距镜头、微距闪光灯的组合可以达到色彩还原基本准确的效果，是口腔摄影的必备器材[3]。以往便携型手机的相机虽然有“近摄功能”，但仍不适用于口腔摄影，一方面，这些相机不能连接专用的微距摄影灯，不能达到最佳的曝光和色彩还原水平；另一方面，这些相机不能进行个性化的拍摄参数设置，而白平衡的设置错误也会造成色彩还原偏差[4]。白平衡是从照片中去除不切实际色彩的过程，消除不同光源的影响非常重要，图像应该忠实地再现牙龈、口腔黏膜等软组织以及牙齿硬组织的正确颜色[5]。随着科技的发展，智能手机的摄影功能迅速发展，目前已经可以通过软件内置的算法模拟专业相机的个性化参数设置。手机专业模式下可调整的参数包括快门速度、感光度、曝光补偿、对焦模式、白平衡。曾有研究者利用手机相机软件中的彩色-黑白切换模式进行牙齿比色的明度选择[6]，但由于缺乏微距摄影灯的辅助，手机拍摄的照片还无法满足前牙美学摄影的需求。本研究中使用的Smile Lite MDP便携摄影系统为手机相机提供了微距摄影的补充光源，使摄影成像的曝光和色彩还原能力大幅度提高。在探索Smile Lite MDP色彩还原准确性的实验中，Smile Lite MDP光源与使用手机内置闪光灯相比能明显改善拍摄质量，色温5 000 K的白平衡设置能更好地还原口腔内的色彩，受到了临床医师和修复技师的一致认可。

Smile Lite MDP光源的不同强度能拍摄到不同曝光效果的照片，1档光强曝光略显不足，2、3、4档光强的拍摄效果类似，没有出现过度曝光的情况。考虑到光强越大电源耗能越多，故2档光强为最优设置。由于手机相机的快门时间设置为自动，通过查看照片文件的快门时间，我们发现随着Smile Lite MDP闪光灯强度的增加，手机快门速度从1/100 s逐渐加快，说明手机可以通过调整快门时间平衡曝光量防止过曝，同时，照片的感光度值也保持在100以下[2]，可以避免产生过多的噪点，从而保证手机相片的成像质量。

对于前牙大范围美学修复来讲，拍摄重点都集中在前牙至双尖牙区域，有学者建议选择双头闪光灯进行拍摄[7]。开启Smile Lite MDP两侧LED灯源，拍摄效果类似于使用单反相机拍照系统的双点闪光灯影像，侧向光能光斑外移到牙齿边缘嵴位置，能更好地展现多颗前牙的整体形态，能反映牙齿表面的细节，便于进行美学分析。但是，使用双头闪光灯拍摄前牙正面咬合影像时，易在两侧颊间隙处形成黑影，导致后牙区信息的缺失[7]。Smile Lite MDP便携摄影系统的光源位置较为集中，类似于减小了双头闪光灯的距离，因此能够减少在两侧颊间隙处形成的暗角，减少后牙信息缺失，但是同时也限制了光源辐射的范围，需要控制好被拍摄物体的距离。本研究中，为了探索合适的拍摄距离，我们检测了2～5倍变焦范围内上颌牙列正面相的拍摄效果，发现2倍变焦、拍摄距离为10 cm可获得全牙列范围，3～4倍变焦、拍摄距离为15～20 cm可获得全牙列范围，5倍变焦、拍摄距离为25 cm可获得全牙列范围。由于Smile Lite MDP光源的辐射范围较为有限，5倍变焦时照片曝光不足，因此，选择2、3、4倍变焦范围进行实验，并通过测量计算上前牙正面宽度比，最终得出4倍变焦引入的畸变较小，是美学分析中可以接受的范围。

Lombardi[8]在1973年将黄金比例的概念引入牙科领域，以实现患者面部轮廓和牙齿之间的平衡，Levin[9]通过运用视觉和知觉原理，改进了牙科黄金比例的概念。Snow[10]的研究进一步阐述了上前牙正面宽度比的关系，Richer[11]强调黄金比例是规划美学前修复的指导原则。以往多项研究分析不同人种之间上前牙正面宽度的比例，为上前牙美学分析设计提供了依据[12-15]。临床数码照片的二维图像分析是经典的前牙美学修复分析方法，是使用图像处理软件在临床二维数码照片的基础上绘制美学参考线，进行美学分析和美学设计。相片的畸变是衡量数码相机整体性能的一个重要指标，畸变代表了数码相机在实际拍摄后物和像几何尺寸的变形程度。数码相机镜头的畸变是主要因素，因此口腔摄影中使用畸变最小的微距镜头[16]。本研究在20个受试对象中选取了5个前牙牙弓相对较平者，对其中切牙的宽长比进行了实际测量，并且与单反相机拍照系统拍摄照片中测量的中切牙宽长比进行了配对t检验，P>0.05，说明单反相机拍摄的中切牙正面宽长比和实际测量中切牙正面宽度比的结果之间差异无统计学意义。目前，智能手机的相机可以通过多镜头组合和软件算法控制畸变，这对于口腔摄影而言非常重要。本研究以单反相机拍照系统作为标准对照组[1-3, 16]，检测了Smile Lite MDP系统获取照片的畸变，发现同名中切牙的宽长比、同名中切牙与侧切牙正面宽度比、同名尖牙与侧切牙正面宽度比只有在Smile Lite MDP系统4倍变焦时差异才不具有统计学意义，而2倍、3倍的放大率时出现了偏差，可能是因为手机相机采用2倍、3倍放大率时拍摄距离较近，手机镜头容易产生鱼眼效应，并且智能手机的相机微距算法在放大倍率较小时仍存在无法消除的鱼眼效应。由此我们得出，使用Smile Lite MDP便携式口腔摄影系统时，4倍变焦的设置为最佳条件。为了控制拍摄角度误差引入的影响，本研究对左右两侧的同名牙都进行了相应的测量和统计，结果差异均无统计学意义，说明只要掌握适当拍摄技术，Smile Lite MDP系统在拍摄角度方面也不会出现额外的偏差，证明该系统在适当的拍摄条件下能获得适用于前牙美学分析的临床数码照片。

相对于传统的单反相机拍照系统，Smile Lite MDP系统具有以下几点优势：(1)经济成本低；(2)拍摄方式易于掌握，操作简便，节省拍照时间；(3)便于通过网络分享照片，方便医技、医患沟通；(4)近年的智能手机已经开发出多款美学设计的应用程序，例如EZ美学、IvoSmile等，Smile Lite MDP系统可以辅助拍出高质量的相片，然后直接在手机上进行美学分析设计。目前，在皮肤科、心内科等领域，基于手机相机、软件及网络的结合建立远程诊断系统的探索性研究并不少见[17-19]。随着手机软件功能的开发，Smile Lite MDP系统还有望在结合面部摄影的基础上建立口腔颜面部的虚拟3D模型，进一步拓展其在前牙美学修复方面的应用。当然，网络技术突破了时间和空间的壁垒，但由于手机和网络传播信息的开放性，也不可避免地为患者临床资料的安全性带来了隐患，因此，应用基于手机网络的诊疗系统的同时，临床医生应提高网络信息安全的意识。

综上，Smile Lite MDP系统配合智能手机可以获得较高质量的前牙照片，使口腔临床摄影更加便捷，为口腔修复医生的美学设计，信息传递，医患、医技交流提供了便利，同时，此系统在美容整形领域有很好的应用前景，有望服务于更多的患者，提升医疗质量，节约医疗成本。