利用4D成像技术对单侧唇裂腭裂病例面部表情动态进行的最新分析

《Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery》:State-of-the-art analysis of the dynamics of facial expression in unilateral cleft lip and palate cases using 4D imaging

【字体: 时间:2026年07月19日 来源:Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery 2.0

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  摘要研究目的利用先进的面部4D三维实时视频成像技术,研究通过手术治疗的单侧唇裂腭裂患者的嘴唇运动动态,包括运动持续时间、幅度和速度。材料与方法本研究为回顾性对比研究,共纳入31例经过手术治疗的单侧唇裂腭裂患者以及34例在年龄和性别上匹配的无唇裂患者。通过两台摄像机以每秒60帧的速

  

摘要

研究目的

利用先进的面部4D三维实时视频成像技术,研究通过手术治疗的单侧唇裂腭裂患者的嘴唇运动动态,包括运动持续时间、幅度和速度。

材料与方法

本研究为回顾性对比研究,共纳入31例经过手术治疗的单侧唇裂腭裂患者以及34例在年龄和性别上匹配的无唇裂患者。通过两台摄像机以每秒60帧的速度拍摄4D立体照片,来评估最大微笑时的运动速度、幅度和持续时间。一次3秒钟的微笑动作可生成180张用于分析的3D图像,同时通过数字化标记点来分析最大微笑时的肌肉运动动态。

研究结果

无唇裂患者的微笑持续时间明显短于单侧唇裂腭裂患者(1.3秒对比2秒)。两侧人中部的运动速度和幅度也存在显著差异,唇裂侧的速度明显更慢(唇裂侧为7.24毫米/秒,无唇裂侧为8.22毫米/秒)。唇裂侧的下唇标记点运动速度也明显高于无唇裂侧(唇裂侧为20.98毫米/秒,无唇裂侧为19.22毫米/秒)。而单侧唇裂腭裂患者的上唇各标记点的运动速度和幅度均明显慢于无唇裂患者。

结论

唇裂侧上唇的运动速度和幅度降低,表明该处的肌肉活动受到限制。这很可能是由于唇部瘢痕形成以及肌肉修复不完全所致,这些因素都会影响最大微笑时的唇部运动形态。

引言

单侧唇裂腭裂的手术治疗旨在改善面部外观、对称性以及唇部运动功能。与无唇裂儿童相比,经过手术治疗的唇裂儿童的鼻唇区域存在更明显的不对称现象。1即便由技术娴熟的医生进行手术,仍会存在一定的面部不对称残留。2这是由于瘢痕组织形成、代偿性运动、肌肉协调性下降以及肌肉拉力不平衡所导致的。.3同样,后续的唇部修复手术旨在尽量减少术后瘢痕,实现最佳的面部美观效果,并恢复口轮匝肌的功能。是否需要进行唇部修复手术往往是由医生根据唇部对称性和运动情况主观判断的,但这种判断也存在一定的局限性。有研究指出,唇裂修复后的瘢痕可能会影响唇部运动,而通过唇部修复手术后这些症状会有所改善。4
面部表情时唇部运动的不对称可能会对患者造成负面心理影响。5如果患者对自身外观和唇部运动非常在意,可在儿童时期就对瘢痕进行手术修复。6
人类通过语言和非语言表达方式进行交流,这两种表达方式在日常社交互动中都具有同等的重要性。7非语言表达对于理解情绪、社交情境和心情至关重要。每种面部表情都需要特定肌肉群的高度协调,这些肌肉群会在从静止到运动峰值再到静止的不同阶段发生收缩和放松。因此,评估微笑动态对于了解不同肌肉群在面部表情中的作用十分重要。
医生对初次唇裂修复术后效果的主观评价以及是否需要进一步手术的判断,其重复性较差。8, 9而客观评估则有助于判断初次唇裂修复的效果以及是否需要进一步手术。
此前已有研究使用基于视频的追踪系统来评估唇裂腭裂患者的最大微笑、脸颊鼓起、嘴唇抿合、张口以及自然微笑等表现。研究者发现,与无唇裂者相比,唇裂患者的上唇运动幅度减少28%,且微笑时存在明显的不对称现象。8静态图像无法捕捉面部表情的动态变化,而实时3D成像技术(4D)则能够客观地评估最大微笑时的面部畸形动态。10, 11通过评估面部表情的动态变化,可以分析相关肌肉运动的速度、幅度、持续时间和不对称程度。客观量化初次唇裂修复后的面部不对称程度,是衡量手术是否成功的重要指标。12, 13
遗憾的是,在当今社会,轻微的面部不对称就可能引发他人不必要的注视,从而导致患者出现社交孤立现象。14
通过4D图像分析,研究了单侧唇裂腭裂患者的最大微笑不对称情况,并与无唇裂患者进行了比较。结果显示,单侧唇裂腭裂患者的鼻唇区域不对称程度是对照组的三倍多。15
在最大微笑时,上唇的不对称程度会显著增加,同时由于口轮匝肌功能异常,鼻孔和人中部位的残留不对称也会更加明显。16这很可能是由两个因素造成的:一是唇部瘢痕导致最大幅度运动时存在机械性限制,二是单侧唇裂腭裂患者的唇部肌肉最大力量能力受损。17
此前用于测量面部表情的研究包括面部动作编码系统(FACS),该系统包含23个面部动作单元。18, 19, 20FACS可以实时分析面部表情,将表情分解为不同的肌肉运动成分,即动作单元。Schmidt等人研究发现,健康个体的微笑持续时间平均为3 - 4秒,21而唇裂患者的微笑持续时间则为4秒。22
据我们所知,此前尚未有研究对单侧唇裂腭裂患者的面部表情动态进行全面分析,包括嘴唇的幅度、持续时间和速度等方面。
本研究旨在比较经过手术治疗的单侧唇裂腭裂患者与无唇裂患者的最大微笑动态。本研究假设两组患者在最大微笑时的唇部运动不存在统计学上的显著差异。
研究的意义在于:研究结果有助于为判断和处理唇裂腭裂手术修复后的残留畸形和功能障碍提供依据。通过研究可以明确唇裂修复后出现的肌肉功能异常,从而为优化初次手术及后续修复手术提供参考。通过对面部表情的幅度、持续时间和速度进行量化,还可以用来评估唇裂修复术的效果。本研究的最终目标是提升单侧唇裂腭裂患者的护理质量和治疗效果。

章节节选

材料与方法

本研究使用了经过手术治疗的非综合征型单侧唇裂腭裂患者的4D图像,以及与之匹配的无唇裂患者组的图像作为研究数据。研究设定的显著性水平或第一类错误概率(α)为0.05。根据以往的研究结果,第二类错误概率(β)设定为0.20,标准差为1.3。23为确保有足够的统计效力来检测两组之间的微小差异,研究样本量定为54例,每组27例。
本研究为

研究结果

方法误差方面:多次标记同一位置时,横向的平均误差为0.17毫米,纵向的平均误差为0.14毫米,前后方向的平均误差为0.36毫米。这些数据的类内相关性为0.99(p<0.001),说明其准确性和重复性都很高。
数据分布方面:针对最大微笑的持续时间,正态性检验显示数据存在显著偏离正常分布的情况(Shapiro-Wilk检验,p<0.001),因此采用了非参数检验方法。

讨论

研究结果表明,经过手术治疗的单侧唇裂腭裂患者的上下唇运动受限程度比对照组更严重,表现为运动幅度和速度均低于无唇裂患者。在单侧唇裂腭裂患者中,唇部瘢痕或肌肉组织修复不完全会影响上唇的运动。而唇裂组下唇的不对称运动,则可能是由于肌肉运动功能异常而产生的代偿现象。

结论

经过手术治疗的单侧唇裂腭裂患者,唇裂侧的上唇运动受到限制。与非唇裂侧相比,唇裂侧嘴角处的运动速度和幅度均更低。而受唇裂影响的那一侧下唇的运动会表现出更大的幅度和更高的速度,这表明口周肌肉存在代偿机制。唇部瘢痕以及肌肉修复不完全可能是导致最大微笑时唇部运动异常的原因。

伦理审批

在研究开始之前,已获得苏格兰东南部研究伦理委员会的伦理审批许可(审批编号为24/PR/0139)。由于这些4D面部图像具有可识别性,因此还获得了Caldicott委员会的审批许可。患者也已签署同意书,允许将他们的面部照片放入研究论文中。

声明

本文的作者在本次研究、论文撰写以及发表过程中不存在任何利益冲突。本研究也未获得任何资金支持。

资金来源

Jessica Monaghan|Ashraf Ayoub|Philip Benington|Xiangyang Ju|Toby Gillgrass|Kurt Naudi
英国格拉斯哥大学医学、兽医与生命科学学院医学院,格拉斯哥牙科医院及学校正畸科,格拉斯哥,英国
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