《The Saudi Dental Journal》：Accuracy of seven three-dimensional facial scanning systems compared with cone-beam computed tomography: a pilot study
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准确的三维（3D）面部软组织几何再现是规划和制作颌面假体的前提。这项单受试者初步研究比较了乌克兰市场上可用的七种三维面部扫描配置与锥形束计算机断层扫描（CBCT）衍生参考表面之间的表面一致性，报告了与真实度相关的表面偏差指标和采集时间。由于仅检查了一名参与者且
准确的三维（3D）面部软组织几何再现是规划和制作颌面假体的前提。这项单受试者初步研究比较了乌克兰市场上可用的七种三维面部扫描配置与锥形束计算机断层扫描（CBCT）衍生参考表面之间的表面一致性，报告了与真实度相关的表面偏差指标和采集时间。由于仅检查了一名参与者且未进行重复采集，该研究为探索性工作，并未建立设备精度（可重复性）或群体水平准确性。研究人员在单日内对一名健康成年志愿者在休息状态下进行了前瞻性比较初步采集。在低活动度部位（眉间、双侧颞区）放置了三个不透射线的基准标记。在3D Slicer（v5.10.0）中对CBCT容积（Planmeca ProMax 3D Mid）进行分割以生成参考软组织表面。评估了七种配置：Shining 3D MetiSmile、Creality CR-Scan Raptor Pro、Revopoint Miraco Pro、RAYFace面部扫描仪、Planmeca ProMax 3D ProFace以及Qlone牙科应用（iPad和iPhone）。在CloudCompare（v2.14.alpha）中，先进行基于基准的点对配准，随后进行迭代最近点（ICP）对齐，并计算云到网格（C2M）表面偏差距离。仅使用描述性统计。在评估的低活动度区域内，结构光设备显示出亚毫米级表面偏差，其中Shining 3D MetiSmile和Creality CR-Scan Raptor Pro的离散度最小（均方根误差（RMSE）分别为0.288和0.328 mm）。RAYFace记录了≤2 mm范围内点的最高比例（98.74%）和最短采集时间（5秒）。Revopoint Miraco Pro和Planmeca ProMax 3D ProFaceshowed显示出较大但仍为亚毫米级的偏差。Qlone（iPad和iPhone）偏离显著，其上误差范围接近固定计算限制，因此其尾部代表性不足。在这名志愿者和仅限于刚性低活动度区域的情况下，结构光扫描仪与CBCT衍生表面的吻合度优于智能手机摄影测量应用。领先结构光设备之间的差异在参考表面的预期不确定性范围内，不应过度解读为设备排名。这些初步观察结果需要在多受试者、重复测量研究中得到确认，然后才能提出任何临床建议。
**研究背景与问题**
在颌面修复中，重建肿瘤切除、创伤或先天畸形后的面部形态是一项极具挑战的任务。定制面部假体需要精确再现外部软组织轮廓，因此捕获的表面几何质量在很大程度上决定了修复效果。传统印模方法（如藻酸盐或聚乙烯基硅氧烷）耐受性差，材料固化时可能阻碍呼吸，且只能近似复制面部活动部分。非接触式光学捕获技术（结构光或摄影测量）可在数秒内记录密集的面部表面，并直接导入计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）假体工作流程，缩短椅旁时间并便于重复数字记录。当前市场涵盖专用面部扫描仪、通用结构光单元和智能手机摄影测量应用，它们在捕获原理、分辨率、成本和人体工程学方面差异显著。然而，比较证据仍然薄弱：多数报告仅检查一两个系统，使用不同方案，或依赖模型而非活体面部。从锥形束计算机断层扫描（CBCT）容积中提取的软组织壳可作为体内参考，尽管它继承了阈值依赖的不确定性。在此背景下，本研究旨在比较乌克兰市场上七种扫描配置与CBCT衍生参考表面的表面一致性，为假体规划和设备选择提供初步数据。
**所开展的研究与结论**
本研究为一项前瞻性、单中心、单受试者初步（概念验证）采集。一名健康成年志愿者在单日内于休息状态下被扫描，以确保所有配置在匹配的生物条件下捕获。研究目的在于获得初步的、假设生成性的表面偏差（真实度）和采集时间估计，仅限于定义的低活动度区域。设备精度（重复性和再现性）及临床假体性能明确不在设计范围内。结论表明，在刚性低活动度区域内，结构光扫描仪与CBCT衍生表面的吻合度优于智能手机摄影测量应用。Shining 3D MetiSmile和Creality CR-Scan Raptor Pro显示出最小的表面偏差，而RAYFace结合了≤2 mm范围内点的高比例和最短采集时间；领先设备间的差异落在参考表面的预期不确定性内，不应视为确定性排名。Qlone在测试条件下偏差过大，其真实误差可能因尾部截断而大于测量值。这些发现为初步的、假设生成性结果，需在多受试者、重复测量研究中验证，包括可移动面部区域，才能提出临床建议。
**主要关键技术方法**
本研究采用单受试者设计，样本来源为一名健康成年志愿者。关键技术方法包括：使用Planmeca ProMax 3D Mid进行CBCT扫描，在3D Slicer中通过阈值分割生成参考软组织表面；在志愿者眉间和双侧颞区放置三个不透射线的基准标记；评估七种扫描配置（Shining 3D MetiSmile、Creality CR-Scan Raptor Pro、Revopoint Miraco Pro、RAYFace面部扫描仪、Planmeca ProMax 3D ProFace、Qlone牙科应用（iPad和iPhone））；在CloudCompare中，先进行基于基准的点对配准，随后进行迭代最近点（ICP）对齐（90%表面重叠），计算云到网格（C2M）表面偏差距离，仅使用描述性统计。
**研究结果**
**3.1 表面偏差的离散度（标准差（SD））**：通过C2M偏差的SD比较，结构光设备均保持亚毫米级。RAYFace面部扫描仪（0.473 mm）和Shining 3D MetiSmile（0.482 mm）离散度最小，其次是Creality CR-Scan Raptor Pro（0.524 mm）、Revopoint Miraco Pro（0.575 mm）和Planmeca ProMax 3D ProFace（0.668 mm）。Qlone在iPad（1.529 mm）和iPhone（2.157 mm）上离散度显著增大。这些差异相对于参考表面不确定性和单次扫描设计较小，不应解读为稳健排名。
**3.2 ICP配准后的最终均方根误差（RMSE）**：最终RMSE遵循类似顺序：Shining 3D MetiSmile和Creality CR-Scan Raptor Pro最低，RAYFace、Revopoint和Planmeca居中，Qlone显著更高。注意，ICP后RMSE依赖于优化，应视为偏差下限而非独立准确性指标。
**3.3 平均和中位C2M距离**：领先结构光设备平均和中位距离最低，Shining 3D MetiSmile（平均0.417 mm，中位0.216 mm）和Creality CR-Scan Raptor Pro（平均0.409 mm，中位0.265 mm），RAYFace、Revopoint、Planmeca和两个Qlone配置依次升高。所有设备中位低于平均，符合C2M距离的右偏非负分布。
**3.4 ≤2 mm指示性阈值内点的比例**：RAYFace点比例最高（98.74%），紧随其后的是Creality、Shining和Revopoint（均>97%），Planmeca为92.94%，Qlone显著较低（iPad 58.06%；iPhone 43.80%）。
**3.5 C2M距离的第95百分位数（P95）**：Shining和Creality的P95最低，Revopoint、RAYFace和Planmeca居中，Qlone最高。Qlone（iPhone）的P95（6.870 mm）几乎等于6.885 mm计算限制，表明上尾截断，报告偏差偏保守（低估）。
**3.6 C2M距离图与偏差直方图**：展示代表性色图及直方图（以Shining 3D MetiSmile为例），其余配置见补充材料。注意所有定量指标严格在感兴趣区域（眉间和双侧颞区）内计算，色图仅用于视觉说明。
**3.7 采集时间**：RAYFace因自动单次捕获成像采集最短（5秒）。Planmeca需43秒，Shining（1分06秒）和Creality（1分00秒）相当，Qlone需操作者引导圆周捕获（iPad 1分18秒；iPhone 1分00秒），Revopoint需最长分步捕获（2分39秒）。
**3.8 对配准设置的敏感性**：通过两种替代配准（ICP 100%重叠和无ICP的基准对齐）评估敏感性。对于Creality CR-Scan Raptor Pro，100%重叠ICP使SD从0.524 mm增至1.459 mm，≤2 mm内点比例从98.15%降至90.45%，表明被排除的最差拟合点承载大部分偏差。基准对齐产生更大离散度（SD 1.091 mm）。对于高真实度设备（Shining 3D MetiSmile），去除点拒绝使SD增至1.767 mm；对于低真实度设备（Qlone iPad），配准选择影响甚微。这表明ICP点拒绝主要改善局部误差稀疏设备的表观一致性，90%重叠ICP指标应视为最佳情况估计。
**讨论与结论**
**讨论总结**：在探索性单受试者初步研究中，结构光设备在所有指标上均优于智能手机摄影测量，结构光组内差异较小。Shining 3D MetiSmile和Creality CR-Scan Raptor Pro偏差最小，但与领先结构光配置的差异与CBCT参考表面阈值分割不确定性（约0.08 mm）相当，不可作为排名依据。RAYFace结合高比例≤2 mm点与最短采集时间，有利于儿童、焦虑或术后患者。Revopoint Miraco Pro以较低成本提供亚毫米偏差但捕获时间最长。Planmeca ProMax 3D ProFace平均偏差可接受但P95较高，提示存在局部较大偏差区域，其优势在于同时捕获硬组织和软组织。Qlone偏差显著过大，不适合高精度假体工作，且其上尾截断导致真实误差被低估。临床方面，设备类别间的差异比结构光组内小差距更重要。结构光扫描仪可集成数字化假体工作流程，而智能手机摄影测量更适合非关键任务。局限性包括：单受试者、无重复采集、不同操作者、感兴趣区域仅限刚性低活动度部位、CBCT参考分割不确定性、配准管道影响等。未来需多受试者、重复测量、多操作者设计及包括可移动区域的研究。
**研究结论翻译**：在一名健康志愿者和刚性低活动度面部区域内，结构光扫描仪与CBCT衍生参考表面的吻合度优于智能手机摄影测量。Shining 3D MetiSmile和Creality CR-Scan Raptor Pro显示出最小的表面偏差，而RAYFace结合了≤2 mm范围内点的高比例和最短采集时间；这些领先设备间的差异落在参考表面的预期不确定性内，不应视为确定性排名。Qlone在测试条件下偏差过大，无法用于高精度修复工作，其真实误差可能因尾部截断而大于测量值。这些是初步的、假设生成性发现；在多受试者、重复测量验证并包括可移动面部区域之前，无法提出任何临床建议。
