一种低成本的自动化摄影测量系统能够实现精确且可重复的三维颅骨形态测量

《Scientific Reports》：A low-cost automated photogrammetry system enables accurate and reproducible 3D cranial morphometrics

　　

摘要

骨学收藏的三维数字化极大地改变了生物人类学的研究方式，然而现有的低成本摄影测量系统在综合性验证方面仍存在不足，无法同时满足精度要求、全过程重复性以及几何形态测量的准确性。我们针对AutoScan3D这一自动化的摄影测量设备（价格约为90美元）进行了三层验证。该设备被应用于25个成人头骨样本。精度评估通过比较3D模型中的标志点间线性距离与数字卡尺测量结果来进行，选取了五个样本作为子样本集。重复性评估采用了类内相关系数（ICC）、变异系数（CV）以及Bland–Altman分析法进行多轮独立扫描实验的分析。几何形态的一致性则通过广义Procrustes分析、主成分分析（PCA）、基于排列的线性判别分析（LDA）、探索性典型变量分析（CVA）以及信噪比估算等多种方法进行验证。结果显示，AutoScan3D的测量精度达到了亚毫米级别（平均误差MAE为0.47–0.92毫米；误差率<2%；相关性r值＞0.999），且无系统偏差。其重复性也非常优异（ICC值介于0.984–1.000之间；97.8%的标志点对误差率CV<1%）。形态测量分析进一步证实了生物形态信息的有效保留：PCA分析呈现出连续的样本分布特征，排列检验也验证了形状空间的非随机组织结构（外留法（LOO）准确率为96%；p值=2×10^-4）。高信噪比（20.59）表明生物变异幅度远超过数字化过程中的误差。与传统平台相比，AutoScan3D以更低的成本满足了基于标志点的几何形态测量研究的方法学标准。