人类学学报 ›› 2019, Vol. 38 ›› Issue (02): 254-264.doi: 10.16359/j.cnki.cn11-1963/q.2019.0009cstr: 32091.14.j.cnki.cn11-1963/q.2019.0009
收稿日期:
2018-04-03
修回日期:
2018-09-20
出版日期:
2019-05-15
发布日期:
2020-09-10
作者简介:
惠家明 (1995-),男,汉族,江苏省苏州市人,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所硕士研究生。Email: 基金资助:
HUI Jiaming1,2,3(), HE Letian1,2,3, WANG Minghui4
Received:
2018-04-03
Revised:
2018-09-20
Online:
2019-05-15
Published:
2020-09-10
摘要:
基于三维激光扫描的颅骨测量方法具有无接触、成像快速、易便携操作等优势,近年来在体质人类学与古人类学等领域发挥着日趋重要的作用。而在该测量技术普及的同时,其可靠性以及与手工测量的一致性问题也受到关注。本研究分别以手工方法与激光扫描建立模型法对考古出土颅骨进行测量,期望以实验手段探讨两种测量结果是否一致。实验结果显示,上述两种测量方法分别标定的两套测点相互之间吻合情况较好。其中,有易识别解剖学形态特征的测点吻合程度最优。而在两种测量手段的标点操作方式有所不同时,其标点位置间距会略有放大。从最终测量结果来看,两种测量手段所获数据的绝对差值和相对差异程度均较小。个别测量项在配对样本t检验中表现出了差异显著性,这应由两种测量结果大小差异的统一偏向性所致。在实际操作中,此类差异仍在可接受范围内,适宜混合同时使用。就差异的来源而言,测量操作方式的不同以及测点间的吻合程度是导致最终测量结果不同的主要原因之一,而仪器、颅骨表面的激光反射特性、扫描所获三维画面拼合情况等主客观因素也同样不可忽视。
中图分类号:
惠家明, 贺乐天, 王明辉. 基于三维激光扫描的颅骨测量与手工测量的比较[J]. 人类学学报, 2019, 38(02): 254-264.
HUI Jiaming, HE Letian, WANG Minghui. A comparison between cranial measurements using three-dimensional laser scanning technology and manual measurements[J]. Acta Anthropologica Sinica, 2019, 38(02): 254-264.
测点Landmarks | 平均距离 D(mm) | 标准差 σ(mm) | 个数 n | 测点Landmarks | 平均距离 D(mm) | 标准差 σ(mm) | 个数 n |
---|---|---|---|---|---|---|---|
眉间点Glabella | 0.59 | 0.33 | 28 | 鼻棘点Nasospinale | 0.28 | 0.19 | 29 |
前囟点Bregma | 0.21 | 0.21 | 28 | 鼻棘下点Subspinale | 0.25 | 0.33 | 23 |
颅后点Opisthocranion | 0.74 | 0.43 | 29 | 上齿槽前点Prosthion | 0.29 | 0.29 | 28 |
大孔后缘点Opisthion | 0.16 | 0.26 | 29 | 左眶外缘点Ectoconchion(L) | 0.45 | 0.34 | 29 |
大孔前缘点Endobasion | 0.19 | 0.20 | 28 | 右眶外缘点Ectoconchion(R) | 0.50 | 0.33 | 28 |
颅底点Basion | 0.38 | 0.32 | 29 | 左颧颌点Zygomaxillare(L) | 0.28 | 0.26 | 28 |
左颅侧点Euryon(L) | 0.62 | 0.28 | 27 | 右颧颌点Zygomaxillare(R) | 0.32 | 0.23 | 28 |
右颅侧点Euryon(R) | 0.67 | 0.43 | 27 | 左颞额颧点Frontomalare temporal(L) | 0.48 | 0.19 | 28 |
左耳门上点Porion(L) | 0.39 | 0.30 | 29 | 右颞额颧点Frontomalare temporal(R) | 0.58 | 0.41 | 29 |
右耳门上点Porion(R) | 0.44 | 0.32 | 29 | 左眶额颧点Frontomalare orbitale(L) | 0.18 | 0.28 | 29 |
鼻根点Nasion | 0.17 | 0.25 | 29 | 右眶额颧点Frontomalare orbitale(R) | 0.33 | 0.26 | 29 |
左颌额点Maxillofrontale(L) | 0.33 | 0.22 | 29 | 左颧点Zygion(L) | 0.50 | 0.35 | 29 |
右颌额点Maxillofrontale(R) | 0.42 | 0.31 | 29 | 右颧点Zygion(R) | 0.50 | 0.30 | 29 |
表1 手工方法和激光扫描方法标定的测点间距
Tab.1 Distances between the landmarks set by laser scanning and manual measurements
测点Landmarks | 平均距离 D(mm) | 标准差 σ(mm) | 个数 n | 测点Landmarks | 平均距离 D(mm) | 标准差 σ(mm) | 个数 n |
---|---|---|---|---|---|---|---|
眉间点Glabella | 0.59 | 0.33 | 28 | 鼻棘点Nasospinale | 0.28 | 0.19 | 29 |
前囟点Bregma | 0.21 | 0.21 | 28 | 鼻棘下点Subspinale | 0.25 | 0.33 | 23 |
颅后点Opisthocranion | 0.74 | 0.43 | 29 | 上齿槽前点Prosthion | 0.29 | 0.29 | 28 |
大孔后缘点Opisthion | 0.16 | 0.26 | 29 | 左眶外缘点Ectoconchion(L) | 0.45 | 0.34 | 29 |
大孔前缘点Endobasion | 0.19 | 0.20 | 28 | 右眶外缘点Ectoconchion(R) | 0.50 | 0.33 | 28 |
颅底点Basion | 0.38 | 0.32 | 29 | 左颧颌点Zygomaxillare(L) | 0.28 | 0.26 | 28 |
左颅侧点Euryon(L) | 0.62 | 0.28 | 27 | 右颧颌点Zygomaxillare(R) | 0.32 | 0.23 | 28 |
右颅侧点Euryon(R) | 0.67 | 0.43 | 27 | 左颞额颧点Frontomalare temporal(L) | 0.48 | 0.19 | 28 |
左耳门上点Porion(L) | 0.39 | 0.30 | 29 | 右颞额颧点Frontomalare temporal(R) | 0.58 | 0.41 | 29 |
右耳门上点Porion(R) | 0.44 | 0.32 | 29 | 左眶额颧点Frontomalare orbitale(L) | 0.18 | 0.28 | 29 |
鼻根点Nasion | 0.17 | 0.25 | 29 | 右眶额颧点Frontomalare orbitale(R) | 0.33 | 0.26 | 29 |
左颌额点Maxillofrontale(L) | 0.33 | 0.22 | 29 | 左颧点Zygion(L) | 0.50 | 0.35 | 29 |
右颌额点Maxillofrontale(R) | 0.42 | 0.31 | 29 | 右颧点Zygion(R) | 0.50 | 0.30 | 29 |
测量项 Variables | 手工测量 Manual measurements | 激光扫描模型测量 Measurements based on 3D laser scanning | 绝对差值均数(mm) Mean of absolute difference | 相对差异均数(%) Relative difference | 配对t检验(p值) Paired t-test | 个体数 n | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
平均值 (mm) | 标准差 σ(mm) | 平均值 (mm) | 标准差 σ(mm) | |||||
颅骨最大长Lmax of cranial | 178.51 | 8.22 | 178.6 | 8.14 | 0.23 | 0.07 | 0.063 | 29 |
颅底长L of Basis | 100.81 | 6.25 | 100.95 | 6.37 | 0.31 | 0.15 | 0.034* | 27 |
枕孔最大长L of Foramen magnum I | 36.57 | 2.59 | 36.76 | 2.58 | 0.24 | 0.33 | 0.405 | 28 |
颅骨最大宽bmax of cranial | 135.72 | 5.05 | 135.79 | 5.07 | 0.26 | 0.1 | 0.278 | 29 |
上面宽b of upper face | 102.62 | 4.04 | 102.63 | 4.16 | 0.28 | 0.13 | 0.879 | 28 |
面宽b of face | 103.84 | 7.12 | 103.81 | 7.07 | 0.23 | 0.09 | 0.568 | 29 |
中面宽b of Middle orbital I | 99.75 | 4.48 | 99.77 | 4.48 | 0.33 | 0.17 | 0.839 | 29 |
左眶宽b of left orbital | 40.64 | 1.46 | 40.70 | 1.63 | 0.35 | 0.43 | 0.449 | 29 |
右眶宽b of right orbital | 41.51 | 1.73 | 41.44 | 1.76 | 0.28 | 0.34 | 0.265 | 29 |
两眶宽b of biorbital | 96.10 | 3.35 | 95.82 | 3.31 | 0.42 | 0.22 | 0.001* | 29 |
前眶间宽b of vordere interorbital breite | 18.39 | 2.15 | 18.40 | 2.10 | 0.27 | 0.72 | 0.766 | 29 |
鼻宽b of Nasal | 26.26 | 1.68 | 26.35 | 1.74 | 0.27 | 0.51 | 0.208 | 29 |
颅高h of Basi-bregma | 135.09 | 9.88 | 135.07 | 9.86 | 0.28 | 0.1 | 0.676 | 29 |
耳上颅高h ofAuricular | 113.36 | 5.68 | 113.63 | 5.66 | 0.44 | 0.19 | 0.003* | 28 |
上面高h of upper facial | 71.50 | 4.05 | 71.48 | 4.05 | 0.32 | 0.22 | 0.288 | 27 |
左眶高h of left orbital | 34.15 | 1.26 | 34.38 | 1.27 | 0.40 | 0.58 | 0.001* | 29 |
右眶高h of right orbital | 34.04 | 1.17 | 34.44 | 1.21 | 0.47 | 0.69 | 0.005* | 29 |
鼻高h of nasal | 55.00 | 3.26 | 55.13 | 3.24 | 0.32 | 0.29 | 0.060 | 28 |
颅周C of horizontal | 509.51 | 19.08 | 511.66 | 19.32 | 0.93 | 0.09 | 0.085 | 26 |
颅矢状弧L of Total sagital arc | 363.46 | 16.38 | 364.27 | 16.07 | 0.43 | 0.06 | 0.532 | 28 |
表2 手工测量与激光扫描所得颅骨测量结果差异(直线、弧弦周长)
Tab.2 Comparison of measurement results of laser scanning and manual measurements (linear distances, circumferences and arc length )
测量项 Variables | 手工测量 Manual measurements | 激光扫描模型测量 Measurements based on 3D laser scanning | 绝对差值均数(mm) Mean of absolute difference | 相对差异均数(%) Relative difference | 配对t检验(p值) Paired t-test | 个体数 n | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
平均值 (mm) | 标准差 σ(mm) | 平均值 (mm) | 标准差 σ(mm) | |||||
颅骨最大长Lmax of cranial | 178.51 | 8.22 | 178.6 | 8.14 | 0.23 | 0.07 | 0.063 | 29 |
颅底长L of Basis | 100.81 | 6.25 | 100.95 | 6.37 | 0.31 | 0.15 | 0.034* | 27 |
枕孔最大长L of Foramen magnum I | 36.57 | 2.59 | 36.76 | 2.58 | 0.24 | 0.33 | 0.405 | 28 |
颅骨最大宽bmax of cranial | 135.72 | 5.05 | 135.79 | 5.07 | 0.26 | 0.1 | 0.278 | 29 |
上面宽b of upper face | 102.62 | 4.04 | 102.63 | 4.16 | 0.28 | 0.13 | 0.879 | 28 |
面宽b of face | 103.84 | 7.12 | 103.81 | 7.07 | 0.23 | 0.09 | 0.568 | 29 |
中面宽b of Middle orbital I | 99.75 | 4.48 | 99.77 | 4.48 | 0.33 | 0.17 | 0.839 | 29 |
左眶宽b of left orbital | 40.64 | 1.46 | 40.70 | 1.63 | 0.35 | 0.43 | 0.449 | 29 |
右眶宽b of right orbital | 41.51 | 1.73 | 41.44 | 1.76 | 0.28 | 0.34 | 0.265 | 29 |
两眶宽b of biorbital | 96.10 | 3.35 | 95.82 | 3.31 | 0.42 | 0.22 | 0.001* | 29 |
前眶间宽b of vordere interorbital breite | 18.39 | 2.15 | 18.40 | 2.10 | 0.27 | 0.72 | 0.766 | 29 |
鼻宽b of Nasal | 26.26 | 1.68 | 26.35 | 1.74 | 0.27 | 0.51 | 0.208 | 29 |
颅高h of Basi-bregma | 135.09 | 9.88 | 135.07 | 9.86 | 0.28 | 0.1 | 0.676 | 29 |
耳上颅高h ofAuricular | 113.36 | 5.68 | 113.63 | 5.66 | 0.44 | 0.19 | 0.003* | 28 |
上面高h of upper facial | 71.50 | 4.05 | 71.48 | 4.05 | 0.32 | 0.22 | 0.288 | 27 |
左眶高h of left orbital | 34.15 | 1.26 | 34.38 | 1.27 | 0.40 | 0.58 | 0.001* | 29 |
右眶高h of right orbital | 34.04 | 1.17 | 34.44 | 1.21 | 0.47 | 0.69 | 0.005* | 29 |
鼻高h of nasal | 55.00 | 3.26 | 55.13 | 3.24 | 0.32 | 0.29 | 0.060 | 28 |
颅周C of horizontal | 509.51 | 19.08 | 511.66 | 19.32 | 0.93 | 0.09 | 0.085 | 26 |
颅矢状弧L of Total sagital arc | 363.46 | 16.38 | 364.27 | 16.07 | 0.43 | 0.06 | 0.532 | 28 |
测量项 Variables | 手工测量 Manual measurements | 激光扫描模型测量 Measurements based on 3D laser scanning | 绝对差值均数 Mean of absolute difference(°) | 相对差异 Relative difference(%) | 配对t检验(p) Paired t-test | 例数 n | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
平均值(°) | 标准差(°) σ | 平均值(°) | 标准差(°) σ | |||||
总面角Total prognathism | 85.09 | 2.92 | 85.23 | 2.62 | 0.51 | 0.3 | 0.731 | 28 |
中面角Middle prognathism I | 85.8 | 2.61 | 86.04 | 2.28 | 0.50 | 0.3 | 0.276 | 27 |
中面角Middle prognathism II | 86.43 | 2.97 | 86.70 | 2.21 | 0.73 | 0.42 | 0.769 | 26 |
齿槽面角Alveo prognathismⅠ | 80.48 | 6.41 | 80.01 | 6.37 | 0.43 | 0.25 | 0.786 | 27 |
齿槽面角Alveo prognathism II | 77.22 | 7.17 | 76.82 | 7.03 | 0.37 | 0.23 | 0.292 | 27 |
鼻颧角naso-malar angle | 146.94 | 6.41 | 146.36 | 6.45 | 1.88 | 0.64 | 0.165 | 29 |
颧额角zygomaxillary angle | 131.30 | 7.31 | 131.13 | 7.01 | 1.34 | 0.52 | 0.592 | 29 |
表3 手工测量与激光扫描所得颅骨测量结果差异(角度)
Tab.3 Comparison of measurement results of laser scanning and manual measurements (angles)
测量项 Variables | 手工测量 Manual measurements | 激光扫描模型测量 Measurements based on 3D laser scanning | 绝对差值均数 Mean of absolute difference(°) | 相对差异 Relative difference(%) | 配对t检验(p) Paired t-test | 例数 n | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
平均值(°) | 标准差(°) σ | 平均值(°) | 标准差(°) σ | |||||
总面角Total prognathism | 85.09 | 2.92 | 85.23 | 2.62 | 0.51 | 0.3 | 0.731 | 28 |
中面角Middle prognathism I | 85.8 | 2.61 | 86.04 | 2.28 | 0.50 | 0.3 | 0.276 | 27 |
中面角Middle prognathism II | 86.43 | 2.97 | 86.70 | 2.21 | 0.73 | 0.42 | 0.769 | 26 |
齿槽面角Alveo prognathismⅠ | 80.48 | 6.41 | 80.01 | 6.37 | 0.43 | 0.25 | 0.786 | 27 |
齿槽面角Alveo prognathism II | 77.22 | 7.17 | 76.82 | 7.03 | 0.37 | 0.23 | 0.292 | 27 |
鼻颧角naso-malar angle | 146.94 | 6.41 | 146.36 | 6.45 | 1.88 | 0.64 | 0.165 | 29 |
颧额角zygomaxillary angle | 131.30 | 7.31 | 131.13 | 7.01 | 1.34 | 0.52 | 0.592 | 29 |
图2 各测点手工测量与三维激光扫描标点位置差异程度排序(按平均差值大小排序)
Fig.2 The goodness of fit of landmarks set by laser scanning and manual measurements ( ranked in order of mean values of distances )
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