Введение

Реконструкция ушной раковины по праву считается одним из наиболее технически сложных направлений в пластической и реконструктивной хирургии. Выполнение подобных вмешательств чаще всего требуется пациентам с микротией II—III степени, а также лицам, получившим посттравматические повреждения ушной раковины [1]. На протяжении многих лет «золотым стандартом» реконструкции остается использование собственных тканей пациента, в частности аутореберного хряща.

В пластической хирургии определяющим критерием успешности любого вмешательства является эстетичность достигнутого результата [2]. Данный аспект приобретает особое значение при реконструкции ушной раковины, поскольку именно эстетическое восприятие восстановленного органа в конечном итоге определяет удовлетворенность пациента и качество его жизни. Однако в настоящее время сохраняется проблема отсутствия объективных методов качественной оценки эстетичности результата [3], что делает обязательным проведение последующей верификации качества выполненного вмешательства. Ключевая цель такой оценки заключается в подтверждении приемлемой степени симметрии реконструированного уха относительно здорового контралатерального органа.

Традиционная диагностика, используемая в клинической практике, опирается преимущественно на субъективное визуальное обследование или контактные измерения с помощью штангенциркуля [3]. При более детальном рассмотрении выявляются существенные ограничения обоих подходов. С одной стороны, визуальная оценка неизбежно несет в себе элемент субъективизма и зависит от опыта специалиста. С другой — контактные измерения демонстрируют значительную внутри- и межэкспертную вариабельность получаемых данных, что ставит под сомнение их воспроизводимость [3]. Кроме того, ни один из этих методов не способен в полной мере отразить сложные трехмерные пространственные взаимоотношения анатомических структур ушной раковины, без детального учета которых полноценная и объективная оценка окончательного результата реконструкции представляется невозможной [4].

Эффективным решением проблемы является трехмерная фотограмметрия. Этот метод основан на обработке серии перекрывающихся двухмерных снимков с помощью алгоритмов восстановления движения (Structure-from-Motion, SfM) и многоракурсной стереосъемки (Multi-View Stereo, MVS), что позволяет построить точные поверхностные модели объекта. С помощью этих моделей можно извлекать необходимые антропометрические параметры без использования компьютерной томографии (КТ) с ионизирующим облучением, специализированного оборудования или физического контакта с пациентом [5]. Для съемки достаточно обычной камеры смартфона, поэтому технология доступна для любых медицинских учреждений, независимо от их технического оснащения [6—9].

Цель исследования — разработать методику трехмерной фотограмметрии с использованием стандартного смартфона для объективной оценки послеоперационной симметрии реконструированной и контралатеральной здоровой ушных раковин.

Материал и методы

В ходе исследования разработан и апробирован полный фотограмметрический протокол, регламентирующий все этапы — от фотосъемки до построения трехмерных моделей реконструированных ушных раковин. Применение данного протокола позволило получить и проанализировать двусторонние антропометрические данные 31 пациента, осуществить сравнительный анализ параметров восстановленного уха и здорового контралатерального органа.

Пациенты

В исследование проспективно включены пациенты (n=31), перенесшие одностороннюю реконструкцию ушной раковины. Реконструкция проведена с использованием аутологичных каркасов из реберного хряща. Фотограмметрическая оценка выполнена не позднее чем через 6 мес после операции.

Фотографическая съемка

Получение трехмерной модели проводилось с использованием стандартной камеры смартфона (минимальное разрешение 12 мегапикселей; специальные приспособления или калибровочные мишени не требовались). Пациенты сфотографированы в положении сидя с нейтральным положением головы при равномерном рассеянном освещении, чтобы минимизировать зеркальные отражения на поверхности ушной раковины. За 1 сеанс получено не менее 40 перекрывающихся фотографий, охватывающих всю окружность головы — боковые, косые, задние, верхние и ближние ракурсы ушной раковины, что обеспечивало полное двустороннее покрытие. Изображения получали в высококачественном формате JPEG. Размытые или искаженные движением кадры исключали перед импортом. Вся процедура занимала приблизительно 5 мин на 1 пациента.

Трехмерная реконструкция с помощью 3DF Zephyr

Все 3D-реконструкции были выполнены с использованием программы 3DF Zephyr Free версии 8.038 («3Dflow SRL», Италия) на стандартной настольной рабочей станции. Программный конвейер включает три автоматизированных этапа (рис. 1—7).

Рис. 1. Создание нового проекта в 3DF Zephyr в меню «Рабочий процесс» > «Новый проект».

Рис. 2. Мастер проектов: трехэтапный конвейер — разреженное облако точек → 3D-модель → текстурированная сетка.

Рис. 3. Экран импорта изображений.

Фотографии добавляются с помощью кнопки «+» или перетаскивания.

Рис. 4. Выбор фотографий пациента, сделанных с помощью смартфона с разных ракурсов, охватывающих все участки ушной раковины.

Рис. 5. Предварительная настройка ориентации камеры: выбран параметр «Человеческое тело» для оптимизации параметров SfM для поверхностей мягких тканей черепно-лицевой области.

Рис. 6. Автоматическая реконструкция в процессе: ориентированы 46 из 50 изображений; ведется обработка разреженного облака точек и плотного изображения MVS.

Рис. 7. Сводка по 3D-реконструкции: 46 из 50 изображений успешно ориентированы. Плотное облако точек: 91 909 точек. Треугольная сетка: 182 771 треугольник. Генерация текстурированной сетки завершена.

Новый проект инициирован через меню «Рабочий процесс > Новый проект» (см. рис. 1), выбран полный трехэтапный конвейер (см. рис. 2). Фотографии импортированы с помощью функции «Добавить изображения» (см. рис. 3—4). Применялась предустановка ориентации камеры «Человеческое тело» (см. рис. 5), которая настраивает алгоритм SfM для изогнутых мягких тканей черепно-лицевой области. Процесс 3D-реконструкции происходил автоматически; в нашей серии пациентов в среднем 46 из 50 представленных фотографий успешно ориентированы за сессию (92%), создавая плотные облака точек, содержащие приблизительно 90 000 точек, и треугольные сетки, содержащие приблизительно 180 000 треугольников (см. рис. 6, 7). Полный процесс реконструкции занимал приблизительно 10—15 мин за сессию на стандартной рабочей станции.

Антропометрические измерения

После генерации сетки все антропометрические измерения проводились непосредственно на текстурированной трехмерной модели с использованием встроенного инструмента «Быстрые измерения» в 3DF Zephyr. Этот инструмент в режиме реального времени вычисляет трехмерное евклидово расстояние, горизонтальное расстояние, высоту и угол наклона между любыми двумя выбранными оператором точками поверхности (рис. 8—15). Для угловых измерений установлена согласованная анатомическая система координат с использованием функции «Разрезать сетку с плоскостью», выровненной по франкфуртской горизонтали (см. рис. 12, 13). Следующие параметры измерялись билатерально на реконструированной и контралатеральной ушных раковинах в рамках одной и той же модели:

Рис. 8. Измерение длины уха на реконструированном ухе. Зеленая линия проходит от верхнеауральной области до подауральной; трехмерное расстояние и угол наклона отображаются в реальном времени.

Рис. 9. Измерение выступа/ширины правой ушной раковины: расстояние 3,51 мм, наклон −2,13◦.

Рис. 10. Аналогичное измерение, левая ушная раковина: расстояние 3,51 мм, наклон −2,98◦ — практически идентично значению на противоположной стороне.

Рис. 11. Фронтальный вид: измерение вертикального опорного расстояния с использованием латерального угла глаза в качестве краниофациального ориентира.

Рис. 12. Инструмент «Разрезать сетку плоскостью»: начальное размещение горизонтальной опорной плоскости Франкфурта (вид спереди).

Рис. 13. Подтверждена ориентация опорной плоскости; установлена согласованная система координат для измерения ушно-головного угла.

Рис. 14. Измерение ширины уха, правая ушная раковина: 9,56 мм, угол наклона 0,49◦.

Рис. 15. Измерение ширины уха, левая ушная раковина: 9,55 мм, угол наклона −1,23◦, двусторонняя разница 0,01 мм.

длина уха: от верхнего края завитка до края мочки (см. рис. 8);

ширина уха: наибольший горизонтальный размер, перпендикулярный оси длины (см. рис. 14, 15);

ушно-головной угол: угол между плоскостью ушной раковины и срединно-сагиттальной плоскостью после выравнивания по опорной плоскости (см. рис. 12, 13);

вертикальное положение: расстояние от верхней части завитка до уровня опорной линии латерального угла глаза (см. рис. 11).

Все измерения проводились одним квалифицированным наблюдателем. Для оценки воспроизводимости рассчитаны коэффициенты внутриклассовой корреляции (ICC) с 95% доверительными интервалами (ДИ) на основе повторных измерений. Для сравнения реконструированных и контралатеральных значений параметров использовались парные t-тесты.

Статистический анализ

Данные представлены как среднее значение и стандартное отклонение (M±SD). Двусторонние различия рассчитаны как разница показателей реконструированного и контралатерального ушей. Для оценки статистической значимости двусторонних различий использованы парные t-тесты. Коэффициенты внутриклассовой корреляции (ICC) рассчитаны с использованием двухфакторной модели смешанных эффектов. Статистическая значимость устанавливалась на уровне p<0,05.

Результаты

Качество модели

Трехмерная реконструкция успешно завершена для всех пациентов (n=31). В среднем за сеанс ориентировано 46,2±2,1 (92,4%) из 50 фотографий. Полученные модели обеспечивали полное двустороннее покрытие поверхности ушной раковины с достаточной детализацией для четкой идентификации всех анатомических ориентиров, необходимых для измерения. Текстурированная сетка воспроизводила мелкие детали поверхности — край завитка, противозавиток, чашу ушной раковины и козелок — с достаточной точностью для точного измерения от точки к точке.

Двустороннее антропометрическое сравнение

В таблице представлены полные двусторонние измерения для всех пациентов, включая длину и ширину уха, ушно-головной угол и вертикальное положение как для реконструированного, так и для контралатерального уха, а также двусторонние различия.

Антропометрические измерения обеих ушных раковин у пациентов (n=31) после реконструкции

Примечание. рекон. — реконструированное ухо; контр. — контралатеральное здоровое ухо; Δ — реконструированное — контралатеральное; ж — женщины; м — мужчины. Жирным шрифтом выделены показатели с клинически значимой разницей. * — парный t-критерий.

Длина уха составляла 61,2±3,1 мм (реконструированное) и 61,0±3,0 мм (контралатеральное), со средней двусторонней разницей 0,2±0,8 мм и средней абсолютной разницей 0,61 мм (ICC=0,97; 95% ДИ 0,94—0,99; p<0,001). Ширина уха составляла 33,5±2,7 мм (реконструированное) и 33,3±2,6 мм (контралатеральное), со средней абсолютной двусторонней разницей 0,47 мм (ICC=0,96; 95% ДИ 0,92—0,98; p=0,003). Ушно-головной угол составлял 24,2±3,3° (реконструированное) и 24,9±3,1◦ (контралатеральное); двусторонняя разница −0,7±1,9° не достигла статистической значимости (ICC=0,93; p=0,127). Вертикальное положение относительно латерального угла глаза различалось на 0,2±1,3 мм между сторонами (ICC=0,91; p=0,412), что указывает на отсутствие значительной вертикальной позиционной асимметрии.

Обсуждение

Главным результатом данного исследования стали разработка и клиническая апробация полного фотограмметрического протокола, который позволяет проводить объективную оценку результатов реконструкции ушной раковины с использованием только стандартного смартфона и бесплатного программного обеспечения 3DF Zephyr. Полученные данные подтверждают, что предложенный метод обеспечивает высокую точность измерений (ICC>0,91) и может быть интегрирован в рутинную клиническую практику без существенных финансовых и временных затрат.

Доступность и воспроизводимость. Ключевое преимущество заключается в минимальных требованиях к оборудованию. Для съемки достаточно камеры смартфона с разрешением 12 Мп, при этом не требуются калибровочные мишени или специализированные сканирующие системы, что выгодно отличает предложенную методику от стереофотограмметрических комплексов (например, 3dMD), которые, обладая высокой точностью, остаются дорогостоящими и малодоступными для большинства клиник [10—15]. Процесс съемки занимает около 5 мин, а этап 3D-реконструкции — от 10 до 15 мин, что полностью укладывается в график стандартного послеоперационного визита и сопоставимо с данными, опубликованными R. Nightingale и соавт. [11, 16].

Технические аспекты. Использование предустановки «Человеческое тело» в программе 3DF Zephyr оказалось эффективным решением для оптимизации алгоритмов Structure-from-Motion (SfM) при работе с изогнутыми поверхностями мягких тканей черепно-лицевой области. Встроенный инструмент «Быстрые измерения» позволил проводить антропометрический анализ непосредственно в среде программы, исключая необходимость экспорта данных в сторонние приложения и связанные с этим потери точности. Особого внимания заслуживает функция «Разрезать сетку с плоскостью», которая обеспечивает стандартизированную ориентацию модели относительно франкфуртской горизонтали. Это позволяет минимизировать вариабельность угловых измерений — основной источник ошибок при использовании традиционных методов, опирающихся на визуальное определение анатомических ориентиров [3].

Сравнение с традиционными методами. В отличие от субъективной визуальной оценки и контактных измерений штангенциркулем предложенный фотограмметрический подход лишен внутри- и межэкспертной вариабельности, а также позволяет учитывать трехмерную архитектонику ушной раковины. Полученные в нашем исследовании значения ICC (0,91—0,97) сопоставимы или даже превосходят показатели, зарегистрированные для автоматизированных КТ-измерений [3] и специализированных стереофотограмметрических систем [15]. При этом, в отличие от КТ, фотограмметрия не сопряжена с ионизирующим облучением, что делает ее предпочтительным методом для динамического наблюдения, особенно в педиатрической практике.

Клиническое значение. Высокая степень симметрии, зафиксированная в нашем исследовании (средние абсолютные различия не превышали 1,5 мм и 1,5°), подтверждает эффективность выполненных реконструкций и свидетельствует о состоятельности использованных хирургических методик. Возможность объективной фиксации таких параметров, как ушно-головной угол и вертикальное положение уха, открывает перспективы для стандартизации критериев успешности операций и создания нормативных баз данных. Кроме того, предлагаемый протокол может быть полезен при планировании повторных вмешательств, а также в образовательных целях для демонстрации результатов в процессе обучения хирургов.

Ограничения исследования. Ряд ограничений должен быть принят во внимание при интерпретации полученных результатов. Во-первых, качество реконструкции может снижаться в областях с глубокими вогнутостями (чаша ушной раковины, область противозавитка) из-за эффекта самозатенения, что ограничивает возможность точного измерения структур, расположенных в этих зонах. Однако анализируемые в работе параметры опирались преимущественно на латеральную поверхность, поэтому данное ограничение не повлияло на основные выводы [3]. Во-вторых, все измерения выполнялись одним наблюдателем; вместе с тем высокие значения ICC косвенно подтверждают воспроизводимость, оценка межэкспертной надежности остается предметом дальнейших исследований. В-третьих, включение пациентов с различными сроками послеоперационного наблюдения (до 6 мес) могло внести дополнительную вариабельность, связанную с процессами заживления и ремоделирования тканей.

Перспективы дальнейших исследований. Представляется целесообразным проведение фотограмметрических наблюдений для оценки морфологической стабильности реконструированных ушных раковин в отдаленном послеоперационном периоде. Кроме того, интеграция разработанного протокола с платформами дополненной реальности может создать основу для интраоперационной навигации, позволяя хирургу в режиме реального времени сопоставлять формируемый каркас с трехмерной моделью здорового уха.

Заключение

Сложная трехмерная форма ушной раковины значительно затрудняет объективную оценку результатов ее хирургической реконструкции в послеоперационном периоде, что определяет актуальность данной клинической задачи [2]. Исследование показало, что предложенный метод обеспечивает достоверную количественную оценку исходов операций, создавая основу для стандартизации контроля качества в реконструктивной хирургии ушной раковины.

Трехмерная фотограмметрия с использованием смартфона и программного обеспечения 3DF Zephyr представляет собой доступный, неинвазивный и объективно верифицированный инструмент для оценки результатов реконструкции [6, 17]. В серии наблюдений пациентов (n=31), перенесших реконструктивную операцию, двусторонний антропометрический анализ продемонстрировал практически полное морфологическое соответствие реконструированного и контралатерального ушей по всем параметрам — длине и ширине, величине ушно-головного угла и вертикальному краниофациальному положению. Значения ICC во всех случаях превышали 0,91.

Полный рабочий цикл — от получения фотографий со смартфона до построения текстурированной 3D-модели и последующего антропометрического анализа — может быть реализован в условиях любой клинической практики без необходимости использования специализированного оборудования или радиологической инфраструктуры, что делает данный подход практичным стандартом для объективной оценки эффективности реконструкции ушной раковины.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.