PHOTOGRAMMETRIC QUANTIFICATION OF CHANGES OF SOFT TISSUE 
AFTER SKELETAL TREATMENT OF THE FACIAL PART OF THE SKULL 
Dr.-Ing. Helga Gàbel' , Dr.med. Dr.med.dent. Diana Kakoschke ? 
! Orthopádische Universitátsklinik, Biomechanik, Sigmund-Freud-Str. 25, 53127 Bonn, Germany 
? Klinik für Gesichts- und Kieferchirurgie, Hufelandstr. 55, 45122 Essen, Germany 
Kommision V, Working Group 5 
KEY WORDS: face, surgery planning, surface measurement, CCD-camera,multi-image-orientation 
ABSTRACT 
In Germany, threedimensional non-invasive measurement techniques for medical purposes are not in routine use. 
Completely integrated applications of photogrammetric technology are still missing. In daily routine the possibilities 
of clinical findings, therapeutical and operative plannings are only subjective. The results of clinical examination, 
X-rays and prae- and postoperative photographs from different planes have been used for medical analysis. In an 
interdisciplinary research project we tested the general applicability of photogrammetric measurement systems. We 
examined patients with malformations of the mandible-maxilla complex by taking pictures from the face. In order 
to achieve a surface structure we projected regular patterns onto the surface.The first investigations were made 
in-vitro with an analog camera and the manual measurement of an analytical evaluation system. In this case we 
calculated about 800 points on the surface of a plaster cast with an accuracy higher than 0.4 mm. Furthermore 
we made comparative studies of living persons with a widely automated procedure using a digital photogrammetric 
recording and evaluation system. The measurement of digital image coordinates with the program PHAUST is sup- 
ported by elliptical and center-of-gravity operators and shows a significant improvement of accuracy and time 
involved. Finally graphical analyses of measurement results are presented in a clinically relevant shape. We 
produce representations of the plaster casts and the faces in AutoCAD by means of regular meshes which allow 
any perspective view, longitudinal and lateral sections. In addition to calculating angles, distances, surfaces and 
volumes, the visualisation of the shape is a good help for documentation and quantification of changes of soft 
tissue of the human face under surgery treatment. 
KURZFASSUNG 
Hochprázise dreidimensionale nicht-invasive MeRechnik ist derzeit in Deutschland in der medizinischen Routine 
nicht verbreitet. Es gibt auch keine in den klinischen Alltag integrierten photogrammetrischen Technologien. Die 
Móglichkeiten der Befunddokumentation, Operationsplanung und Quantifizierung von Weichteilveránderungen 
infolge therapeutischer und / oder operativer Maßnahmen sind derzeit rein subjektiv. Dem behandelnden Arzt 
stehen neben Röntgenaufnahmen und den Ergebnissen seiner klinischen Untersuchungen u.a. auch Photographien 
frontal und seitlich, prae- und postoperativ, zur Verfügung. Im Rahmen eines interdisziplinären Forschungsprojekts 
wird die anwendungsorientierte Entwicklung photogrammetrischer Meßtechnik zur Beantwortung medizinische 
Fragestellungen gefördert. Zur Festlegung der spezifischen Meßbedingungen in der Gesichts- und Kieferchirurgie 
wurden zunächst prae- und postoperative aufwendige Gipsmasken angefertigt und mit Hilfe analoger Auf- 
nahmetechnik (Teilmeßkammer ROLLEI Metric 6006), unter Aufprojektion eines regelmäßigen Rasters, erfaßt. Die 
manuellen Bildmessungen wurden an einem analytischen Auswertesystem (Zeiss Planicomp C100) im Komparator- 
modus ausgeführt. Ca. 800 Punkte auf der Maskenoberfläche konnten mit Punktgenauigkeiten im quadratischen 
Mittel besser als 0,4 mm bestimmt werden. Weiterhin führten wir vergleichende in-vivo-Untersuchungen an Pa- 
tienten mit Fehlstellungen des mandibulo-maxillären Komplexes durch. Hierbei wurden 4 CCD-Kameras eingesetzt 
und die Auswertung an einer digitalen photogrammetrischen Auswertestation durchgeführt. Die Bildkoordinaten- 
messungen unter Verwendung von Schwerpunkt- und Ellipsenoperatoren zeigen deutliche Genauigkeits- 
steigerungen und einen erheblich reduzierten Zeitaufwand. Die abschließende graphische Bearbeitung, die 
Darstellung über Gittermaschen und Shadings, erlaubt die Herleitung beliebiger perspektivischer Ansichten, 
Longitudinal- und Lateralschnitte sowie Flächen- und Volumenvergleiche. Neben den angulären und linearen 
Messungen stellt bereits die dreidimensionale Visualisierung ein gutes dokumentarisches Hilfsmittel für die klinische 
Diagnostik dar. 
188 
International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing. Vol. XXXI, Part B5. Vienna 1996 
1. INTRO! 
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