استفاده از مدل‌های کامپیوتری سه بعدی صورت در جراحی‌ ترمیمی

به گزارش جی پلاس، یکی از چالش‌های کنونی جراحان پلاستیک این است که مرجع مشخصی برای بازسازی چهره‌ی قومیت‌ها و سن‌های مختلف در دست ندارند. این یعنی در جراحی‌های ترمیمی کنونی، کارایی اعضای صورت بازمی‌گردد؛ ولی ظاهر آن با ظاهر طبیعی فردی با همان سن و سال و قومیت هم‌خوانی ندارد. هم‌اکنون یک گروه تحقیقاتی از امپریال کالج لندن و بیمارستان عمومی سلطنتی انگلستان از بازدیدکنندگان موزه‌ی علوم درخواست می‌کنند تا برای اسکن چهره‌ داوطلب شوند. این تحقیقات با هدف ساختن یک پایگاه اطلاعاتی از مدل‌های سه بعدی چهره با حالت‌های مختلف، قومیت‌ها و نژادهای مختلف و بازه‌ی سنی وسیع صورت می‌گیرد. در نهایت این پایگاه اطلاعاتی به جراحان پلاستیک به ترمیم صورت با کارایی صحیح و همچنین ظاهری کاملا طبیعی کمک خواهد کرد. همچنین این گروه تحقیقاتی کاربردهای دیگری نیز برای این فناوری پیش‌بینی می‌کنند. درک بهتر فرایند تکامل انسان، سازوکار دستگاه‌های دروغ‌سنجی و حتی کمک به کودکان مبتلا به اوتیسم، از جمله‌ی این کاربردها هستند.

این پروژه ابتدا در سال ۲۰۱۲ با مشارکت بیمارستان بزرگ اورموند و تحت سرپرستی دکتر دیوید دوناوی کلید خورد. در این پروژه ۱۲,۰۰۰۰ داوطلب از بین بازدیدکنندگان موزه‌ی علوم با سنین و قومیت‌های مختلف مورد اسکن چهره (بدون داشتن حالت خاصی مانند اخم یا لبخند) قرار گرفتند.

گروهی که در سال ۲۰۱۷ در حال بررسی و اسکن چهره‌ی داوطلبان هستند، حالت‌هایی مانند خشم و ناراحتی و... را نیز به این آزمون اضافه کرده‌اند تا مدل سه‌بعدی کامپیوتری نهایتا بتواند چنین حالت‌هایی را نیز بازسازی کند. دکتر آلن پونیا سرپرست دوم این گروه تحقیقاتی از بیمارستان عموم سلطنتی انگلستان  می‌گوید: هدف ما توسعه‌ی مدل‌های سه بعدی رایانه‌ای است تا به‌عنوان مرجعی برای عمل‌های ترمیمی چهره استفاده شوند. البته هنوز چند سالی با استفاده‌ی عملی این سازوکار در جراحی‌ها فاصله داریم ولی نتایج کنونی بسیار امیدبخش هستند. کاربردهای این پروژه می‌توانند زندگی ما را عوض کنند. برای مثال اگر ما بخواهیم صورت یک دختربچه‌ی ۵ ساله‌ی چینی را بازسازی کنیم، کامپیوتر ما تمامی ابعاد و مشخصات طبیعی مربوط به چنین سن، جنس و قومیتی را در اختیار جراحان می‌گذارد.

این داده‌ها از گروه تحقیقاتی موزه‌ی علوم انگلستان و همچنین گروهی به سرپرستی دکتر استفانوس زایفریودر امپریال کالج گرد هم می‌آیند. برای یک دهه‌ی گذشته، این گروه‌ها سازوکاری ساخته‌اند که هزاران چهره را در چند ساعت بررسی می‌کند. اگر این سازوکار بخواهد توسط انسان اجرا شود، سال‌ها زمان خواهد برد. این برنامه تمام ویژگی‌های چهره از ویژگی‌های بارزی مانند مکان و ابعاد حدقه‌ی چشم‌ها، بینی و پیشانی تا مشخصات جزئی‌تری مانند پوست و حالت گوشه‌‌ی لب‌ها را ثبت و بررسی می‌کند. با کمک‌گیری از مقایسه‌ی مستقیم چنین داده‌هایی، گروه موفق شده است مدلی آماری از یک چهره‌ی کاملا متوسط در سنین مختلف و قومیت‌های مختلف به دست آورد.

از داوطلبان موزه‌ی علوم در آزمون جدید خواسته می‌شود حالت‌های مختلفی شامل بیزاری، خشم، ترس، غم، تعجب و درد را نیز به‌ خود بگیرند. همچنین از آن‌ها خواسته می‌شود لب‌هایشان را غنچه کنند، پره‌های بینی خود را باز کنند یا لپ‌هایشان را باد کنند! این حرکات از نظر پزشکی با حالات بیماران مبتلا به فلج صورت (facial palsy) بر اثر سکته‌های مختلف مرتبط است.

دکتر زایفریو از گروه کامپیوتر امپریال کالج در این باره می‌گوید: کار کردن با دکتر پونیا در این پروژه یک موقعیت بزرگ بوده است. اکنون ما می‌توانیم انقلابی در جراحی‌های ترمیمی چهره به وجود آوریم. ما نه‌تنها صدها مشخصه‌ی ظاهری چهره را بررسی و ثبت می‌کنیم؛ بلکه مشخصات اجزای زیر پوست مانند استخوان‌ها و ماهیچه‌ها را نیز برای طراحی هرچه واقعی‌تر چهره در نظر می‌گیریم. ما در نظر داریم در آینده بیش از این پیش برویم و از روی ویدئوهای قدیمی، غالب سه‌بعدی صورت افراد را بازسازی کنیم. به این طریق می‌توانیم دقیق‌ترین مدل‌ها را برای عمل جراحی پلاستیک جوان‌سازی افراد از خودشان داشته باشیم. این طبیعی‌ترین چهره‌ی ممکن از آن‌ها را در پی خواهد داشت.

کاربردهای جدید این فناوری

کاربردهای این فناوری بسیار بیش از حیطه‌ی پزشکی را در بر خواهند گرفت؛ برای مثال برای توسعه‌ی سیستم‌های تشخیص هویت. دکتر زایفریو در توضیح می‌گوید: برای مثال خود من با تصویرم در گواهی‌نامه‌ام زمین تا آسمان فرق دارم. این برای کارت‌های شناسایی برای موقعیت‌هایی مانند فرودگاه هم صدق می‌کند. بر اساس این تکنولوژی، یک دوربین می‌تواند گذرنامه یا کارت هویت من را به همراه چهره‌ام اسکن کند و با استفاده از فناوری مدل‌سازی سه‌بعدی چهره‌ی جوان‌تر یا مسن‌تر من را تشخیص دهد. کمک به کودکان مبتلا به اوتیسم نیز یک کاربرد دیگر است. برخی از این کودکان در تشخیص حالت چهره‌ی افراد و مرتبط کردن آن با احساسات آن‌ها مانند شادی یا ناراحتی مشکل دارند. برخی نیز نمی‌توانند احساسات خود را بروز دهند. بر اساس این فناوری، پدر و مادر این کودکان می‌توانند یک برنامه‌ی کاربردی روی گوشی خود نصب کنند و با اسکن چهره‌ی کودکشان با دوربین موبایل و سپس آنالیز آن توسط برنامه‌ی ما، متوجه حالت احساسی کودکشان بشوند. این کار به‌صورت عکس برای کودکان اوتیسمی برای درک حالات چهره‌ی دیگران نیز ممکن است.

کاربرد دیگر در دروغ‌سنجی است. در این کاربرد یک دوربین، تمام حالات چهره‌ی یک فرد را در مقیاس میکرو اسکن می‌کند و مشخص می‌کند که فرد چه زمانی در حال دروغ گفتن است.

همچنین گروه تحقیقاتی بر این باورند که می‌توانند با استفاده از فناوری اخیر، از برخی رازهای تکامل انسان نیز پرده بردارند. در حال حاضر فرآیند بازسازی چهره‌ی انسان‌های اولیه از روی قطعات استخوان‌های جمجمه‌ی باقی‌مانده، کاری بسیار زمان‌بر و طاقت‌فرسا است. با اسکن این استخوان‌ها و سپردن آن‌ها به این فناوری، می‌توان ظرف چند دقیقه یک چهره‌ی ماقبل تاریخ را بازسازی کرد. با این روش می‌توان خط سیر زمانی و تأثیر آن بر تکامل چهره‌ی انسان‌ها را بسیار راحت‌تر و دقیق‌تر بررسی کرد.