魯 晉 王 亮 王光毅 唐洪泰*

三維人體創(chuàng)面掃描系統(tǒng)在燒傷創(chuàng)面面積評估中的應(yīng)用*

魯 晉①王 亮①王光毅①唐洪泰①*

目的：驗證并研發(fā)一套個體化、經(jīng)濟實用及便攜式的三維人體創(chuàng)面掃描系統(tǒng)。方法：采集第一次前來醫(yī)院就診或第一次換藥時的燒傷患者病例數(shù)據(jù)，采用無菌薄膜勾邊法(A法)與使用BurnCalc掃描方法(B法)在患者身上測得創(chuàng)面面積進行比較。使用配對t檢驗檢測兩種方法結(jié)果的一致性。結(jié)果：A法與B法所測得面積相比，運用配對t檢驗進行統(tǒng)計分析，差異無統(tǒng)計學意義(t=0.54，P＞0.05)，運用B法所測得面積與A法測得面積一致。結(jié)論：BurnCalc掃描系統(tǒng)是一種無創(chuàng)、準確及個體化的三維人體創(chuàng)面掃描系統(tǒng)，可作為一種評價患者燒傷創(chuàng)面面積的通用方法。

三維掃描系統(tǒng)；個體化人體創(chuàng)面模型；無菌薄膜勾邊法；創(chuàng)面面積評估

[First-author's address]Department of Burn Surgery, Insititute of Burns, Changhai Hospital, The Second Military Medical University, Shanghai 200433,China.

在急性或慢性傷口的治療過程中，準確的測量傷口對于評判治療效果和預(yù)期結(jié)局起著至關(guān)重要的作用[1]。準確測量傷口有助于醫(yī)護人員進行傷口評估，監(jiān)測傷口的愈合過程，判斷傷口治療效果，有助于為臨床研究提供基本信息，作為觀察指標用來評價實驗前后的療效[2]。通過傷口測量得出的變化能預(yù)測治療效果，以隨時調(diào)整合適的治療方案[3-5]。

目前，臨床上有眾多的創(chuàng)面面積評估技術(shù)，而較為常用的有直尺法、無菌薄膜勾邊法以及數(shù)碼相機拍照法等[6-9]。然而，對于燒傷面積的計算，這些方法均為粗略的二維估算法，受主觀因素影響較大，因此不能體現(xiàn)客觀個體化差異。由于燒傷創(chuàng)面形狀不規(guī)則和分布不同，創(chuàng)面中各類深度不同，使得不同醫(yī)生對同一創(chuàng)面的判斷及認識有所不同，導致對傷情判斷和治療策略制定上的差異較大，不具有可重復(fù)性和可比性，不能建立統(tǒng)一的評價標準[10]。無菌薄膜勾邊法被認為經(jīng)濟、簡便、直觀、準確且具有可重復(fù)性，適用于一般創(chuàng)面測量，而計算機輔助個體三維燒傷面積計算BurnCalc掃描系統(tǒng)是一種無創(chuàng)、準確及個體化的三維人體創(chuàng)面掃描系統(tǒng)[11-14]。因此，本研究將BurnCalc掃描方法與無菌薄膜勾邊法進行對照，探討一種簡便、高效及精確的燒傷創(chuàng)面面積評估方法。

1 三維人體創(chuàng)面掃描系統(tǒng)

1.1 圖像采集設(shè)備

(1)采用集成彩色攝像機和紅外傳感器于一體的Kinect手持式掃描設(shè)備，該設(shè)備由美國微軟公司于2010年正式上市的一款三維體感攝像頭，通過光編碼結(jié)構(gòu)技術(shù)，可獲得物體三維空間的“體編碼”，能夠獲取周圍物體的深度信息和色彩信息。通過不同角度掃描人體創(chuàng)面表面，每秒獲取1幀圖像，獲得的圖像數(shù)據(jù)立即通過紅外傳輸至電腦進行處理(如圖1所示)。

(2)便攜式人體創(chuàng)面掃描系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)、三維數(shù)據(jù)采集及校準算法構(gòu)成，手持掃描設(shè)備繞行創(chuàng)面，采集帶有深度信息的數(shù)據(jù)，通過特定的標定矩陣校準后獲得三維空間的點云數(shù)據(jù)。

(3)BurnCalc系統(tǒng)采用的手持掃描設(shè)備是微軟公司為XBOX360游戲機開發(fā)的體感外設(shè)Kinect設(shè)備，其配有3個鏡頭，中間鏡頭為RGB VGA攝像頭，分辨率為640×480，左右兩邊鏡頭則分別為紅外線發(fā)射器和紅外線CMOS型攝像頭所構(gòu)成的三維深度感應(yīng)器，分辨率亦為640×480。深度攝像頭采用的是光編碼方法，即利用光線對掃描的空間進行編碼。

(4)通過利用紅外攝像頭發(fā)射點陣，采用普通的CMOS傳感器捕獲該點陣，紅外攝像頭發(fā)射的點陣中有些模式會在整個投影畫面中重復(fù)出現(xiàn)，攝像頭的點陣隨著場景深度的變化而變化。利用這種點陣的模式變化情況可推斷出目標物體或場景各點的深度信息，從Kinect獲得彩色信息和深度信息(如圖2所示)。

圖2 BurnCalc掃描系統(tǒng)工作原理及應(yīng)用現(xiàn)場示圖

(5)從掃描設(shè)備采集的深度信息得到二維深度圖像，為了真實測量人體相關(guān)尺寸和區(qū)域面積，通過掃描設(shè)備預(yù)設(shè)的標定矩陣以及掃描設(shè)備與目標之間的角度關(guān)系，將二維深度圖轉(zhuǎn)化為具有三維坐標信息的點云數(shù)據(jù)。同時，為了在模型上便于用戶尋找特定的創(chuàng)面區(qū)域，需采集彩色信息。從掃描設(shè)備采集的彩色信息是普通二維圖像，將彩色圖像和轉(zhuǎn)化的點云數(shù)據(jù)進行匹配以得到具有彩色信息的三維點云數(shù)據(jù)。

1.2 創(chuàng)面三維重建

通過Kinect采集的圖像信息進行三維轉(zhuǎn)換重建，其細膩度和精度與采集圖片數(shù)量成正比，去除背景及降噪后最終得到個體化三維模型，通過模型計算得出系列創(chuàng)面數(shù)據(jù)。

1.3 可視化三維交互顯示系統(tǒng)

三維圖像支持360°旋轉(zhuǎn)、縮放和對比調(diào)整等性能，實現(xiàn)多角度、多層次和多方位的觀察和分析，所獲電子信息方便保存、輸出和轉(zhuǎn)換。在獲取三維創(chuàng)面模型后，通過可視化平臺將模型顯示并提供交互操作，在臨床應(yīng)用時可根據(jù)模型上的信息分布和指定區(qū)域交與系統(tǒng)處理，以計算指定創(chuàng)面區(qū)域的面積。

2 資料與方法

2.1 一般資料

選取2015年1月至2015年6月就診于長海醫(yī)院的30例燒傷患者，采集患者第一次就診或第一次換藥時的病例資料數(shù)據(jù)。該項試驗研究經(jīng)長海醫(yī)院倫理委員會批準。

2.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①診斷淺Ⅱ度及以上燒傷患者；②根據(jù)國家藥物臨床試驗管理規(guī)范(good clinical practice，GCP)規(guī)定，獲取知情同意并已簽署知情同意書者。

(2)排除標準：①患有精神疾病，包括嚴重的癔癥；②不具備自主能力；③妊娠、哺乳期或準備妊娠婦女；④有中風或伴有肢體皮膚植物神經(jīng)功能障礙等疾?。虎萁?個月參加過其他臨床試驗研究；⑥據(jù)判斷有可能干擾研究結(jié)果或增加患者風險的任何病史。

2.3 測量技術(shù)方法

(1)無菌薄膜勾邊法。患者充分暴露燒傷創(chuàng)面，將自帶網(wǎng)格的無菌醋酸薄膜—安舒妥傷口愈合快示格膠貼(香港施樂輝有限公司)，緊貼于燒傷創(chuàng)面表面，使整個創(chuàng)面包含在薄膜的邊界之內(nèi)，使用記號筆沿燒傷創(chuàng)面邊緣勾畫出燒傷創(chuàng)面表面輪廓，根據(jù)薄膜自帶的坐標網(wǎng)格面積(每個網(wǎng)格為0.25 cm2)計算出創(chuàng)面的面積。對于更大的創(chuàng)面，使用數(shù)張薄膜連接在一起，覆蓋整個創(chuàng)面區(qū)域后分別計算每張薄膜標記區(qū)域的面積，相加后得出創(chuàng)面的總面積[15-18]。

(2)BurnCalc掃描與測量方法。BurnCalc掃描系統(tǒng)的掃描方法由便攜式創(chuàng)面掃描系統(tǒng)、三維創(chuàng)面模型及交互式創(chuàng)面面積估算3部分組成[10]?；颊哂诘谝淮尉驮\或者第一次換藥時使用無菌薄膜勾邊法和BurnCalc掃描兩種測量方法進行測量，在去除外敷料和清創(chuàng)后開始測量，兩種方法無嚴格順序要求。記錄每種測量結(jié)果的數(shù)據(jù)并進行分析，測量數(shù)據(jù)單位為cm2，當患者為多處創(chuàng)面時分開測量每處創(chuàng)面后再計算總面積。

(3)研究方法。使用BurnCalc掃描方法在30例患者身上測得燒傷面積與無菌薄膜勾邊法測得創(chuàng)面面積進行比較。分別使用BurnCalc掃描方法及無菌薄膜勾邊法測量得出患者創(chuàng)面面積，使用統(tǒng)計學配對t檢驗分析兩者數(shù)據(jù)之間的一致性。

2.4 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 19.0(IBM美國)進行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)全部服從正態(tài)分布。BurnCalc掃描方法與無菌薄膜勾邊法之間比較使用配對t檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

3 結(jié)果

采用無菌薄膜勾邊法和BurnCalc掃描方法對30例患者進行燒傷面積測量(如圖2所示)，對兩種測量所得面積進行比較，運用配對t檢驗進行統(tǒng)計分析，其結(jié)果差異無統(tǒng)計學意義(t=0.54，P＞0.05)，兩種方法測得面積一致，如圖3所示。

圖3 無菌薄膜勾邊法描繪結(jié)果示圖

4 討論

燒傷患者創(chuàng)面面積的評估一直以來都是臨床工作至關(guān)重要的部分，傳統(tǒng)面積估算方法存在較多缺陷，但由于技術(shù)手段的制約，多年來無較大改進，一直沿用至今。無菌薄膜勾邊法在臨床工作中較為常用，但該方法使用難點在于由于薄膜之下的邊緣模糊不清，導致難以識別傷口邊緣，因此常取決于測量者主觀的判斷。研究顯示，測量誤差主要來源于傷口邊緣的判斷，而不是在對已經(jīng)描記好的面積的計算過程中。薄膜遇上濕潤的傷口變硬，使薄膜與傷口不貼合，同時薄膜接觸到傷口，可增加傷口污染風險，傷口創(chuàng)面破壞引起患者不舒適和疼痛[11,14-16]。BurnCalc掃描方法是在獨立的大型處理二維和(或)三維圖像和點云數(shù)據(jù)(point cloud library，PCL)開源工程的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的一個可視化平臺，通過提供對三維創(chuàng)面模型的任意放大、縮小、360o旋轉(zhuǎn)以及對比調(diào)整等處理，便于從多角度、多層次和多方位進行觀察分析，彌補成像設(shè)備在成像上的不足，為進一步的創(chuàng)面面積分布分析提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本研究結(jié)果表明，無菌薄膜勾邊法測量所得面積與BurnCalc掃描方法測量所得面積的比較結(jié)果具有一致性。

5 結(jié)語

BurnCalc掃描系統(tǒng)是一種無創(chuàng)、準確及個體化的三維創(chuàng)面掃描系統(tǒng)，其成本低廉、操作方便，能夠克服以往掃描設(shè)備的不足，可極大減少臨床工作量，提高工作效率。穩(wěn)定和準確的測量結(jié)果表明，BurnCalc掃描系統(tǒng)可被視為臨床評估燒傷創(chuàng)面面積的新方法。

目前，該系統(tǒng)因圖像信息采集設(shè)備Kinect采集到的圖像信息分辨率較低，還不能準確區(qū)分創(chuàng)面深度信息，故需要在日后的工作中進一步優(yōu)化系統(tǒng)，開發(fā)一套可同時精確評估創(chuàng)面面積信息及深度信息的個體化三維創(chuàng)面掃描系統(tǒng)。

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Research on application of individual three-dimensional BurnCalc system in the assessment of burn area measurement/

LU Jin, WANG Liang , WANG Guang-yi, et al//
China Medical Equipment,2015,12(12):1-4.

Objective:To test and develop an individual, economical, practical and portable wound scanning system.Methods:Burn patients treated in hospital from January 2015 to June 2015 were selected as samples, the data was collected during first visit to the patient or when the first dressing acquisition. Wounds were measured and compared in patients with burns by Transparency tracing method (A method) and BurnCalc scanning method (B method).Results:Compared to the area of A method and B method, paired t test was used for statistical analysis, the conclusion has not statistic significance(t=0.54, P＞0.05), there was not statistically significant, the area is considered the same from A method and B method.Conclusion:BurnCalc scanning system is a noninvasive, accurate, individualized 3D wound scanning system, it can be an general method for the evaluation of wound area.

Three-dimensional scanning; Individualized wound model; Transparency tracing method; Burn area measurement

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.12.001

1672-8270(2015)12-0001-04

R197.324

A

2015-08-21

國家自然科學基金(81372057)“計算機輔助個體化人體3D模型的建立及其在燒傷面積評估中的應(yīng)用”

①第二軍醫(yī)大學長海醫(yī)院燒傷外科全軍燒傷研究所 上海 200433

*通訊作者：drtanght@163.com

魯晉,男,(1988- ),碩士研究生。第二軍醫(yī)大學長海醫(yī)院燒傷外科全軍燒傷研究所，從事燒傷及創(chuàng)傷創(chuàng)面的測量與評估。