三維人體創面掃描系統在燒傷創面面積評估中的應用*

魯 晉 王 亮 王光毅 唐洪泰*

三維人體創面掃描系統在燒傷創面面積評估中的應用*

魯 晉①王 亮①王光毅①唐洪泰①*

目的：驗證并研發一套個體化、經濟實用及便攜式的三維人體創面掃描系統。方法：采集第一次前來醫院就診或第一次換藥時的燒傷患者病例數據，采用無菌薄膜勾邊法(A法)與使用BurnCalc掃描方法(B法)在患者身上測得創面面積進行比較。使用配對t檢驗檢測兩種方法結果的一致性。結果：A法與B法所測得面積相比，運用配對t檢驗進行統計分析，差異無統計學意義(t=0.54，P＞0.05)，運用B法所測得面積與A法測得面積一致。結論：BurnCalc掃描系統是一種無創、準確及個體化的三維人體創面掃描系統，可作為一種評價患者燒傷創面面積的通用方法。

三維掃描系統；個體化人體創面模型；無菌薄膜勾邊法；創面面積評估

[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期結局起著至關重要的作用[1]。準確測量傷口有助于醫護人員進行傷口評估，監測傷口的愈合過程，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測治療效果，以隨時調整合適的治療方案[3-5]。

目前，臨床上有眾多的創面面積評估技術，而較為常用的有直尺法、無菌薄膜勾邊法以及數碼相機拍照法等[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，因此不能體現客觀個體化差異。由于燒傷創面形狀不規則和分布不同，創面中各類深度不同，使得不同醫生對同一創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，不具有可重復性和可比性，不能建立統一的評價標準[10]。無菌薄膜勾邊法被認為經濟、簡便、直觀、準確且具有可重復性，適用于一般創面測量，而計算機輔助個體三維燒傷面積計算BurnCalc掃描系統是一種無創、準確及個體化的三維人體創面掃描系統[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面面積評估方法。

1 三維人體創面掃描系統

1.1 圖像采集設備

(1)采用集成彩色攝像機和紅外傳感器于一體的Kinect手持式掃描設備，該設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，通過光編碼結構技術，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面表面，每秒獲取1幀圖像，獲得的圖像數據立即通過紅外傳輸至電腦進行處理(如圖1所示)。

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

(3)BurnCalc系統采用的手持掃描設備是微軟公司為XBOX360游戲機開發的體感外設Kinect設備，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射器和紅外線CMOS型攝像頭所構成的三維深度感應器，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射點陣，采用普通的CMOS傳感器捕獲該點陣，紅外攝像頭發射的點陣中有些模式會在整個投影畫面中重復出現，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掃描系統工作原理及應用現場示圖

(5)從掃描設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尺寸和區域面積，通過掃描設備預設的標定矩陣以及掃描設備與目標之間的角度關系，將二維深度圖轉化為具有三維坐標信息的點云數據。同時，為了在模型上便于用戶尋找特定的創面區域，需采集彩色信息。從掃描設備采集的彩色信息是普通二維圖像，將彩色圖像和轉化的點云數據進行匹配以得到具有彩色信息的三維點云數據。

1.2 創面三維重建

通過Kinect采集的圖像信息進行三維轉換重建，其細膩度和精度與采集圖片數量成正比，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面數據。

1.3 可視化三維交互顯示系統

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

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據。該項試驗研究經長海醫院倫理委員會批準。

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根據國家藥物臨床試驗管理規范(good clinical practice，GCP)規定，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功能障礙等疾??；⑤近3個月參加過其他臨床試驗研究；⑥據判斷有可能干擾研究結果或增加患者風險的任何病史。

2.3 測量技術方法

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

(2)BurnCalc掃描與測量方法。BurnCalc掃描系統的掃描方法由便攜式創面掃描系統、三維創面模型及交互式創面面積估算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后開始測量，兩種方法無嚴格順序要求。記錄每種測量結果的數據并進行分析，測量數據單位為cm2，當患者為多處創面時分開測量每處創面后再計算總面積。

(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面面積，使用統計學配對t檢驗分析兩者數據之間的一致性。

2.4 統計學方法

采用SPSS 19.0(IBM美國)進行數據分析，數據全部服從正態分布。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為差異有統計學意義。

3 結果

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檢驗進行統計分析，其結果差異無統計學意義(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果示圖

4 討論

燒傷患者創面面積的評估一直以來都是臨床工作至關重要的部分，傳統面積估算方法存在較多缺陷，但由于技術手段的制約，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)三維圖像和點云數據(point cloud library，PCL)開源工程的基礎上實現的一個可視化平臺，通過提供對三維創面模型的任意放大、縮小、360o旋轉以及對比調整等處理，便于從多角度、多層次和多方位進行觀察分析，彌補成像設備在成像上的不足，為進一步的創面面積分布分析提供可靠的基礎數據。本研究結果表明，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果具有一致性。

5 結語

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

目前，該系統因圖像信息采集設備Kinect采集到的圖像信息分辨率較低，還不能準確區分創面深度信息，故需要在日后的工作中進一步優化系統，開發一套可同時精確評估創面面積信息及深度信息的個體化三維創面掃描系統。

[1]Shetty R,Sreekar H,Lamba S,et a1.A novel and accurate technique of photographic wound measurement[J].Indian J Plast Surg,2012,45(2): 425-429.

[2]Flanagan M.Wound measurement:can it help us to monitor progression to healing[J].J Wound Care,2003,12(5):189-194.

[3]Gethin G,Cowman S.Wound measurement comparing the use of acetate tracings and Visitrak digital planimetry[J].J Clin Nurs,2006, 15(4):422-427.

[4]Lagan KM,Dusoir AE,McDonough SM,et al. Wound measurement:the comparative rel iabil ity of direct versus photographic tracings analyzed by planimetry versus digitizing techniques[J].Arch Phys Med Rehabil,2000, 81(8):1110-1116.

[5]Haghpanah S,Bogie K,Wang X,et al.Rel iabil ity of electronic versus manual wound measurement techniques[J].Arch Phys Med Rehabil,2006,87(10): 1396-1402.

[6]Treuillet S,Albouy B,Lucas Y.Three-dimensional assessment of skin wounds using a standard digital camera[J].IEEE Trans Med Imaging,2009, 28(5):752-762.

[7]Irving BA,Weltman JY,Brock DW,et al.NIH ImageJ and Sl ice-O-Matic computed tomography imaging software to quantify soft tissue[J]. Obesity(Silver Spring),2007,15(2):370-376.

[8]Ahn C,Salcido RS.Advances in wound photography and assessment methods[J].Adv Skin Wound Care,2008,21(2):85-93.

[9]Hanson D,Langemo D,Anderson J,et al.Measuring wounds[J].Nursing,2007,37(2):18,21.

[10]Sheng WB,Zeng D,Wan Y,et al.BurnCalc assessment study of computer-aided individual three-dimensional burn area calculation[J].J Transl Med,2014,12:242-253.

[11]王艷,劉關鍵,袁南兵,等.數碼照相結合Image J醫學圖像分析軟件法與無菌薄膜勾邊法測量糖尿病皮膚潰瘍面積的可靠性比較[J].中國修復重建外科雜志, 2008,22(5):563-566.

[12]Shaw J,Hughes CM,Lagan KM,et al.An evaluation of three wound measurement techniques in diabetic foot wounds[J].Diabetes Care,2007,30(10):2641-2642.

[13]Langemo D,Anderson J,Hanson D,et al.Measuring wound length,width,and area:which technique[J]. Adv Skin Wound Care,2008,21(1):42-45.

[14]Molik M,Foltynski P,Ladyzynski P,et al. Comparison of the wound area assessment methods in the diabetic foot syndrome[J]. Biocybernet Biomed Eng,2010,30:3-15.

[15]Foltynski P,Ladyzynski P,Sabilinska S,et al. Accuracy and precision of selected wound area measurement methods in diabetic foot ulceration[J]. Diabetes Technol Ther,2013,15(8):712-721.

[16]Bilgin M,Güne? UY.A comparison of 3 wound measurement techniques: effects of pressure ulcer size and shape[J].J Wound Ostomy Continence Nurs,2013,40(6):590-593.

[17]Griffin JW,Tolley EA,Tooms RE,et al.A comparison of photographic and transparencybased methods for measuring wound surface area[J].Physical Therapy,1993,73(2):117-122.

[18]Lucas C,Classen J,Harrison D,et al.Pressure ulcer surface area measurement using instant fullscale photography and transparency tracings[J]. Adv Skin Wound Care,2002,15(1):17-23.

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用”

①第二軍醫大學長海醫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。第二軍醫大學長海醫院燒傷外科全軍燒傷研究所，從事燒傷及創傷創面的測量與評估。