三维人体创面扫描系统在烧伤创面面积评估中的应用*

2015-03-04王光毅唐洪泰

中国医学装备 2015年12期

鲁晋王亮王光毅唐洪泰*

鲁晋①王亮①王光毅①唐洪泰①*

目的：验证并研发一套个体化、经济实用及便携式的三维人体创面扫描系统。方法：采集第一次前来医院就诊或第一次换药时的烧伤患者病例数据，采用无菌薄膜勾边法(A法)与使用BurnCalc扫描方法(B法)在患者身上测得创面面积进行比较。使用配对t检验检测两种方法结果的一致性。结果：A法与B法所测得面积相比，运用配对t检验进行统计分析，差异无统计学意义(t=0.54，P＞0.05)，运用B法所测得面积与A法测得面积一致。结论：BurnCalc扫描系统是一种无创、准确及个体化的三维人体创面扫描系统，可作为一种评价患者烧伤创面面积的通用方法。

三维扫描系统；个体化人体创面模型；无菌薄膜勾边法；创面面积评估

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

在急性或慢性伤口的治疗过程中，准确的测量伤口对于评判治疗效果和预期结局起着至关重要的作用[1]。准确测量伤口有助于医护人员进行伤口评估，监测伤口的愈合过程，判断伤口治疗效果，有助于为临床研究提供基本信息，作为观察指标用来评价实验前后的疗效[2]。通过伤口测量得出的变化能预测治疗效果，以随时调整合适的治疗方案[3-5]。

目前，临床上有众多的创面面积评估技术，而较为常用的有直尺法、无菌薄膜勾边法以及数码相机拍照法等[6-9]。然而，对于烧伤面积的计算，这些方法均为粗略的二维估算法，受主观因素影响较大，因此不能体现客观个体化差异。由于烧伤创面形状不规则和分布不同，创面中各类深度不同，使得不同医生对同一创面的判断及认识有所不同，导致对伤情判断和治疗策略制定上的差异较大，不具有可重复性和可比性，不能建立统一的评价标准[10]。无菌薄膜勾边法被认为经济、简便、直观、准确且具有可重复性，适用于一般创面测量，而计算机辅助个体三维烧伤面积计算BurnCalc扫描系统是一种无创、准确及个体化的三维人体创面扫描系统[11-14]。因此，本研究将BurnCalc扫描方法与无菌薄膜勾边法进行对照，探讨一种简便、高效及精确的烧伤创面面积评估方法。

1 三维人体创面扫描系统

1.1 图像采集设备

(1)采用集成彩色摄像机和红外传感器于一体的Kinect手持式扫描设备，该设备由美国微软公司于2010年正式上市的一款三维体感摄像头，通过光编码结构技术，可获得物体三维空间的“体编码”，能够获取周围物体的深度信息和色彩信息。通过不同角度扫描人体创面表面，每秒获取1帧图像，获得的图像数据立即通过红外传输至电脑进行处理(如图1所示)。

(2)便携式人体创面扫描系统由硬件系统、三维数据采集及校准算法构成，手持扫描设备绕行创面，采集带有深度信息的数据，通过特定的标定矩阵校准后获得三维空间的点云数据。

(3)BurnCalc系统采用的手持扫描设备是微软公司为XBOX360游戏机开发的体感外设Kinect设备，其配有3个镜头，中间镜头为RGB VGA摄像头，分辨率为640×480，左右两边镜头则分别为红外线发射器和红外线CMOS型摄像头所构成的三维深度感应器，分辨率亦为640×480。深度摄像头采用的是光编码方法，即利用光线对扫描的空间进行编码。

(4)通过利用红外摄像头发射点阵，采用普通的CMOS传感器捕获该点阵，红外摄像头发射的点阵中有些模式会在整个投影画面中重复出现，摄像头的点阵随着场景深度的变化而变化。利用这种点阵的模式变化情况可推断出目标物体或场景各点的深度信息，从Kinect获得彩色信息和深度信息(如图2所示)。

图2 BurnCalc扫描系统工作原理及应用现场示图

(5)从扫描设备采集的深度信息得到二维深度图像，为了真实测量人体相关尺寸和区域面积，通过扫描设备预设的标定矩阵以及扫描设备与目标之间的角度关系，将二维深度图转化为具有三维坐标信息的点云数据。同时，为了在模型上便于用户寻找特定的创面区域，需采集彩色信息。从扫描设备采集的彩色信息是普通二维图像，将彩色图像和转化的点云数据进行匹配以得到具有彩色信息的三维点云数据。

1.2 创面三维重建

通过Kinect采集的图像信息进行三维转换重建，其细腻度和精度与采集图片数量成正比，去除背景及降噪后最终得到个体化三维模型，通过模型计算得出系列创面数据。

1.3 可视化三维交互显示系统

三维图像支持360°旋转、缩放和对比调整等性能，实现多角度、多层次和多方位的观察和分析，所获电子信息方便保存、输出和转换。在获取三维创面模型后，通过可视化平台将模型显示并提供交互操作，在临床应用时可根据模型上的信息分布和指定区域交与系统处理，以计算指定创面区域的面积。

2 资料与方法

2.1 一般资料

选取2015年1月至2015年6月就诊于长海医院的30例烧伤患者，采集患者第一次就诊或第一次换药时的病例资料数据。该项试验研究经长海医院伦理委员会批准。

2.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①诊断浅Ⅱ度及以上烧伤患者；②根据国家药物临床试验管理规范(good clinical practice，GCP)规定，获取知情同意并已签署知情同意书者。

(2)排除标准：①患有精神疾病，包括严重的癔症；②不具备自主能力；③妊娠、哺乳期或准备妊娠妇女；④有中风或伴有肢体皮肤植物神经功能障碍等疾病；⑤近3个月参加过其他临床试验研究；⑥据判断有可能干扰研究结果或增加患者风险的任何病史。

2.3 测量技术方法

(1)无菌薄膜勾边法。患者充分暴露烧伤创面，将自带网格的无菌醋酸薄膜—安舒妥伤口愈合快示格胶贴(香港施乐辉有限公司)，紧贴于烧伤创面表面，使整个创面包含在薄膜的边界之内，使用记号笔沿烧伤创面边缘勾画出烧伤创面表面轮廓，根据薄膜自带的坐标网格面积(每个网格为0.25 cm2)计算出创面的面积。对于更大的创面，使用数张薄膜连接在一起，覆盖整个创面区域后分别计算每张薄膜标记区域的面积，相加后得出创面的总面积[15-18]。

(2)BurnCalc扫描与测量方法。BurnCalc扫描系统的扫描方法由便携式创面扫描系统、三维创面模型及交互式创面面积估算3部分组成[10]。患者于第一次就诊或者第一次换药时使用无菌薄膜勾边法和BurnCalc扫描两种测量方法进行测量，在去除外敷料和清创后开始测量，两种方法无严格顺序要求。记录每种测量结果的数据并进行分析，测量数据单位为cm2，当患者为多处创面时分开测量每处创面后再计算总面积。

(3)研究方法。使用BurnCalc扫描方法在30例患者身上测得烧伤面积与无菌薄膜勾边法测得创面面积进行比较。分别使用BurnCalc扫描方法及无菌薄膜勾边法测量得出患者创面面积，使用统计学配对t检验分析两者数据之间的一致性。

2.4 统计学方法

采用SPSS 19.0(IBM美国)进行数据分析，数据全部服从正态分布。BurnCalc扫描方法与无菌薄膜勾边法之间比较使用配对t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

3 结果

采用无菌薄膜勾边法和BurnCalc扫描方法对30例患者进行烧伤面积测量(如图2所示)，对两种测量所得面积进行比较，运用配对t检验进行统计分析，其结果差异无统计学意义(t=0.54，P＞0.05)，两种方法测得面积一致，如图3所示。

图3 无菌薄膜勾边法描绘结果示图

4 讨论

烧伤患者创面面积的评估一直以来都是临床工作至关重要的部分，传统面积估算方法存在较多缺陷，但由于技术手段的制约，多年来无较大改进，一直沿用至今。无菌薄膜勾边法在临床工作中较为常用，但该方法使用难点在于由于薄膜之下的边缘模糊不清，导致难以识别伤口边缘，因此常取决于测量者主观的判断。研究显示，测量误差主要来源于伤口边缘的判断，而不是在对已经描记好的面积的计算过程中。薄膜遇上湿润的伤口变硬，使薄膜与伤口不贴合，同时薄膜接触到伤口，可增加伤口污染风险，伤口创面破坏引起患者不舒适和疼痛[11,14-16]。BurnCalc扫描方法是在独立的大型处理二维和(或)三维图像和点云数据(point cloud library，PCL)开源工程的基础上实现的一个可视化平台，通过提供对三维创面模型的任意放大、缩小、360o旋转以及对比调整等处理，便于从多角度、多层次和多方位进行观察分析，弥补成像设备在成像上的不足，为进一步的创面面积分布分析提供可靠的基础数据。本研究结果表明，无菌薄膜勾边法测量所得面积与BurnCalc扫描方法测量所得面积的比较结果具有一致性。

5 结语

BurnCalc扫描系统是一种无创、准确及个体化的三维创面扫描系统，其成本低廉、操作方便，能够克服以往扫描设备的不足，可极大减少临床工作量，提高工作效率。稳定和准确的测量结果表明，BurnCalc扫描系统可被视为临床评估烧伤创面面积的新方法。

目前，该系统因图像信息采集设备Kinect采集到的图像信息分辨率较低，还不能准确区分创面深度信息，故需要在日后的工作中进一步优化系统，开发一套可同时精确评估创面面积信息及深度信息的个体化三维创面扫描系统。

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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