便携式高精度三维扫描仪在瘢痕量化评估中的应用——附10例瘢痕疙瘩临床报告

沈丹枫　施远　夏玲玲　高振　武晓莉　刘伟



便携式高精度三维扫描仪在瘢痕量化评估中的应用——附10例瘢痕疙瘩临床报告

沈丹枫施远夏玲玲高振武晓莉刘伟

【摘要】目的探讨便携式高精度三维扫描仪在瘢痕量化评估中的应用前景和可行性。方法2015年4月至11月，随机选取10名瘢痕疙瘩患者，运用便携式高精度三维扫描仪对其病灶进行扫描，对瘢痕疙瘩的相关属性进行定量检测及分析，并将结果与手工测量数据进行相关性分析与差异分析。结果三维扫描的瘢痕长宽数据与手工测量数据相关性显著；手工测量值与3D扫描值存在显著差异（P＜0.05）。结论便携式高精度三维扫描仪能通过三维重建显示瘢痕外观特征，并有效进行定量分析，有望应用于瘢痕的诊断和疗效评估中。

【关键词】三维扫描瘢痕量化评估

【Key word】3D scanning;Scar;Quantitative assessment

瘢痕是包括普通瘢痕、萎缩性瘢痕、增生性瘢痕和瘢痕疙瘩。瘢痕疙瘩作为病理性瘢痕的典型代表，在诊断、治疗及疗效评估方面仍存在较大的缺陷。

传统的瘢痕评估主要以主观评价为主。温哥华评分（VSS，Vancouver Scar Scale）通过对瘢痕的色泽、血管分布、厚度和柔软度4个方面进行判断、评分和半定量分析[1]，目前广泛应用于各种瘢痕的临床研究，但该方法仍无法排除测量过程中的人为主观性。综合评估量表（POSAS，Patient and Observer Assessment Scale）结合了患者对瘢痕治疗效果的自我评价与医师的评估，更好地避免了医师评估的主观性[2]。但是，瘢痕治疗的疗程长，变化缓慢细微，无论是患者和医师，都很难准确回忆整个治疗过程中的变化，而二维图像又无法观察瘢痕高度的变化。因此，也有采用游标卡尺或螺旋测微器来测量瘢痕高度[3]，或用比色剂测量瘢痕的颜色[4]，以尽量客观评估瘢痕。这些手段虽然相对客观地描绘了瘢痕某一方面的性质，但仍然无法排除测量过程中的人为误差。例如，瘢痕的表面高低错落，导致不同区域的瘢痕高度不同，无法通过人工来实现精确测量，另外瘢痕体积的不规则也导致无法采用人工进行测量。

在瘢痕疙瘩的研究中，疗效的评估成为最为困难的环节，评价标准各不相同，有的采用瘢痕的高度，有的采用各类量表，量表中有的只采用医师主观的评价[5]，有的是POSAS[6]，有的只采用患者的满意度[7]，还有的则是综合多种标准进行评价[8]，目前尚无法形成统一的衡量标准以评价疗效[9-10]。

三维扫描（3D scanning）可立体地测量和定量分析瘢痕病灶的体积、高度、宽度和长度等各项指标，并可重建瘢痕病灶的三维图像[11-12]。我们采用高分辨率工业用便携式3D扫描仪，探索瘢痕疙瘩3D测量和定量分析的可行性，以评估其在瘢痕客观定量分析中的应用前景。

1　材料与方法

1.1器材

便携式3D扫描仪（Creaform，Quebec，Canada），扫描软件为VXelements 4.0（Creaform，Quebec，Canada），计算软件为GeoMagic Studio 2014（Research Triangle Park，NC，USA）。

1.2患者资料

10例瘢痕疙瘩患者，均来自我科瘢痕专科门诊，平均年龄34.4±11.2岁；其中男性3例，女性7例，病程1.5～15年。病因为痤疮、手术、自发和皮损。瘢痕部位：胸部6例，肩背部3例，下腹部1例。获患者知情同意。

1.3操作方法

室内采用标准摄像灯照明环境，患者暴露瘢痕部位，扫描时保持静止不动，由操作人员进行扫描并将扫描数据保存于电脑中，然后通过图形软件进行瘢痕各项属性的分析和三维重建。扫描完成后，使用单反相机记录患者的瘢痕图像，并用直尺手工测量瘢痕的长与宽，并记录于病史上。

1.3.13D扫描仪测量过程

通过系统携带的多个探头，可从不同方向对瘢痕病灶进行测量，扫描结果不会受到与患者体表距离的影响，一般扫描头离开患者体表约35～50 cm。对于表面较平坦的小块瘢痕扫描速度较快，约15 sec即可完成；而表面粗糙不整的瘢痕或具有表面弧度的瘢痕病灶，其扫描时间取决于部位的复杂程度，由数十秒至数分钟不等。扫描过程中，图像在电脑屏幕中可实时显示，数据在扫描结束后存储在硬盘中等待处理。完成扫描和存储数据后，可利用3D图形处理软件对扫描图像进行处理和定量分析，如长、宽、高、体积、表面积和底面积等（图1）。

图1　瘢痕三维扫描操作Fig.13D scanning of scar

1.3.2数据处理

首先裁减掉瘢痕边缘多余的毛边、皮肤和衣物，以勾勒出瘢痕的边缘并重建顶部观。利用分析软件可以根据界限外正常皮肤的曲率，在界限内重新拟合出一个曲面，从而模拟出瘢痕底部的面积，它近似于患者未行成疙瘩前正常皮肤的形状，而夹在该曲面和瘢痕表面之间的空间就是瘢痕突出体表的部分；也可以通过软件重建出三个维度的自由旋转瘢痕外观，根据平整度的改变与颜色的改变来观察瘢痕与正常皮肤的界限。通过模拟工业软件分析的等高线可以定量分析出瘢痕的高度，其红色程度与高度成正比（图2）。

图2　数据处理Fig.2Image processing

1.3.3定量分析

可在模型中任意选取所要观测的截面，沿瘢痕长轴和短轴截取后，测量首尾之间的直线距离便能测出瘢痕的长和宽，而体积则根据之前拟合的模型自动得出（图3）。

图3　瘢痕指标定量分析Fig.3Quantitative analysis of a scanned scar

1.3.4统计学分析

将10例患者瘢痕的人工测量值（长和宽）与3D扫描定量数值（长和宽）进行相关性分析，计算相关系数r与P值，并进行t检验，分析两组测量值之间的差异，P＜0.05为差异有统计学意义。

另有1例患者接受局部胶布压迫治疗3个月，瘢痕治疗前后分别进行3D扫描，通过测量治疗前后等高线的差异来反应治疗前后的变化。

2　结果

2.13D扫描数据与手工测量数据的相关性分析

我们对10例患者的瘢痕疙瘩进行了人工测量（长、宽）和3D定量测量（长、宽和体积），我们将手测的瘢痕长度、宽度与3D扫描仪测量值进行了配对，线性回归分析显示两者存在明显的相关性，相关系数r=0.966，P＜0.01（图4）。

2.23D扫描数据与手工测量数据的t检验分析

手工测量瘢痕病灶长度为（46±19.3）mm，宽度（22.5±14.4）mm；3D扫描长度为（52.5±20.5）mm，宽度为（27.1±13.9）mm。t检验结果显示，手工测量值与3D扫描值存在显著性差异。

图4　10名患者瘢痕3D扫描值与手工测量值的线性回归曲线Fig.4Linear regression curve comparing manual measurement with 3D scanning

2.3利用等高线评估瘢痕萎缩程度

本组中有1例患者接受了外用胶布压迫治疗3个月。通过比较治疗前后瘢痕疙瘩的等高线图（图5），可以发现，治疗后瘢痕的等高图中红色部分明显减少，绿色部分增加，提示治疗后瘢痕高度降低，比较直观地反映出瘢痕萎缩的程度。同样，也可以逐个计算瘢痕体积，然后通过比较瘢痕治疗前后的体积差来反映疗效。

图5　三维扫描等高线图用于瘢痕高度评估Fig.5Evaluation of scar height with contour line

3　讨论

近20年来，瘢痕领域出现了各种新兴的治疗方法，但对治疗效果的客观的定量分析方法一直落后于治疗技术的发展，阻碍了疗效判断和治疗技术的进一步发展。因此，建立可排除主观因素并具有客观与定量分析能力的瘢痕评估技术具有重要的价值。

长期以来，临床上客观记录瘢痕的常规手段首选单反相机，但由于光线、拍摄距离以及拍摄角度等因素的变动，测量数值的客观性受到影响；并且，照片只能提供二维信息，无法反应瘢痕高度的情况，所以对瘢痕的评估存在很大的局限性。3D扫描测量具有独特的优势，包括：①可三维重建，便于多角度观察；②可以客观地定量分析检测数据，如瘢痕的长、宽、高、体积和底面积等；③提供人工测量所无法获得的数据，如瘢痕不同区域的高度值、瘢痕体表面积和体积等，并计算出平均高度值。3D扫描比相机拍摄更能客观地记录瘢痕，也为评估各种治疗手段的疗效提供了统一的精确的量化指标，使治疗前后具有可比性，有利于指导临床的治疗。

2005年，Taylor等[13]报道了使用非接触式3D扫描仪测量瘢痕体积的尝试。研究发现，评分的自然对数与瘢痕测量值的自然对数存在相关性，相关系数为0.627（P＜0.001）[14]。这表明瘢痕的体积能够被用来评估瘢痕总体的性质，同时也求出了瘢痕评分与测量值之间的转换公式。然而最近的文献显示，该技术很少被应用于瘢痕评估中。可能的原因包括：①限于当时的技术水平，3D扫描仪过于庞大，多为立式不可移动的设备[13，15]，使用不便，同时还需要在光线充足的单间进行测量；②要求扫描仪和被测量者保持静止状态和精确的距离，否则将极大影响测量精度；③后期计算处理繁琐，非一般医务人员所能胜任；④颜色偏差较大，无法反映出瘢痕真实的色泽；⑤无法分析不平整表面的结构。

由于上述缺陷，导致3D扫描技术在临床难以应用，使得瘢痕评估技术停滞不前。随着3D扫描技术的飞速发展，设备日趋小巧，精度更高，对测量环境的要求也逐渐降低，使得临床普遍应用成为可能。

为了评价3D扫描检测数据是否能反映临床实际观察的检测数据，我们对10例瘢痕疙瘩的人工测量和计算机测量数据进行了对比分析，发现两者具有高度的相似性，并有显著的相关性（P＜0.01），表明该3D测量数据能较好反映真实瘢痕的相关数据。在本研究中，我们对扫描的图像进行放大精确定位，所以3D扫描的定量数据略大于人工检测的数据（P＜0.05），进一步提示了客观定量分析的重要性。

综上所述，便携式3D扫描仪的应用，可以摆脱以往评价方法的主观性，使得瘢痕评估更精确和科学，而且不受瘢痕局部解剖部位和结构复杂程度的限制，具有较好的临床应用价值。

我们在使用过程中发现，系统的界面仍然不够友好，使用不够方便，需要专业人员进行专门设置；自动化程度还需要改进，如参数的设置、各种检测指标的自动计算和结果报告；色差的分析和定量结果报告等仍未设计相关软件，且色彩存在一定的失真，无法达到单反相机的水平；系统的计算速度仍有待提高。相信随着相关技术的发展，上述问题将获得解决，设备和软件将进一步优化，从而使得3D扫描可作为临床检测和评估的常规手段。

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Application of Portable 3D Scanner in Quantitative Assessment of Scar in Clinic

SHEN Danfeng,SHI Yuan,XIA Lingling,GAO Zhen,WU Xiaoli,LIU Wei

Department of Plastic and Reconstructive Surgery,Shanghai Ninth People's Hospital,Shanghai Jiaotong University School of Medicine,Shanghai 200011,China.Corresponding author:LIU Wei(E-mail:liuwei_md@126.com).

【Abstract】ObjectiveTo explore the potential and feasibility of portable 3D scanner in quantitative assessment of scar in clinic.MethodsFrom April 2015 to November 2015,10 patients were randomly selected for scar scanning with portable 3D scanner of high resolution.The scanned data were analyzed with specific software for scar quantitative characterization. Correlation and Difference between scanned data and manually measured data were also analyzed.ResultsThe scanned data were significantly correlated with the manually measured data,and the difference was also significant(P＜0.05). ConclusionThe portable 3D scanner with high solution can reliably reveal scar characters via 3D image reconstruction and quantitative analysis,and therefore is possible to become an effective tool for objective and quantitative analysis,and to be applied for scar diagnosis and assessment of clinical therapy.

收稿日期：（2015年12月22日；修回日期：2016年1月19日）

通讯作者：刘伟（E-mail：liuwei_md@126.com）。

基金项目：国家自然基金项目（30872694，81101432）。

doi:10.3969/j.issn.1673-0364.2016.01.010

【中图分类号】R619+.6

【文献标识码】A

【文章编号】1673－0364（2016）01－0037－04

作者单位：200011上海市上海交通大学医学院附属第九人民医院整复外科。