结构光三维扫描技术测量损伤瘢痕的法医学应用

付佳旗，阳紫倩，刘子龙，屈国强，李中伟，詹国敏，陈晓瑞，邹宜林

（1.华中科技大学同济医学院法医学系，湖北 武汉 430030；2.湖北崇新司法鉴定中心，湖北 武汉 430415；3.华中科技大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430074；4.宜都明信法医司法鉴定所，湖北 宜昌 443300）

准确测量软组织损伤的创口、创面以及遗留瘢痕的长度、面积对评定损伤程度及残疾程度非常重要。在鉴定实践中，一般采用直尺、软尺以及薄膜描记结合坐标纸等常规方法测量，费时费力且需要接触皮肤，对于新鲜创口存在增加感染的风险，也难以保存测量时的实际状况随着软组织修复，原测量结果可能不具备复核的条件，导致当事方对鉴定意见提出异议。对于跨部位或不规则的大面积瘢痕测量常采用薄膜描记结合坐标纸法、九分法、手掌法以及像素法[1-2]，不仅操作繁琐，而且易受测量者主观因素的影响，人为误差较大，备受质疑且易引起纠纷。研究结果[3-5]发现，九分法与手掌法容易高估真实的损伤面积，在曲率变化较大的部位（如颜面部、颌颈部等）像素法测量结果误差较大。因此，准确测量瘢痕的长度和面积一直是法医临床学的难题。

近年来，三维扫描技术快速发展，被广泛应用于机械制造，因其具有准确性、高保真性及可存储性等特点，在面部整形、耳郭损伤等医学领域的应用也日益受到重视[6-8]。本研究采用结构光三维（structuredlight three-dimensional，SL-3D）扫描技术对模拟瘢痕及伤后瘢痕进行测量，并与常规测量方法进行比较，以验证其在法医学领域的准确性和应用价值。

1 对象与方法

1.1 材料与设备

坐标纸（25cm×35cm），FH-150型数显游标卡尺（无锡凯保鼎工具有限公司），Canon EOS 700D单反相机（日本Canon公司），Adobe Photoshop 7.0软件（美国Adobe公司），Geomagic Studio 2015软件（美国Geomagic公司）。

PowerScan-Ⅱ双目标准型三维扫描仪（武汉惟景三维科技有限公司），分辨率为130万像素，测量点距为0.156～0.313mm，测量精度为±0.030mm，单幅测量时间≤3s，单幅测量范围为200mm×160mm～400mm×320mm（可调节）。

1.2 SL-3D测量原理

测量时使用数字光栅投影装置向被测物体投射一系列相移光栅图像，由高品质工业相机同步采集经物体表面调制而变形的相移光栅图像，然后进行相位计算和三维重建等处理，得到被测物表面的三维点云数据，再利用Geomagic Studio软件基于瘢痕和正常皮肤的颜色差异提取瘢痕边缘并计算长度和面积（图1）。

1.3 研究对象

1.3.1 模拟条状及片状瘢痕

将坐标纸剪成不同长度和面积的条状或片状作为模拟瘢痕，分别粘贴于曲率小（6°～12°）的面部和前胸腹部以及曲率大（21°～27°）的颌颈部及肢体跨部位等处。模拟条状瘢痕包括短距离组（1～10cm）和长距离组（15～30cm），各15例。模拟片状瘢痕（如长方形、圆形、三角形及不规则形）包括：（1）形状规则的小面积（＜25 cm2）10例；（2）形状规则的大面积（150～320cm2）15例；（3）形状不规则（138.91～225cm2）10例。

图1 SL-3D测量原理图Fig.1 Schematic diagram of SL-3D measurement

1.3.2 伤后条状和片状瘢痕

条状瘢痕50例，来自22名伤者（男性15名，女性7名，年龄20～40岁）；片状瘢痕15例，来自15名伤者（男性9名，女性6名，年龄20～40岁）。均为湖北同济法医司法鉴定中心受理的案件，测量前告知伤者研究目的并签署知情同意书。

1.3.3 实际复杂案例应用

男性，45岁，身高161cm，体质量65kg，被硫酸烧伤右肩及前胸腹部，需行残疾程度评定。查体：右肩部至胸腹部可见大面积烧伤瘢痕。根据成人体表面积计算公式：体表面积（m2）=0.006 1×身高（cm）+0.012 8×体质量（kg）-0.152 9[9]，伤者全身体表面积为16612cm2。

1.4 研究方法

1.4.1 对于条状瘢痕

将已知长度（即标准长度）的模拟条状瘢痕贴纸粘贴于人体模型面部、前胸腹部、颌颈部及肢体跨部位等处采用软尺（常规测量）和SL-3D测量法分别测量长度。

伤后条状瘢痕（分布于面部、颈部、躯干和四肢等处）的长度以游标卡尺+细线法测量结果作为标准长度。由2名操作人员（A和B）分别使用SL-3D测量法对50例伤后条状瘢痕进行测量，操作人员B 1周后再对50例瘢痕重复测量1次。SL-3D测量数据均取3次测量的平均值。

1.4.2 对于片状瘢痕和实际复杂案例

将已知面积的模拟片状瘢痕贴纸粘贴于人体模型不同位置，已知面积即为标准面积。伤后片状瘢痕（分布部位同伤后条状瘢痕）以薄膜描记结合坐标纸法测量的瘢痕面积作为标准面积[1]。

对模拟片状瘢痕、伤后片状瘢痕及实际硫酸烧伤案例的瘢痕分别采用像素法[2]、长×宽法及SL-3D扫描法测量其面积。

1.5 统计学处理

采用SPSS 16.0软件对模拟及伤后瘢痕的各组测量值的组间差异进行t检验和方差分析，对操作人员之间及重测的数据进行组内相关系数（intraclass correlation coefficient，ICC）分析，检验水准α=0.05。

2 结 果

2.1 条状瘢痕的测量

短距离组的常规测量结果与标准长度的差异无统计学意义（P＞0.05），而长距离组的常规测量结果小于标准长度（P＜0.05）。短距离组和长距离组的SL-3D测量结果与标准长度的差异均无统计学意义（P＞0.05），详见表1。

表1 常规测量与SL-3D扫描测量模拟条状瘢痕长度的结果比较Tab.1 Comparison of the length of simulated strip scar by conventional and SL-3D measurement methods（n=15，±s，cm）

表1 常规测量与SL-3D扫描测量模拟条状瘢痕长度的结果比较Tab.1 Comparison of the length of simulated strip scar by conventional and SL-3D measurement methods（n=15，±s，cm）

注：1）与相同距离标准长度比较，P＜0.05。

长距离2 2.3 7±4.3 7 2 0.9 3±4.1 1 1）2 2.2 8±4.1 8方法标准长度常规测量S L-3 D测量短距离5.8 7±2.5 4 5.8 4±2.4 5 5.8 9±2.5 7

2.2 片状瘢痕面积的测量

2.2.1 小面积形状规则模拟片状瘢痕

使用像素法、长×宽法和SL-3D测量法测量曲率小、规则的小片状模拟瘢痕面积时，各测量面积与标准面积之间差异均无统计学意义（P＞0.05），详见表2。

表2 3种方法对形状规则模拟片状瘢痕面积测量结果的比较Tab.2 Comparison of measurement results of regular shape simulated sheet scar area by three methods（±s，cm2）

表2 3种方法对形状规则模拟片状瘢痕面积测量结果的比较Tab.2 Comparison of measurement results of regular shape simulated sheet scar area by three methods（±s，cm2）

注：1）与相同面积标准面积比较，P＜0.05。

大面积（n=1 5）方法 小面积（n=1 0）2 0 9.9 3±4 3.4 6 1 9 2.1 7±3 9.4 2 1）2 1 1.1 3±4 5.0 1 2 0 9.7 3±4 2.5 9标准面积像素法长×宽法S L-3 D测量法1 6.4 2±5.6 2 1 6.3 4±5.6 1 1 6.5 3±5.5 7 1 6.3 6±5.6 8

2.2.2 大面积形状规则模拟片状瘢痕

对于曲率大的躯干和四肢等部位较大片状规则瘢痕，像素法测量的面积低于标准面积（P＜0.05），长×宽法和SL-3D测量法获得的面积与标准面积之间差异无统计学意义（P＞0.05），详见表2。

2.2.3 3种方法对不规则片状瘢痕面积的测量

在表面曲率较大、形状不规则模拟片状瘢痕与伤后片状瘢痕的面积测量中：像素法测量的面积均小于标准面积（P＜0.05）；长×宽法测量的面积均大于标准面积（P＜0.05）；SL-3D测量法测量的面积与标准面积接近，两者间差异均无统计学意义（P＞0.05）。详见表3。

表3 3种方法对不规则片状瘢痕面积测量结果的比较Tab.3 Comparison of measurement results of irregular sheet scar area by three methods（±s，cm2）

表3 3种方法对不规则片状瘢痕面积测量结果的比较Tab.3 Comparison of measurement results of irregular sheet scar area by three methods（±s，cm2）

注：1）与相同瘢痕标准面积比较，P＜0.05。

伤后片状瘢痕（n=1 5）1 8 2.7 3±2 9.6 6 1 7 1.1 9±2 4.8 2 1 5 9.3 1±2 4.5 6 1）1 4 7.4 7±2 0.9 1 1）1 9 2.5 0±3 3.1 0 1）1 8 0.4 7±2 5.7 7 1）1 8 2.4 0±3 2.0 3 1 7 0.3 4±2 3.8 8标准面积像素法长×宽法S L-3 D测量法方法不规则模拟片状瘢痕（n=1 0）

2.3 SL-3D测量法的信度检验

50例伤后条状瘢痕标准长度的均值为（115.34±58.57）cm，A、B两名操作人员采用SL-3D测量法测得结果的均值分别为（111.11±58.00）cm、（111.96±57.05）cm，操作人员B重复测量结果均值为（111.75±57.19）cm。

对两名操作者的测量结果与标准长度进行相关性分析，ICC 均为 0.996（95%CI为 0.993～0.998），两名操作者测量结果间ICC为0.998（95%CI为0.997～0.999），同一操作者两次测量结果间ICC为1.000（95%CI为0.999～1.000）。

2.4 实际复杂案例测量结果

采用薄膜描记结合坐标纸法测得的瘢痕面积为806.54 cm2，占体表面积的4.86%；像素法（图2A）测得的面积为636.08 cm2，占体表面积的3.83%；长×宽法测得的面积为937.20 cm2（35.5 cm×26.4 cm），占体表面积的5.64%；SL-3D测量法（图2B）测得的面积为770.59cm2，占体表面积的4.64%。

根据《人体损伤致残程度分级》第5.10.7 2）条“皮肤瘢痕形成达体表面积4%”[9]之规定，按照薄膜描记结合坐标纸法、长×宽法及SL-3D测量法计算结果，被鉴定人应评定为十级残疾，而采用像素法，被鉴定人未构成残疾。

图2 像素法（A）和SL-3D法（B）测量片状瘢痕面积Fig.2 Measurement of area of patchy scars by pixel method（A）and SL-3D method（B）

3 讨 论

机械性损伤、理化因素等引起皮肤软组织损伤累及真皮层时可遗留不同形态的皮肤瘢痕。在鉴定实践中，手工测量体表瘢痕的长度和面积的准确性与测量者的技术娴熟程度、被测者的姿势、软组织伸展程度等因素有关[10]。研究亦发现，运用坐标纸读取法、AutoCAD像素法及Photoshop像素法等对不规则瘢痕面积进行测量时，在不同测量时间、同一人多次重复性及多人测量可重复性上存在差异[11]。国内外学者采用三维测量技术对尸体颅面部、石膏模型颜面部及人体模型头部进行测量的研究结果[12-14]表明，三维测量技术应用于体表特征的测量具有明显的优势。

本研究发现，利用软尺与SL-3D测量法测量短距离模拟条状瘢痕和伤后条状瘢痕时，差异较小；但采用软尺常规测量长距离、跨部位瘢痕模拟条状瘢痕时，测量结果小于标准长度，分析其原因系头面部长距离的条状瘢痕多为形状不规则、走行区域曲率变化大、软组织易受压迫发生变形等，故手动测量时易出现人为操作误差，而SL-3D测量法可非接触式获取瘢痕的三维立体信息，不受部位和曲率的影响，精确计算条状瘢痕的曲面长度。

本研究结果表明，对小片状规则瘢痕，采用像素法、长×宽法及SL-3D测量法测量的结果均较准确。对曲率较大的大片状规则瘢痕而言，长×宽法和SL-3D测量法较少受体表曲率的影响，瘢痕面积的测量结果更为准确，像素法在测量此种瘢痕时存在低估的风险，分析原因系大面积模拟片状瘢痕贴于体表不同部位，面积较大的瘢痕走行区域不完全在同一平面，像素法只能获取体表二维信息，测量结果受人体表面曲率的影响而误差增大。在表面曲率较大的大面积不规则片状瘢痕测量中，像素法测量结果偏低，长×宽法测量结果偏高，SL-3D测量法更为准确可靠。

本研究的不同操作者或同一操作者两次采用SL-3D测量法测量瘢痕的结果呈高度相关，具有很好的一致性与重测信度，与国内外相关研究结果[12-14]一致，说明该方法的测量结果不受操作者及测量时间点变化的影响。

本研究将SL-3D测量技术应用于活体瘢痕的测量，证实该方法具有稳定、精确、非接触、扫描快速、数据易于存取且便于日后分析的优势，但其在法医学领域仍处于初步应用阶段，仍然有一些关键性技术尚待改进，如避免运动伪差、减少头部头发等深色吸光表面噪声干扰、瘢痕边缘快速自动侦测等。此外，本研究采用的PowerScan-Ⅱ双目标准型三维扫描仪体积较大，光源为普通白光，较为刺眼，亦存在一定的局限性，后期将尝试引入轻便的手持式蓝光三维扫描仪进行瘢痕测量。