便攜式高精度三維掃描儀在瘢痕量化評估中的應(yīng)用——附10例瘢痕疙瘩臨床報告

沈丹楓　施遠　夏玲玲　高振　武曉莉　劉偉

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便攜式高精度三維掃描儀在瘢痕量化評估中的應(yīng)用——附10例瘢痕疙瘩臨床報告

沈丹楓施遠夏玲玲高振武曉莉劉偉

【摘要】目的探討便攜式高精度三維掃描儀在瘢痕量化評估中的應(yīng)用前景和可行性。方法2015年4月至11月，隨機選取10名瘢痕疙瘩患者，運用便攜式高精度三維掃描儀對其病灶進行掃描，對瘢痕疙瘩的相關(guān)屬性進行定量檢測及分析，并將結(jié)果與手工測量數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析與差異分析。結(jié)果三維掃描的瘢痕長寬數(shù)據(jù)與手工測量數(shù)據(jù)相關(guān)性顯著；手工測量值與3D掃描值存在顯著差異（P＜0.05）。結(jié)論便攜式高精度三維掃描儀能通過三維重建顯示瘢痕外觀特征，并有效進行定量分析，有望應(yīng)用于瘢痕的診斷和療效評估中。

【關(guān)鍵詞】三維掃描瘢痕量化評估

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

瘢痕是包括普通瘢痕、萎縮性瘢痕、增生性瘢痕和瘢痕疙瘩。瘢痕疙瘩作為病理性瘢痕的典型代表，在診斷、治療及療效評估方面仍存在較大的缺陷。

傳統(tǒng)的瘢痕評估主要以主觀評價為主。溫哥華評分（VSS，Vancouver Scar Scale）通過對瘢痕的色澤、血管分布、厚度和柔軟度4個方面進行判斷、評分和半定量分析[1]，目前廣泛應(yīng)用于各種瘢痕的臨床研究，但該方法仍無法排除測量過程中的人為主觀性。綜合評估量表（POSAS，Patient and Observer Assessment Scale）結(jié)合了患者對瘢痕治療效果的自我評價與醫(yī)師的評估，更好地避免了醫(yī)師評估的主觀性[2]。但是，瘢痕治療的療程長，變化緩慢細微，無論是患者和醫(yī)師，都很難準確回憶整個治療過程中的變化，而二維圖像又無法觀察瘢痕高度的變化。因此，也有采用游標卡尺或螺旋測微器來測量瘢痕高度[3]，或用比色劑測量瘢痕的顏色[4]，以盡量客觀評估瘢痕。這些手段雖然相對客觀地描繪了瘢痕某一方面的性質(zhì)，但仍然無法排除測量過程中的人為誤差。例如，瘢痕的表面高低錯落，導(dǎo)致不同區(qū)域的瘢痕高度不同，無法通過人工來實現(xiàn)精確測量，另外瘢痕體積的不規(guī)則也導(dǎo)致無法采用人工進行測量。

在瘢痕疙瘩的研究中，療效的評估成為最為困難的環(huán)節(jié)，評價標準各不相同，有的采用瘢痕的高度，有的采用各類量表，量表中有的只采用醫(yī)師主觀的評價[5]，有的是POSAS[6]，有的只采用患者的滿意度[7]，還有的則是綜合多種標準進行評價[8]，目前尚無法形成統(tǒng)一的衡量標準以評價療效[9-10]。

三維掃描（3D scanning）可立體地測量和定量分析瘢痕病灶的體積、高度、寬度和長度等各項指標，并可重建瘢痕病灶的三維圖像[11-12]。我們采用高分辨率工業(yè)用便攜式3D掃描儀，探索瘢痕疙瘩3D測量和定量分析的可行性，以評估其在瘢痕客觀定量分析中的應(yīng)用前景。

1　材料與方法

1.1器材

便攜式3D掃描儀（Creaform，Quebec，Canada），掃描軟件為VXelements 4.0（Creaform，Quebec，Canada），計算軟件為GeoMagic Studio 2014（Research Triangle Park，NC，USA）。

1.2患者資料

10例瘢痕疙瘩患者，均來自我科瘢痕專科門診，平均年齡34.4±11.2歲；其中男性3例，女性7例，病程1.5～15年。病因為痤瘡、手術(shù)、自發(fā)和皮損。瘢痕部位：胸部6例，肩背部3例，下腹部1例。獲患者知情同意。

1.3操作方法

室內(nèi)采用標準攝像燈照明環(huán)境，患者暴露瘢痕部位，掃描時保持靜止不動，由操作人員進行掃描并將掃描數(shù)據(jù)保存于電腦中，然后通過圖形軟件進行瘢痕各項屬性的分析和三維重建。掃描完成后，使用單反相機記錄患者的瘢痕圖像，并用直尺手工測量瘢痕的長與寬，并記錄于病史上。

1.3.13D掃描儀測量過程

通過系統(tǒng)攜帶的多個探頭，可從不同方向?qū)︸：鄄≡钸M行測量，掃描結(jié)果不會受到與患者體表距離的影響，一般掃描頭離開患者體表約35～50 cm。對于表面較平坦的小塊瘢痕掃描速度較快，約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，其掃描時間取決于部位的復(fù)雜程度，由數(shù)十秒至數(shù)分鐘不等。掃描過程中，圖像在電腦屏幕中可實時顯示，數(shù)據(jù)在掃描結(jié)束后存儲在硬盤中等待處理。完成掃描和存儲數(shù)據(jù)后，可利用3D圖形處理軟件對掃描圖像進行處理和定量分析，如長、寬、高、體積、表面積和底面積等（圖1）。

圖1　瘢痕三維掃描操作Fig.13D scanning of scar

1.3.2數(shù)據(jù)處理

首先裁減掉瘢痕邊緣多余的毛邊、皮膚和衣物，以勾勒出瘢痕的邊緣并重建頂部觀。利用分析軟件可以根據(jù)界限外正常皮膚的曲率，在界限內(nèi)重新擬合出一個曲面，從而模擬出瘢痕底部的面積，它近似于患者未行成疙瘩前正常皮膚的形狀，而夾在該曲面和瘢痕表面之間的空間就是瘢痕突出體表的部分；也可以通過軟件重建出三個維度的自由旋轉(zhuǎn)瘢痕外觀，根據(jù)平整度的改變與顏色的改變來觀察瘢痕與正常皮膚的界限。通過模擬工業(yè)軟件分析的等高線可以定量分析出瘢痕的高度，其紅色程度與高度成正比（圖2）。

圖2　數(shù)據(jù)處理Fig.2Image processing

1.3.3定量分析

可在模型中任意選取所要觀測的截面，沿瘢痕長軸和短軸截取后，測量首尾之間的直線距離便能測出瘢痕的長和寬，而體積則根據(jù)之前擬合的模型自動得出（圖3）。

圖3　瘢痕指標定量分析Fig.3Quantitative analysis of a scanned scar

1.3.4統(tǒng)計學(xué)分析

將10例患者瘢痕的人工測量值（長和寬）與3D掃描定量數(shù)值（長和寬）進行相關(guān)性分析，計算相關(guān)系數(shù)r與P值，并進行t檢驗，分析兩組測量值之間的差異，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

另有1例患者接受局部膠布壓迫治療3個月，瘢痕治療前后分別進行3D掃描，通過測量治療前后等高線的差異來反應(yīng)治療前后的變化。

2　結(jié)果

2.13D掃描數(shù)據(jù)與手工測量數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析

我們對10例患者的瘢痕疙瘩進行了人工測量（長、寬）和3D定量測量（長、寬和體積），我們將手測的瘢痕長度、寬度與3D掃描儀測量值進行了配對，線性回歸分析顯示兩者存在明顯的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)r=0.966，P＜0.01（圖4）。

2.23D掃描數(shù)據(jù)與手工測量數(shù)據(jù)的t檢驗分析

手工測量瘢痕病灶長度為（46±19.3）mm，寬度（22.5±14.4）mm；3D掃描長度為（52.5±20.5）mm，寬度為（27.1±13.9）mm。t檢驗結(jié)果顯示，手工測量值與3D掃描值存在顯著性差異。

圖4　10名患者瘢痕3D掃描值與手工測量值的線性回歸曲線Fig.4Linear regression curve comparing manual measurement with 3D scanning

2.3利用等高線評估瘢痕萎縮程度

本組中有1例患者接受了外用膠布壓迫治療3個月。通過比較治療前后瘢痕疙瘩的等高線圖（圖5），可以發(fā)現(xiàn)，治療后瘢痕的等高圖中紅色部分明顯減少，綠色部分增加，提示治療后瘢痕高度降低，比較直觀地反映出瘢痕萎縮的程度。同樣，也可以逐個計算瘢痕體積，然后通過比較瘢痕治療前后的體積差來反映療效。

圖5　三維掃描等高線圖用于瘢痕高度評估Fig.5Evaluation of scar height with contour line

3　討論

近20年來，瘢痕領(lǐng)域出現(xiàn)了各種新興的治療方法，但對治療效果的客觀的定量分析方法一直落后于治療技術(shù)的發(fā)展，阻礙了療效判斷和治療技術(shù)的進一步發(fā)展。因此，建立可排除主觀因素并具有客觀與定量分析能力的瘢痕評估技術(shù)具有重要的價值。

長期以來，臨床上客觀記錄瘢痕的常規(guī)手段首選單反相機，但由于光線、拍攝距離以及拍攝角度等因素的變動，測量數(shù)值的客觀性受到影響；并且，照片只能提供二維信息，無法反應(yīng)瘢痕高度的情況，所以對瘢痕的評估存在很大的局限性。3D掃描測量具有獨特的優(yōu)勢，包括：①可三維重建，便于多角度觀察；②可以客觀地定量分析檢測數(shù)據(jù)，如瘢痕的長、寬、高、體積和底面積等；③提供人工測量所無法獲得的數(shù)據(jù)，如瘢痕不同區(qū)域的高度值、瘢痕體表面積和體積等，并計算出平均高度值。3D掃描比相機拍攝更能客觀地記錄瘢痕，也為評估各種治療手段的療效提供了統(tǒng)一的精確的量化指標，使治療前后具有可比性，有利于指導(dǎo)臨床的治療。

2005年，Taylor等[13]報道了使用非接觸式3D掃描儀測量瘢痕體積的嘗試。研究發(fā)現(xiàn)，評分的自然對數(shù)與瘢痕測量值的自然對數(shù)存在相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.627（P＜0.001）[14]。這表明瘢痕的體積能夠被用來評估瘢痕總體的性質(zhì)，同時也求出了瘢痕評分與測量值之間的轉(zhuǎn)換公式。然而最近的文獻顯示，該技術(shù)很少被應(yīng)用于瘢痕評估中?？赡艿脑虬ǎ孩傧抻诋敃r的技術(shù)水平，3D掃描儀過于龐大，多為立式不可移動的設(shè)備[13，15]，使用不便，同時還需要在光線充足的單間進行測量；②要求掃描儀和被測量者保持靜止狀態(tài)和精確的距離，否則將極大影響測量精度；③后期計算處理繁瑣，非一般醫(yī)務(wù)人員所能勝任；④顏色偏差較大，無法反映出瘢痕真實的色澤；⑤無法分析不平整表面的結(jié)構(gòu)。

由于上述缺陷，導(dǎo)致3D掃描技術(shù)在臨床難以應(yīng)用，使得瘢痕評估技術(shù)停滯不前。隨著3D掃描技術(shù)的飛速發(fā)展，設(shè)備日趨小巧，精度更高，對測量環(huán)境的要求也逐漸降低，使得臨床普遍應(yīng)用成為可能。

為了評價3D掃描檢測數(shù)據(jù)是否能反映臨床實際觀察的檢測數(shù)據(jù)，我們對10例瘢痕疙瘩的人工測量和計算機測量數(shù)據(jù)進行了對比分析，發(fā)現(xiàn)兩者具有高度的相似性，并有顯著的相關(guān)性（P＜0.01），表明該3D測量數(shù)據(jù)能較好反映真實瘢痕的相關(guān)數(shù)據(jù)。在本研究中，我們對掃描的圖像進行放大精確定位，所以3D掃描的定量數(shù)據(jù)略大于人工檢測的數(shù)據(jù)（P＜0.05），進一步提示了客觀定量分析的重要性。

綜上所述，便攜式3D掃描儀的應(yīng)用，可以擺脫以往評價方法的主觀性，使得瘢痕評估更精確和科學(xué)，而且不受瘢痕局部解剖部位和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的限制，具有較好的臨床應(yīng)用價值。

我們在使用過程中發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的界面仍然不夠友好，使用不夠方便，需要專業(yè)人員進行專門設(shè)置；自動化程度還需要改進，如參數(shù)的設(shè)置、各種檢測指標的自動計算和結(jié)果報告；色差的分析和定量結(jié)果報告等仍未設(shè)計相關(guān)軟件，且色彩存在一定的失真，無法達到單反相機的水平；系統(tǒng)的計算速度仍有待提高。相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，上述問題將獲得解決，設(shè)備和軟件將進一步優(yōu)化，從而使得3D掃描可作為臨床檢測和評估的常規(guī)手段。

參考文獻

[1]Sullivan T,Smith J,Kermode J,et al.Rating the burn scar[J].J Burn Care Res,1990,11(3):256-260.

[2]Draaijers LJ,Tempelman FR,Botman YA,et al.The patient and observer scar assessment scale:a reliable and feasible tool for scar evaluation[J].Plast Reconstr Surg,2004,113(7):1960-1965.

[3]Manuskiatti W,Fitzpatrick RE.Treatment response of keloidal and hypertrophic sternotomy scars:comparison among intralesional corticosteroid,5-fluorouracil,and 585-nm flashlamp-pumped pulsed-dye laser treatments[J].Arch Dermatol,2002,138(9): 1149-1155.

[4]Oliveira GV,Chinkes D,Mitchell C,et al.Objective assessment of burn scar vascularity,erythema,pliability,thickness,and planimetry[J].Dermatol Surg,2005,31(1):48-58.

[5]Gupta S,Kalra A.Efficacy and safety of intralesional 5-fluorouracil in the treatment of keloids[J].Dermatol,2002,204(2):130-132.

[6]Darougheh A,Asilian A,Shariati F.Intralesional triamcinolone alone or in combination with 5-fluorouracil for the treatment of keloid and hypertrophic scars[J].Clin Exp Dermatol,2009,34(2): 219-223.

[7]Asilian A,Darougheh A,Shariati F.New combination of triamcinolone,5-Fluorouracil,and pulsed-dye laser for treatment of keloid and hypertrophic scars[J].Dermatol Surg,2006,32(7):907-915.

[8]Nanda S,Reddy BS.Intralesional 5-fluorouracil as a treatment modality of keloids[J].Dermatol Surg,2004,30(1):54-56.

[9]O'Brien L,Jones DJ.Silicone gel sheeting for preventing and treating hypertrophic and keloid scars[J].Cochrane Database Syst Rev,2013,9:CD003826.

[10]Jin R,Huang X,Li H,et al.Laser therapy for prevention and treatment of pathologic excessive scars[J].Plast Reconstr Surg, 2013,132(6):1747-1758.

[11]Sawada Y.A method of recording and objective assessment of hypertrophic burn scars[J].Burns,1994,20(1):76-78.

[12]van Zuijlen PP,Angeles AP,Kreis RW,et al.Scar assessment tools:implications for current research[J].Plast Reconstr Surg, 2002,109(3):1108-1122.

[13]Taylor B,McGrouther DA,Bayat A.Use of a non-contact 3D digitiser to measure the volume of keloid scars:a useful tool for scar assessment[J].J Plast Reconstr Aesthet Surg,2007,60(1):87-94.

[14]Beausang E,Floyd H,Dunn KW,et al.A new quantitative scale for clinical scar assessment[J].Plast Reconstr Surg,1998,102(6): 1954-1961.

[15]Mitbauerová A,Capek L,Ogawa R.A method of scar evaluation using non-contact 3D scanner[J].Comput Methods Biomech Biomed Engin,2013,16 Suppl 1:302-304.

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）

通訊作者：劉偉（E-mail：liuwei_md@126.com）。

基金項目：國家自然基金項目（30872694，81101432）。

doi:10.3969/j.issn.1673-0364.2016.01.010

【中圖分類號】R619+.6

【文獻標識碼】A

【文章編號】1673－0364（2016）01－0037－04

作者單位：200011上海市上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院整復(fù)外科。