攝像技術在整形外科的應用

 　　圖像資料是整形外科病例歸檔、術後效果評價、教學和學術交流的基本工具。攝像技術對於整形外科的重要性堪比骨科的X線片、CT。近年來，隨著攝像技術、儀器的革新，術中錄像系統、三維成像、三維測量、遠程醫療和熱成像等技術越來越多地應用於臨床，我們就攝像技術在整形外科的應用做一介紹。

  　　一、術中攝像   　　國內已有學者對整形外科術前和術後攝像的規范進行了探討，術中攝像遵循相同的基本原則，但有其特殊方面需注意。   　　（一）術中攝像設備的消毒隔離術者，是術中攝像的最佳人選。因此，怎樣在不污染術區的前提下快速精確地攝像是必須解決的問題。Humphrey和Kriet報道在術中可以准備幾副手套，比術者所用的大一號，穿脫手套來快速完成手術與拍照的交替。Cakir等將相機放入滅菌的尼龍袋中用於術中攝像。   　　Garcia-Rabasco等將相機放入滅菌的水下機架中，放在器械護士的台子上，隨時用於術中攝像。Raigosa等將相機置入滅菌的防水透明相機套中，相機套上還有電源、快門、模式等相應按鈕，術中可方便地拍攝高質量圖片。後2種方法較為理想，但價格較高。   　　（二）術中錄像Makary2013年在JAMA上發表文章，呼吁醫院對全程醫學操作（尤其是術中過程）進行錄像，並將視頻歸於患者的電子病歷。Scollato等認為松下DMR-EH80錄像機、羅蘭艾迪羅V4視聽傳播混合器、個人電腦、視聽處理軟件（AdobePremiereProv2.0及插件等），以及用於儲存的DVD光盤，即可組成一套性價比高的錄像系統。   　　固定式的錄像系統在手術室中有最優的布局，其遙控裝置放在滅菌袋中，術者可隨時調控錄像進展。Sadri等認為整形外科手術中還可應用頭戴式高清攝像機（美國加州半月灣伍德曼實驗室，Gopro高清英雄2），此款原為運動設計，具有強大的畫面捕捉能力，術中可拍攝高質量視頻。   　　通過後期處理還可得到高清靜態圖片，可用於教學、交流。術中錄像系統可以節省術者的時間，而且記錄的內容更加直觀豐富，是整形外科術中攝像發展的趨勢，但視頻的安全保密、患者須簽訂書面知情同意書等倫理問題尚需進一步討論。   　　（三）術中攝像的測光困難問題術中攝像時，術野與背景光照強度的高對比，常導致測光困難而致曝光不准確，嚴重影響攝像質量。目前大多單反相機具有的“包圍曝光”技術可以解決此問題——對同一對象連續拍攝多張曝光量不同但相鄰的照片，“包圍”在曝光正確的照片周圍，從中遴選出曝光量最佳的照片。即使曝光均不准確，亦可通過後期處理把欠曝和過曝的照片合成曝光准確的圖片。   　　對於術中錄像的曝光不准問題，目前主要通過後期視頻編輯軟件對亮度、對比度和白平衡的調節，來增加可視性。   　　二、一維攝像模擬三維視圖效果   　　Jinnin等分別從患者左側和右側用數碼相機拍攝2張照片，雙眼分別看其中的一個圖，利用偏振原理獲得三維效果。觀看之前必須進行雙眼平行或交叉視圖的培訓，培訓後大部分人可看出三維立體效果。此方法形成的三維圖像色彩逼真，且無需特制眼鏡觀看，具有用於醫學期刊圖片刊登的潛力，其可行性及有效性值得迸一步研究。   　　三、二維圖像的定量測量分析   　　Kadudo等報道應用Robo皮膚分析器(CS50)，對數碼相機拍攝的治療前後圖像定量分析色素沉著程度，可在評價皮膚色素治療效果方面提供客觀量化的循證醫學證據。   　　Han等對96例志願者頭面部進行標准化數碼攝像，後期通過AdobePhotoshopversion7.0軟件對獲得的二維圖像進行面部人體測量，發現二維圖像測量與手工測量相比，可直接代替手工測量(44/96)或通過系數轉換(52/96)達到相同的效果。Tuncel等在對鼻整形患者的研究中發現，在頭面部軟組織人體測量中，二維攝像技術結合相應軟件進行定量測量的方法確切而有效。     　　四、三維光學表面成像測量技術   　　三維光學表面成像測量技術是集掃描、測量和三維成像於一體的技術，由於具有非接觸（可用於軟組織測量）、速度快、精度高、測量范圍廣、易於控制等優點，而成為整形外科目前最具前景的三維成像和人體測量方法，為科學嚴密的術前設計和客觀量化的術後評估等提供技術支持，廣泛應用於乳房和顱颌面整形等領域。   　　三維光學表面成像測量技術與CT/MRI三維重建技術融合，並聯合應用計算機輔助設計／制作技術，可在術前虛擬手術進程、輔助制定手術計劃、精確預測手術結果並制作術後固定裝置，是其在整形外科發展的趨勢之一。其常用的類型有三維激光掃描測量技術、立體攝影測量技術和結構光技術。   　　（一）三維激光掃描測量技術利用數字光學位相共轭原理，將激光投影到被測物體表面上，形成的漫反射光點或光帶成像於圖像傳感器上，根據三角形原理測出空間坐標。   　　其優點是成像分辨率高、測量精確度高(1μm)，能敏銳捕捉微小的軟組織變化。缺點是應用於頭面部時對眼睛有害，掃描時間長（全面部約15s），掃描期間對象的略微移動會導致掃描影像模糊。目前最常用的儀器是柯尼卡美能達v910三維激光掃描儀。   　　Eder團隊對該技術在乳房整形方面的應用進行了系列研究：   　　2011年應用該技術對胸大肌下假體植入隆乳術前和術後的乳房進行三維成像，並精確測量乳房形態的改變；   　　2012年應用該技術進行兩側乳房的對稱性研究，三維重建左側乳房並虛擬其鏡像，重疊在右側乳房上，測量兩側乳房等高線差距，證明其結果不受觀察者影響、精確度高；   　　2013年應用該技術在巨乳縮小術前進行乳房三維成像測量，並提出了預測切除量的精確計算公式；   　　同年報道對巨乳縮小患者術前、術後乳房進行三維成像測量，並對應用倒T形和垂直切口的患者進行對比研究，證明該技術在乳房縮小術後客觀量化乳房的形態改變方面精准、可靠。   　　Kovacs等2012年應用該技術對胸大肌下不同假體（圓形和解剖形）植入術後的乳房形態改變進行了量化比較和分析，並得出客觀精確的結論。Baik等認為該技術在顱颌面軟組織測量中誤差小（X軸上0.16mm、Y軸和Z軸上均為0.15mm），可重復性好，可靠性高。由於該技術的測量誤差主要由於陸標定位不准導致，故建議了幾個易定位的面部軟組織陸標。   　　（二）立體攝影測量技術分主動和被動2種（原理不同，但效果無優劣之分），主動系統是把時間或空間上變化的光線投影在物體表面，多台攝像設備獲取受到物體表面調制的光場，對調制像進行解調處理，從而獲得物體的三維數據。   　　被動系統結構簡單，不需額外的光線而是自然光下，多台攝像機從不同方向分別獲取物體的平面圖像（像素），再通過對其進行像素匹配來獲取物體的距離信息。該技術無輻射、精確度較高、獲取圖像數據速度快（全面部1.5ms），可以減少測量時由於對象移動所帶來的誤差，適合頭面部軟組織測量，但其對鼻下和颏下區域的精確度欠佳。   　　目前常用的系統有3種，依次為3dMD系統、VectraM3系統和Di3D系統。   　　1.3dMD系統應用混合的主動和被動立體攝影測量技術，該系統在人體模型的測量方面可靠性強，精確度高（平均誤差0.2mm），優於手工測量和二維圖像測量。   　　①3dMDfaceTM系統在顱颌面整形的應用：Lubbers等2012年應用該系統對志願者頭面部軟組織進行人體測量，發現頭面部的不自主移動會導致測量偏差(0.32mm)。Ort等同年應用該系統對腭裂嬰兒和對照組的面部進行了1100次測量，發現平均測量誤差是0.86mm，其中誤差最大的陸標是下颌角點，且無腭裂的嬰兒得到的測量數據相對准確。   　　Brons等2013年提出專為嬰兒和兒童的面部軟組織設計的3dMDfaceTM系統參考坐標系，並證明該坐標系可重復性佳、可靠性不受年齡、是否有面裂等因素影響。Verhoeven等同年應用該系統對下颌重建手術後患者面部的對稱性進行客觀定量研究，證明該系統在面部軟組織對稱性的測量中迅速、精准、可靠，並認為下颌重建手術後面部很難恢復到正常人的對稱性。   　　②3dMDtorsoTM系統在乳房整形的應用：Kawale等2011年研究患者的照相姿勢（雙手叉腰式和松垂式）與應用該系統定量分析乳房形態的關系，結果表明與二維圖像測量不同，該系統對乳房的測量精度與姿勢無關。   　　Lee等同年應用該系統對乳房表面進行人體測量，並與手工測量結果進行對比研究，認為該系統測量精度高，但是對被遮擋部位（比如乳房下皺襞）的測量，尚需解決方法。   　　2．VectraM3系統應用被動立體攝影測量技術，在人體測量方面誤差小(低於1mm或小於1.2%)，可以讓醫生在整形術後客觀量化的監測軟組織形態變化。應用該系統對全面部三維成像後，其對軟組織陸標的定位快速、精准、可重復性好，且能夠在正颌手術後精確定量地分析額面軟組織陸標和面部比例改變。   　　Quan等2011年應用該系統研究發現，小切口內側蒂乳房縮小術後，乳頭會下垂6%、乳腺組織會重新分配（前後徑改變10.6mm），且均發生在術後第1年內。   　　3．D13D系統應用被動立體攝影測量技術，分別在人體頭部模型、面部石膏模型和屍體頭面部進行人體測量，發現該系統的測量結果與手工測量高度一致，可靠性和精確性高。有學者應用該系統對女性軀干人體模型進行乳房三維表面測量，證明其對乳房的人體測量平均誤差<0.5mm。   　　（三）結構光技術由結構光投射器向被測物體表面投射可控的光點、光條或光面結構，並由圖像傳感器獲得圖像，通過系統幾何關系計算得到物體的三維坐標。   　　目前常應用於整形外科的是Genex系統，可以瞬間捕捉較大圖像(如整個面部），在頭面部人體測量的精確性和准確性，與手工測量相比差異無統計學意義。當圖像采集是從90°側景時會有明顯失真，從前額±15°時最精確。     　　五、攝像技術在整形外科遠程醫療的應用   　　遠程醫療是指醫生之間、護士或護工與醫生之間、患者與醫生之間通過數碼設備采集的圖片或者視頻進行交流，使得醫生可以遠程處理患者，達到與親臨病床相同的診療效果。其在整形外科的創傷燒傷、手外傷、創口護理、顱颌面、斷指再植、游離皮瓣監測等領域均有應用，被評價為高效、經濟、便捷的醫療方法。   　　（一）數碼相機攝像技術在整形外科遠程醫療的應用值班醫生用數碼相機拍攝照片，發給主刀醫生請示皮瓣的存活情況、下一步的處理等，可在最短的時間內處理患者，研究發現此方法可早期發現血管危象並進行皮瓣搶救。患者定期自己拍攝圖片或視頻發給醫生，方便術後隨訪，且可以提高外地患者的隨訪率。   　　Trovato等研究證明數碼相機攝像遠程傳輸和標准的現場診療相比，吻合度達89010，陰性預測值達96.83%，是一種高效經濟的醫療方式。但Fleming等認為數碼相機拍攝的二維圖片可能導致漏診、誤診，遠程診療有時會耽誤醫生的時間，同時還存在法律上的爭議。   　　Brolmann等研究發現利用數碼相機采集的照片進行供皮區瘢痕OSAS（ObserverScarAssessmentScale，觀察者瘢痕評分量表）評估，與親臨病床進行評估的得分顯著不同，因此遠程醫療並非有效的替代方法。   　　（二）iPhone和iPad攝像技術在整形外科遠程醫療的應用iPhone和iPad的CPpro、PSExpress和Quickpix等軟件攝像功能強大，是整形外科醫生常用的攝像軟件。但是，標准化攝像（如病例歸檔、發表文章、學術交流等）必須用數碼相機采集，目前並無證據表明iPhone和iPad能在這方面代替數碼相機。   　　然而，由於iPhone和iPad的便攜、快速和各種應用軟件的。便利，使其在整形外科遠程醫療方面有巨大的優勢，研究表明應用iPhone和iPad的攝像功能對於皮瓣的實時監控與現場評估一樣可靠；利用其拍攝的圖片進行的燒傷評估與臨床檢查一致性高；iPhone和iPad在英國的許多創傷中心、急診室作為整形醫生會診的工具取得了成功。   　　隨著iPhone和iPad的各種便利新技術的出現，其必將越來越成為整形外科遠程醫療中不可或缺的助手。   　　六、熱成像技術   　　在整形修復手術前通過成像技術定位皮瓣血管的走行，可使手術獲益。deWeerd等報道了應用動態紅外熱成像技術作為術前評估穿支和定位腹壁下動脈穿支皮瓣的方法，發現其與金標准CTA的結果非常吻合，是一種定位准確、非侵襲性、簡便省時（相比手持超聲多普勒）的技術。   　　Chubb等報道了數字熱成像技術：攝像前將涼物放在組織上（比如腹部）使其表面變冷，在組織回暖過程中應用熱感攝像機拍攝一系列圖像並記錄相應溫度，可見有血管的區域（回暖）與周圍鄰近的無血管區（仍然溫度低）明顯不同，從而清晰地辨識血管的走行，該研究發現其與CTA的結果高度一致，且簡便省時、無放射性，其大規模臨床試驗正在進行中。   　　七、圖像管理技術   　　圖像拍攝後最好盡快歸到相應疾病或手術的文件夾，命名為患者的名字或代碼，否則常會無法辨認圖像的歸屬。Lesavoy和Fan經過35年臨床實踐，設計了第1個專為整形外科圖像分類的工具：Lesavoy編碼系統（2012年在PlastRecon,strSurg發表，也可以在http：//www．drlesavoy.com下載），可以高效快捷地管理和檢索圖像。   　　八、展望   　　一張好圖勝過千言萬語，這用來形容攝像技術對於整形外科的重要性非常貼切。隨著技術和設備的革新，攝像技術更是可能引起整形外科各方面的深刻變化。術中錄像的視頻資料可能在不久的將來成為整形外科學術交流的主要載體，甚至成為電子病歷的一部分。   　　日趨成熟的三維技術很可能引起整形外科術前計劃、醫患溝通和術後效果評估的革命，而iPhone和iPad攝像技術在遠程醫療中的應用可以極大地節約醫生、患者的時間和稀缺的醫療資源。攝像技術的發展必將促使整形外科向著更加量化、科學、經濟、高效的方向發展。