计算机辅助技术在软组织扩张术中的临床应用

袁文达, 齐向东， 张 斌



论 著

计算机辅助技术在软组织扩张术中的临床应用

袁文达, 齐向东， 张 斌

目的 探讨三维激光扫描技术对人体不同部位扩张皮肤的表面积测量方法及通过注水量推算扩张面积，为临床选择扩张器的容量提供参考。方法 对35例不同年龄段的患者分别进行头部、颈部、胸部及下肢扩张器置入前、后的数码摄像，术后1周进行注水前后三维激光扫描，测量扩张皮肤的表面积。手术分期进行：Ⅰ期，根据瘢痕的大小及形状在邻位放置皮肤扩张器，术后每周定期注水，每次注水量为扩张器容量的10%，持续注水3个月；Ⅱ期，通过Geomagic Qualify 13.0检测软件对三维激光扫描结果进行扩张皮肤面积的测量，当皮肤扩张量达到要求后，取出扩张器，行扩张皮瓣转移修复瘢痕切除后创面。结果 注水量与皮肤扩张面积呈正相关。皮肤软组织扩张表面积大小依次为：头顶>面颊部>颈部>额部>胸部，大腿外侧>大腿内侧；扩张表面积与修复部位有关，每扩张1.0 cm×1.0 cm需要注水量为：头顶(3.30±0.56) ml、额部(9.10±3.12) ml、面颊部(6.70±1.15) ml、颈部(8.01±2.26) ml、胸部(10.02±1.47) ml、大腿内侧(7.31±2.52) ml、大腿外侧(6.60±1.73) ml。结论 对头顶、颈部、胸部及下肢瘢痕，采用扩张器置入行皮瓣扩张能较好地修复瘢痕切除后创面；扩张器内注水量与扩张表面积呈正相关；术前采用Angel色素分析软件及结合激光点云和逆向工程方法，为选择扩张器的大小、扩张皮瓣表面积及手术预构等方面提供临床指导。

软组织扩张术; 三维扫描; 计算机辅助技术

因烧伤而导致头部、颈部、胸部及下肢大面积烧伤瘢痕，严重影响患者的外形美观。目前多采用局部置入扩张器、切除瘢痕及扩张皮瓣转移的方法进行修复[1]，但因扩张皮瓣面积不足而引起的并发症常影响术后效果。自2015年1月至2016年1月，广州军区广州总医院整形外科采用软组织扩张术治疗不同部位的烧伤瘢痕、鲜红斑痣、血管瘤、皮脂腺痣患者共35例，疗效满意。现报道如下。

1 临床资料

本组共35例患者。男性19例，女性16例；年龄15～30岁。病程2～10年。其中，头部、颈部、胸部、下肢烧伤后遗留大面积烧伤瘢痕伴或不伴有功能障碍者26例，面部鲜红斑痣者5例，颈部血管瘤者1例，头部皮脂腺痣者3例。病损大多呈不规则片状，面积为3.0 cm×8.0 cm～10.0 cm×19.0 cm。

2 方法

2.1 材料与设备 术前在瘢痕部位贴定格贴行二维数码照片的采集(NIKON 35 mm数码单反相机拍摄，像素800万)；取景器前加用滤线栅，镜头用85 mm定焦人像镜头；布置2盏背景灯，呈45°照像背景，拍摄时需充分显露患处，并在患处平坦位置粘贴定格贴，使镜头与拍摄部位处于同一水平线，距离1.5 m；使用Angel色素分析软件(广州比特科技软件有限公司)测量，根据其测量的数值及瘢痕部位、面积选择适合型号的肾形皮肤扩张器(上海威宁整形制品有限公司)。采用便携式三维扫描仪(广州市精密仪器有限公司)进行扫描，分辨率为64×64 px(像素)，精确度：±0.5 mm，单桢测量幅面：60 mm×60 mm～120 mm×120 mm；采用Geomaggic Studio 13.0 (Geomaggic.Inc)逆向工程软件编辑导入点云数据；Geomaggic Qualify 13.0 (Geomaggic.Inc)三维检测软件，对术后进行评估及跟踪随访其效果。

2.2 扩张器置入与数据获取 ⑴根据瘢痕面积和形状选取适合型号的肾形扩张器。在瘢痕边缘1.0 cm处设计切口线，用亚甲蓝标记扩张器置入范围；在皮下或帽状腱膜下放置扩张器,分离出与扩张器大小适宜的皮下腔隙,以超出扩张器边缘1.5 cm为宜。额部埋置扩张器于额肌深面;面颊部埋置扩张器于皮下组织深面、SMAS 层浅面;颈部埋置扩张器于颈阔肌的浅面或紧贴颈阔肌深面。术中对各型扩张器均注入生理盐水30 ml，关闭切口后放置负压引流；3 d后拔出引流，术后1周开始注水，1次/周，持续3个月；根据皮瓣表面张力及患者的耐受情况确定每次注水量并记录。⑵采用便携式三维扫描仪进行扫描，将测量结果保存为.stl格式，导入Geomagic Qualify 13.0三维检测软件中，使用画笔工具沿扩张器基底部进行截取，并进行有界组件操作，点击软件分析栏目中的计算工具，测量扩张皮肤的表面积。2.3 不同部位扩张表面积计算方法 将测量的注水量与扩张面积数据进行线性回归方程拟合后，注水量与扩张面积关系采用Y=a+b(X)表示；Y代表软组织扩张面积(cm2)，X代表注水量(ml)。大腿扩张表面积=107.73+0.297X；胸部扩张表面积=51.51+0.212X；面颊部扩张表面积=34.45+0.52X；颈部扩张表面积=40.28+0.44X；额部扩张表面积=70.72+0.296X；头顶扩张表面积=114.30+31.25X。

表1 35例患者不同部位的注水量与扩张皮肤面积

部位注水量(ml)扩张面积(cm2) 头顶141.87±61.5256.46±11.33 额部96.75±48.3910.10±6.11 面颊部165.00±80.1223.50±12.70 颈部96.75±48.3912.70±5.44 胸部96.75±48.3911.67±2.84 大腿内287.00±154.00193.00±46.91 大腿外201.00±96.4028.85±15.00

3 结果

本组共35例患者。扩张器置入后，扩张表面积随注水量的增加而增加，同等容量扩张器在不同部位的扩张表面积依次为：头顶>面颊部>颈部>额部>胸部，大腿外侧>大腿内侧。术前对6例患者的不同患处进行Angle色素分析软件测量其瘢痕面积，分别为头顶23.07 cm2、额部100.06 cm2、面颊部97.23 cm2、颈部89.67 cm2、胸部52.88 cm2、右侧大腿195.22 cm2、左侧大腿165.42 cm2；扩张器内注水量与扩张表面积呈正相关关系，而扩张表面积与修复部位有关[每扩张1.00 cm2需要注水量：头顶(3.30±0.56) ml、额部(9.10±3.12) ml、面颊部(6.70±1.15) ml、颈部(8.01±2.26) ml、胸部(10.02±1.47) ml、大腿内侧(7.31±2.52) ml、大腿外侧(6.60±1.73) ml]。见表2。

4 典型病例

患者女性，15岁。因烫伤后下肢陈旧性瘢痕10年余入院。术前通过Angle色素分析软件测量右大腿瘢痕面积为195.22 cm2，选取250 ml和400 ml扩张器置入，并结合激光三维扫描点云及逆向工程行表面积测量，测算皮肤扩张总面积为458.50 cm2，能完整修复切除瘢痕后的缺损创面，术后效果满意。见图1～4。

5 讨论

5.1 扩张面积的测量与扩张能力 扩张器的扩张机制主要是通过生物性增生、弹性伸展、机械蠕变及周围组织移位等来获得额外皮肤。因扩张皮瓣能获得良好的皮肤颜色、质地及感觉而被广泛用于皮肤缺损的修复重建手术[1]。采用扩张器修复软组织缺损的影响因素主要有：扩张器大小选择以及皮肤弹性回缩力的影响。2002年，Y JI等首先报道了应用三维扫描技术对面部扩张器置入术后12 d患者进行了扫描测量，其皮瓣回缩率为44.0%[2-3]；Jayaratne等[4]测量术后3个月扩张皮瓣回缩率超过20.0%。2005年，范志宏又以猪为动物模型，通过裁格法测量快速扩张回缩率为41.2%。扩张皮瓣的回缩率主要决定参数包括[5-6]：扩张皮肤面积、在体皮肤张力(皮肤在纵横两个方向拉伸到原来尺寸所需要的横向和纵向张力)、皮瓣即时回缩率(K)。皮瓣回缩率的计算公式：

表2 注水量与扩张表面积计算结果

Tab 2 The relationship between water injection volume and expansion area mm2

图1 下肢烫伤后瘢痕 a.术前 b.扩张器置入术后3个月 c,d.Angel色素分析软件测量瘢痕面积 e.瘢痕切除术后1周 图2 逆向工程软件标记扩张皮瓣范围 图3 瘢痕切除区域 图4 有界组件操作并测量

Fig 1 Lower limb burns scar. a. preview. b. postview at 3 months. c,d. Angel pigment analysis software metering scar area. e. postview at 1 week scar resection. Fig 2 Mark the expansion of the scope of the flap. Fig 3 Scar removal area. Fig 4 Measurement area.

注：S0为皮瓣剪开前面积，S为剪开后面积

目前，对扩张皮肤面积的测量方法有薄膜涂色法、湿布取样法、几何测量法和三维彩色数字仪器测量法等[7-10]。本研究测量了术后12 d患者的扩张皮瓣回缩率与前期研究结果接近。Omranifard等[11]采用线性回归方程得出的面部测算公式系数与本研究结果一致，具有研究可行性。同时，本研究完善了其他部位公式系数关系，从而为临床选择扩张器的大小进行指导。我们通过测量皮肤在无张力状态下的回缩率发现，头顶基底为骨组织，其向外扩张能力最强；面颊部的皮肤软组织厚度及扩张能力大于颈部及胸部，表现为扩张面积上的差异；颈部软组织厚度及扩张能力大于额部；大腿外侧因存在外侧肌群扩张基底，故表现为外侧扩张能力大于内侧[12]。病变区域和扩张皮瓣的面积测量是本研究的重点[2-3,13]，而采用便携式三维扫描仪扫描未标记范围的瘢痕区域，容易出现界限不清、测量不精确等问题。因此，术前、术后进行数码照片的采集，贴定格贴，使用Angel色素分析软件进行病变区域的测量是非常必要的。5.2 公式的应用 2004年，牛星焘等通过云纹照相技术测量头部扩张面积得出注水量与扩张面积关系公式：A=0.152V-0.151(A为扩张皮肤表面积增加，V为注水量)，但此公式主要是基于头顶硬组织(骨组织)而得出，未考虑其他部位扩张情况，因为不同部位软组织的厚度及皮肤张力存在差异[12]，所以，各部位的扩张能力有所不同。我们通过测量35例患者扩张器(肾形扩张器)置入不同部位的扩张数据，采用线性回归统计学分析方法得出其正性相关关系，所得出的公式简便易于计算。

三维激光扫描与其他三维测量相比具有简单快捷，测量精度高，抗干扰能力强，立体构建图像逼真，适用范围广等优点[14-15]。本研究使用计算机辅助设计测量扩张皮肤面积，通过对35例需要在头部、胸部、四肢等部位置入扩张器修复缺陷的患者行术前、术后的三维测量，并结合激光点云及逆向工程测量其表面积，获得了不同部位注水量与扩张表面积的关系，同时对术前扩张器大小的选择进行了干预，能提前预知修复缺陷部位的扩张面积。本研究的统计样本量较少，后期需通过扩增样本量增加临床指导意义。

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Analysis of the application of computer-aided design in soft tissue expansion

YUAN Wen-da, QI Xiang-dong, ZHANG Bin.

(Department of Plastic Surgery, Guangzhou General Hospital of Guangzhou Military Command, Guangzhou 510010, China)

QIXiang-dong,Email:create_beauty@hotmail.com

Objective To evaluate the three-dimensional scanning of scar area and the relationship between surface area of the implant expander, providing guidance for choosing appropriate size of expander. Methods In a clinical trial study, 35 patients with burn scars in the face, skull, neck, chest and thigh area were selected. Make a Digital photography was captured both pre-operative and postoperatively and measured using the Angel Pigment Analysis Software and the results were taken down recorded. Fluid was injected inside the device for 12 consecutive weeks with 1-week interval. After 3 months the device was set out and the tissue expansion was measured using three-dimensional scanning and the results were analyzed by Geomagic Qualify. Results Water injection volume and the skin was positively correlated with the expansion area, expansion capability: scalp>face>neck>forehead>chest. Thigh>inner thigh. 1.0 cm×1.0 cm expansion area needs liquid injection volume: scalp needs (3.30±0.56) ml, forehead needs (9.10±3.12) ml, facial needs (6.70±1.15) ml, neck needs (8.01±2.26) ml, chest needs (10.02±1.47) ml thigh, lateral needs (7.31±2.52) ml and (6.60±1.73) ml. Conclusion The expander flap expansion can effectively repair after scar (scalp, neck, face, chest, lower limb scar) excision wound. Angel pigment analysis software combined with laser-point cloud and reverse engineering assist in choosing dilator size preoperatively and provide guidance for surface area expanded flap and surgical prefabrication.

Soft tissue expansion; Three-dimensional scanning; Computer-assisted

国家高技术研究发展计划(863)项目(2012AA021105)作者单位：510010 广东 广州，广州军区广州总医院 整形外科(袁文达，齐向东，张 斌);广州中医药大学(袁文达)

袁文达(1988-),男,江西吉安人，硕士研究生.

齐向东,510010,广州军区广州总医院 整形外科,电子信箱:create_beauty@hotmail.com

10.3969/j.issn.1673-7040.2016.05.014

R622.9

A

1673-7040(2016)05-0300-04

2016-03-10)