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利用高光谱成像评估皮肤烧伤深度

利用高光谱成像评估皮肤烧伤深度


烧伤深度分级对处理和治疗皮肤烧伤至关重要。尽管到目前为止测试评估烧伤深度种类繁多,但都没有获得广泛的临床应用。罗马尼亚卡罗尔戴维拉医药大学利用Specim高光谱成像结合光谱指数的技术进行烧伤深度评估的新方法,该技术利用特定的光谱带来绘制具有不同烧伤程度的皮肤区域。光谱指数放大了正常皮肤和具有不同烧伤程度的区域之间的对比度,利用了由于烧伤皮肤中发生的形态和生理变化而发生的光谱幅度的差异。通过使用新的可测量光谱指数证明,可以生成准确的烧伤分级图,显示不同烧伤类型的空间分布、治疗过程和愈后评估。

临床医生根据受损皮肤的深度将烧伤分为三类:一度烧伤(浅表烧伤),二度烧伤(部分厚度烧伤:浅部分厚度和深部分烧伤)和三度烧伤(全层烧伤)。9名患者(8名男性和1名女性),年龄在29至72岁,表浅部分厚度,深部分厚度和全层烧伤,参加了这项研究。本研究中提出的光谱指数的方法包括四个步骤:(1)高光谱图像采集;(2)高光谱图像处理;(3)计算来自高光谱图像的每个像素中的烧伤光谱指数(SBSI)和(4)产生烧伤分级图(BCM)。

正常和烧伤皮肤的反射光谱

从图中可以看出,正常皮肤的反射光谱三个峰值在525nm(Rmax1 = 0.3071),556nm(Rmax2 = 0.2929)和分别为760nm(Rmax3 = 0.5826)。在烧伤皮肤中,反射光谱具有相同的形状,但是反射率值在所有光谱范围内都增加。第二个峰值的高度显著差异,第三个峰值几乎是正常皮肤的两倍(ΔR= 0.4744),可以成为烧伤程度的指标。因此,考虑到这一重要区别在正常和烧伤皮肤的光谱特征中,波长λi= 556nm和λj= 760nm被认为是计算SBSI指数的最佳值。

a):SBSI 图像;b):烧伤分级图(BCM);c):血液激光多普勒图像;d):血液激光多普勒数码图片;e):光谱指数的6个烧伤分级

图为一名47岁男性胸部烧伤患者的烧伤分级结果。SBSI图像(a)显示SBSI指数越低,烧伤越深。 SBSI指数的负值对应于具有全层烧伤或正常皮肤的皮肤区域(暗像素)。图像中的亮像素(正SBSI值)对应于具有浅表和深部分厚度烧伤的皮肤区域。使用聚类方法将SBSI指数的连续值范围划分为对应于不同级别的烧伤,得到BCM(b):深蓝色/蓝色表示具有全层和正常皮肤的区域(1级和2级),绿色/黄色表示深层真皮区域(3级和4级),品红色/红色适用于皮肤浅表区(5级和6级)。

实验结果首次揭示,通过将高光谱成像与计算公式相结合来确定皮肤的光谱指数,可以准确地评估烧伤深度。这种新方法是高光谱应用和烧伤深度分级领域的重要进展。

参考文献:SORIN VIOREL PARASCA et al. Hyperspectral index-based metric for burn depth assessment. Biomedical Optics Express, 2018: 5778.

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