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烧伤深度诊断技术研究进展

发布时间:2019-12-15 02:14 来源:未知 编辑:admin

  烧伤深度的准确诊断是烧伤患者临床救治中具挑战性的关键第一步,其直接关系到患者后续的治疗方案,但目前烧伤深度的判断仍然是依赖于主观指标的非精确经验科学。Ⅰ、Ⅲ度烧伤临床诊断相对比较容易,准确率相对较高,所需采取的医学处理方法也比较明确。深度介于Ⅰ度和Ⅲ度之间的烧伤创面在临床中较为普遍,但临床经验难以对该类烧伤创面严重程度做出准确判断,其临床判断准确率通常在

  较低的判断准确率可能会使烧伤创面部分组织在手术过程中被错误地保留或切除,对烧伤创面愈合的速度和质量造成不利影响。且现有研究表明,对烧伤创面的早期干预能够提高创面的愈合速度,减少并发症的发生以及缩短患者的住院时间。近年来,诸多成像技术被应用于烧伤深度的诊断,可在一定程度上观察到烧伤组织内部的各种变化情况,从而提供更多的辅助参考信息,是提高烧伤深度诊断准确率的行之有效的方法。本文针对烧伤深度诊断技术的研究进展进行综述。

  目前,组织病理学观察是烧伤深度临床诊断的金标准,但该方法耗时较长,只能针对非常小的区域,并会对烧伤患者造成额外的皮肤伤害,存在一定的伦理争议。目前关于烧伤深度的诊断主要依靠临床医师通过肉眼对烧伤创面进行观察,根据创面的外部特征进行评估,这些特征主要包括创面的外观、毛细血管的充盈情况以及创面对触摸和针刺的敏感性等。一般在烧伤48 h后对烧伤创面进行诊断,结果准确率较高。如果尝试在烧伤发生后的24~48 h内做出初步诊断,准确率就会由65%降低到50%左右,因为创面在烧伤后48 h内存在一定的动态变化特性。

  与传统的烧伤深度诊断技术相比,基于成像的烧伤深度诊断技术能够获取更多关于烧伤创面内部的信息,对于提高诊断准确率具有重要意义。现有的用于烧伤深度检测的成像技术主要包括激光多普勒成像(LDI)、激光散斑成像(LSI)、空间频域成像(SFDI)、太赫兹成像、显微成像、视频摄像以及极化敏感光学相干层析等。

  LDI在评估烧伤严重程度方面所展现的性能明显优于临床主观诊断。其结合了激光成像与多普勒血流成像,主要观测烧伤组织的血流量、微血管的通畅程度以及整体组织的损伤程度。但LDI对血流量的分析通常仅反映浅表皮肤的血流量,无法反映深部组织的血流量情况,难以对深度烧伤做出准确判断。因此,LDI无法针对不同的烧伤深度提供足够的信息,难以有效应用于烧伤深度的准确判断。且LDI扫描速度较慢,评估一个50 cm×50 cm区域需要花费数分钟,这期间若患者身体发生微动,会在一定程度上影响成像质量。Elamin等指出烧伤部位的血流量与烧伤深度之间存在一定相关性,但目前对这种相关性的确切性质并不了解。虽然现有研究表明LDI在烧伤深度的诊断上是有效的,但LDI更多是被用作一种探测血流量的有效工具。

  LSI以散斑图的方式分析血流的波动。在测量对象上,LSI和LDI是相同的;不同之处在于,LSI能够对一个时间点上的整个视野进行实时成像,从而克服因身体微动给成像带来的运动伪影问题。目前,LSI已在活体母猪烧伤模型上进行了实验。

  SFDI是一种基于漫反射原理的独特宽视野成像方式,针对猪和大鼠烧伤模型的实验表明,SFDI能够定量捕捉到胶原变性、血流以及血管损伤方面的信息,从而为烧伤深度的诊断提供有价值的参考依据。

  近年来兴起的太赫兹成像技术已经被尝试应用于烧伤深度的诊断,它主要依据水的介电特性来表达组织的信号,利用该技术测得的反射率方差与水的含量成正比,烧伤组织的水肿情况就成为太赫兹成像的主要观察对象。虽然针对大鼠的实验表明太赫兹成像技术在烧伤深度诊断中是有效的,但太赫兹成像速度较慢,获取的信号容易受到烧伤创面不规则性的影响,价格也非常昂贵,此外,它无法提供血流动力学方面的信息,难以有效应用于烧伤深度的准确判断。

  目前,显微成像技术也被引入到烧伤深度的诊断中,比较典型的是光声显微镜,它能够在烧伤发生数分钟后辨别不同热辐射的持续时间。光声显微镜虽然在大鼠烧伤模型上显示出一定的辅助诊断效果,但其观察视野较小,在较大烧伤创面的观察方面受到了限制。此外,有学者开发了面向烧伤深度诊断的实时光声成像系统,并在大鼠烧伤模型上进行了实验,但其本质上仍只是观测烧伤创面的血流量。除了光声成像设备外,视频显微镜已经被用于人体烧伤深度的诊断试验中,它能够提供真皮毛细血管的可靠信息,也被用于评估烧伤创面的深度,相关实验表明其在烧伤发生后的24 h内评估效果较好;此外,其操作简单、快速,价格也相对低廉。

  吲哚花青(ICG)是一种通过静脉给药的无害染料,最早用于衡量组织灌注情况,后来通过结合视频摄像的方式,能够捕捉到组织灌注的动态变化。通过静脉给药,激光荧光摄像可以获取能够反映组织灌注情况的视频图像,从ICG的视频造影数据能够以较高的灵敏度判断真皮的活性。现已有学者对ICG进行了人体试验,其不足为外用膏药、绷带以及敷料等会干扰其测量。

  有研究者将极化敏感光学相干层析在猪烧伤模型上进行了相关实验,该方法主要测量烧伤创面的反射光改变极性的程度,而胶原双折射的降低被认为是与烧伤深度相关的指标。

  红外热像仪将烧伤创面的温度作为判断烧伤深度的指标,由于烧伤创面的环境热损失会显著降低红外热像仪对深度烧伤的敏感性,因此,通常在烧伤发生后的3 d内使用红外热像仪能够获得较为理想的诊断结果。目前,已有学者采用红外热像仪在人体烧伤创面上进行了相关试验。

  正交偏振光谱微循环成像利用偏振光在Hb光谱范围内照射组织,已经成为一种评估烧伤创面表面皮肤微循环的无创方法。目前,已有学者采用正交偏振光谱微循环成像在人体烧伤创面进行了试验,该方法的不足是需要与组织直接接触,且每次只能测量一小块区域。

  烧伤会导致创面组织散射特性改变,而近红外光谱(NIRS)对皮下组织散射特性的改变非常敏感;此外,通过NIRS测量Hb对近红外光的吸收量能够反映烧伤创面的局部血流动力。上述优势使得NIRS在烧伤深度无创检测中占据一席之地。已有学者采用这一技术在人体烧伤创面上进行了试验,但到目前为止,NIRS仅仅能够有效区分Ⅰ度和Ⅲ度烧伤。

  我国学者在烧伤深度诊断方面也进行了一定研究,主要利用超声技术实现对烧伤深度的诊断,取得了一定成效。郭瑜峰等利用高频超声组织谐波与LDI技术对15例四肢电烧伤患者进行了全面检查,取得了较好的烧伤深度诊断效果,充分说明该方法能够实时、形象、直观地显示烧伤组织、血管损伤的形态学及功能学变化。但总体来讲,国内在烧伤深度诊断方面仍以临床观察为主,主要依靠经验丰富的临床医师对烧伤创面进行观察来实现烧伤深度的诊断。

  通过成像处理实现烧伤深度诊断,已被证明有效。有经验的烧伤外科医师依据烧伤患者的创面影像进行诊断,取得了与临床观察诊断相近的准确率,错误仍主要发生在浅Ⅱ度与深Ⅱ度烧伤创面的诊断中。Serrano等设计了一套用于烧伤深度分类的计算机辅助诊断工具,其主要目的是利用图像处理的方法将正常皮肤组织与烧伤创面分离,并对烧伤深度进行区分。他们针对人体烧伤创面的数字图像进行了试验,结果表明该方法能够达到88%的分类准确率;存在的不足是无法同时分割出创面中不同烧伤深度区域。

  伴随着光谱技术的不断发展,多光谱成像技术被逐步应用于烧伤深度的诊断。Li等建立了基于多光谱成像的烧伤组织分类模型,通过猪烧伤模型建立多光谱图像训练数据集,以此研究针对烧伤组织的分类能力,在获得真实烧伤分布情况的基础上,提出采用多级Z检验与单因素分析的方法来检测和去除训练集中的异常值。测试结果表明异常值的去除能够使得分类准确率从63%提高到76%。虽然多光谱成像技术在烧伤诊断领域得到了一定的应用,但其光谱分辨率较低,难以有效表征烧伤创面的光谱特征。

  高光谱成像能够以纳米量级的光谱分辨率在可见光到近红外区间获得上百个光谱图像。目前,该项技术已经在地球观测、环境监测、农业、食品检测等领域获得了广泛应用。作为一种无创的疾病诊断与评估方法,其在烧伤深度诊断中的应用已经成为研究热点,这得益于其可以有效反映烧伤组织中的Hb、脱氧血红蛋白、水以及胶原纤维的光谱特征变化情况。Calin等将高光谱成像技术应用于烧伤深度的诊断,采集了1例60岁患者烧伤创面高光谱图像用于研究,建立线性光谱解混模型,以此进行端元提取与光谱解混,提取出相应端元对应的丰度图,从而获得烧伤创面不同深度的分布情况,并给出了模型与临床诊断之间的关系,以此展示了高光谱成像在烧伤诊断中的优势。

  虽然针对烧伤深度的诊断技术已经取得了一定进步,一系列新颖的检测技术相继涌现。但到目前为止,虽然部分技术已经进行了人体试验,但大部分技术都仅处于动物实验研究阶段,仅有LDI被美国食品药品监督管理局批准用于临床烧伤创面的深度判断。遗憾的是,LDI判断的是创面阻塞血管的深度以及血管中Hb的状况,以此预测烧伤创面的预后,其尚不能精确指导烧伤创面清创的范围与深度,难以提高创面清创的精确度。且LDI价格昂贵,难以在临床中广泛应用。基于成像的烧伤深度诊断技术由于具有无创与快速的优点,已成为研究热点。尤其需要指出的是,基于高光谱成像的烧伤深度诊断技术是一个重要的发展方向。

  此外,图像处理技术在烧伤深度诊断中得到了广泛应用,其中比较有代表性的是图像分割技术,通过对烧伤创面的真彩色图像进行分类,以分割出不同烧伤深度所对应的区域,以此为临床医师提供辅助的诊断信息,能够在一定程度上提高诊断准确率。因此,可以考虑将高光谱成像与图像分割技术相结合,在实现烧伤创面高光谱成像的基础上,研究先进的高光谱图像分割算法,从而获得精确的烧伤深度分割结果,以此为依据对烧伤深度进行诊断。

  烧伤深度的准确诊断是烧伤外科学领域的一个重要临床目标,尤其是针对急性烧伤患者的处理,其诊断结果不仅决定了相应的临床干预手段,更决定了患者预后质量。为了实现这一目标,临床烧伤工作者及科研人员正在做出不懈努力。但到目前为止,烧伤深度的诊断方法仍然依靠临床医师针对烧伤创面的主观判断,受到临床医师经验的限制,诊断准确率始终难以令人满意。从以上研究进展可以看出,诸多新颖的诊断方法已被提出,尽管都存在一定的不足,但也展示出了良好的应用前景。然而,无论诊断技术如何先进,其终究是辅助手段,最终仍由医师对烧伤深度做出最终判断。因此,一方面需要继续研究更为先进的烧伤深度诊断方法;另一方面,需要提高临床烧伤医师的诊断水平和救治水平。只有先进的烧伤深度诊断方法与经验丰富的临床医师的有效结合,才能够从根本上提高临床烧伤深度的诊断准确率。

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