張 鑫，王海紅，王 晨，楊楚琪，張海萍

Image J 軟件測量白癜風(fēng)白斑面積及與Photoshop的比較

張 鑫，王海紅，王 晨，楊楚琪，張海萍

目的 建立白癜風(fēng)白斑面積的數(shù)字化測量方法，為臨床客觀評價(jià)皮損的嚴(yán)重程度及其動(dòng)態(tài)變化提供可靠且簡便易行的圖形面積數(shù)字化操作流程。方法 利用Photoshop和Image J軟件處理標(biāo)準(zhǔn)圖形和白癜風(fēng)皮損照片，采取手動(dòng)選取或設(shè)定閾值的方法區(qū)分皮損區(qū)和正常皮膚，通過對比比例尺刻度計(jì)算出皮損面積。結(jié)果 兩個(gè)軟件在對已知面積的圖形測量中，測算結(jié)果符合真實(shí)值，重復(fù)測量變異系數(shù)小，具有較高的準(zhǔn)確性；在對不同形狀皮損的面積測量中，穩(wěn)定性很好，兩款軟件在測算結(jié)果上差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。結(jié)論 Photoshop和Image J軟件測算皮膚白斑面積的方法準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠，具有普遍適用性。Photoshop軟件功能強(qiáng)大、全面。Image J軟件小巧易用，擁有豐富的插件可以選擇。

白癜風(fēng)；皮損面積；軟件，Photoshop；軟件，Image J

[J Pract Dermatol, 2017, 10(1):4-8]

白癜風(fēng)是一種常見的獲得性色素脫失性皮膚病[1]，計(jì)算其皮損面積的方法，有膠片貼附掃描[2-4]、Pixel法[5]、宮格法[6,7]、三維重建法[8]等，但是存在需接觸患者皮膚、對操作者計(jì)算機(jī)水平要求高、誤差大、無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等缺點(diǎn)。隨著攝影設(shè)備的普及和圖像后期處理軟件的運(yùn)用，通過拍攝照片和后期軟件的計(jì)算方法越來越流行[9,10]。目前臨床對于不規(guī)則圖像面積的統(tǒng)計(jì)主要通過Photoshop和AutoCAD[11]等軟件實(shí)現(xiàn)，但是存在界面復(fù)雜、操作繁瑣等缺點(diǎn)。Image J軟件是一項(xiàng)由美國國立衛(wèi)生研究院開發(fā)的基于Java平臺的圖像處理軟件，具有開源、免費(fèi)、體積小、對計(jì)算機(jī)硬件配置要求低、可以在Windows、Mac OS X和Linux多平臺使用等特點(diǎn)，而且其開源性決定了它擁有豐富的插件可以選擇。為建立更加客觀、簡便的皮損面積測量方法，本研究擬對Photoshop和Image J軟件對皮損面積測量的結(jié)果進(jìn)行比較，以期為臨床評估皮膚病病情與治療效果提供簡便易行的可操作性數(shù)據(jù)化指標(biāo)。

1 對象和方法

1.1 研究對象

使用繪圖軟件繪制并打印出已知精確面積的圖形（包含規(guī)則圖形和各種不規(guī)則圖形）照片；收集皮膚科門診就診白癜風(fēng)患者的皮損照片，以這些照片作為研究對象。

1.2 研究方法

分別采用Photoshop和Image J軟件，通過手動(dòng)分割和設(shè)定閾值的方法選擇皮損和標(biāo)準(zhǔn)圖形，即研究區(qū)域（region of interest，ROI），對比比例尺刻度計(jì)算區(qū)域面積。

1.2.1 Photoshop軟件

1.2.1.1 圖像預(yù)處理 在Photoshop中，先在“窗口”菜單欄選中“直方圖”、“測量記錄”和“信息”，然后在側(cè)邊欄可以看到說明3個(gè)工具欄的快捷入口，方便統(tǒng)計(jì)（圖 1）。將待統(tǒng)計(jì)的圖片拖入Photoshop中，使用“Ctrl+J”復(fù)制圖層備份。

1.2.1.2 測定比例尺 打開標(biāo)尺工具，選中照片上2～3 cm的距離，點(diǎn)擊記錄測量，就可以得到每一厘米對應(yīng)的像素?cái)?shù)，記為Y（圖 2）。

1.2.1.3 分割ROI區(qū) 使用套索工具，將所有包含ROI區(qū)的圖像通過復(fù)制（Ctrl+C）、粘貼（Ctrl+V）單獨(dú)裁切到新的圖層，以減少非ROI區(qū)的干擾。

對于邊界清楚、范圍較小的單個(gè)皮損，可以直接用索套工具進(jìn)行選區(qū)；對于多個(gè)不相連或形狀很不規(guī)則的皮膚缺損，主要使用魔棒功能進(jìn)行選區(qū)。

選取魔棒工具，選擇添加到選區(qū)模式，將容差定位15，不勾選“連續(xù)”選項(xiàng)（圖1）。然后在皮損最明顯的區(qū)域取點(diǎn)，魔棒工具會(huì)以所取顏色為基準(zhǔn)，在一定色差范圍內(nèi)，將整個(gè)圖層上類似顏色區(qū)域選中（容差越大，所允許的色差范圍就越大，越容易將非皮損區(qū)域選中，所以建議設(shè)置為小容差）。

最理想的情況是，第一次選取后，恰好使所有皮損區(qū)域被選中，而非皮損區(qū)均未被選中。但是，一般情況下，上述兩個(gè)目標(biāo)均不能在第一步就實(shí)現(xiàn)。會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)現(xiàn)象，即存在非皮損區(qū)被選中，而有的皮損區(qū)未被選中（圖 3A）。在未被選中的皮損區(qū)，使用魔棒繼續(xù)選取該處。

這個(gè)過程中不可避免地會(huì)有部分非ROI區(qū)被選中（圖 3B），對于被選中的非皮損區(qū)（假陽性區(qū)），此時(shí)使用套索工具，選擇“從選區(qū)減去”，然后圈中假陽性區(qū)，即可取消這些區(qū)域（圖 3C）。

當(dāng)皮損區(qū)域基本被選中、邊緣仍有瑕疵時(shí)，將容差調(diào)?。ㄈ?5改為10），勾選“連續(xù)”選項(xiàng)，然后對已選擇ROI區(qū)邊緣進(jìn)行選取。勾選“連續(xù)”選項(xiàng)的意義在于，在使用魔棒工具時(shí)，只會(huì)選取和已存在選區(qū)接壤的圖像，可以避免過多的非皮損區(qū)被選中（圖 3D）。

圖1 Photoshop軟件中圖像預(yù)處理界面

圖2 Photoshop軟件中標(biāo)尺工具使用界面

圖3 Photoshop軟件中分割ROI區(qū)的圖像

若第一次選區(qū)時(shí)，僅有少部分ROI區(qū)被選中，則說明容差過窄，將很多ROI區(qū)排除在外了，此時(shí)可以適當(dāng)調(diào)大容差，如將15改為20；相反，進(jìn)行連續(xù)選取時(shí)，若出現(xiàn)某一次選區(qū)后非ROI區(qū)被大面積選中的情況，可以使用“Ctrl+Alt+Z”撤銷該步，然后調(diào)小容差，并勾選連續(xù)選項(xiàng)后再繼續(xù)。

1.2.1.4 記錄ROI區(qū)面積 此時(shí)對皮損區(qū)域的選擇已經(jīng)完成，打開直方圖，并點(diǎn)擊刷新按鈕，此時(shí)像素值就是所有被選中區(qū)域的像素總和記為X（圖 4），則皮損面積=X/Y2[12]。同時(shí)還可以得到ROI區(qū)平均灰度值。

1.2.2 Image J軟件

1.2.2.1 設(shè)置比例尺 將待統(tǒng)計(jì)的圖片拖入Image J軟件，在英文輸入法下，使用加號（+）、減號（-）可以調(diào)節(jié)圖片的大小，方便稍后進(jìn)行選取。首先打開Analyze菜單下的Set measurements 選項(xiàng)對統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行定制。勾選Area（面積）和Mean gray value（平均灰度值）兩項(xiàng)（圖5）。

點(diǎn)擊工具欄“直線”（Straight line）工具（圖 6），選擇長度為N個(gè)厘米的標(biāo)尺，打開Analyze＞Measure(Ctrl+M)測量工具即可得知這N個(gè)厘米所對應(yīng)的像素長度L（圖 6）。選擇Analyze＞Set scale設(shè)置比例尺，此時(shí)剛剛測量的長度L已經(jīng)自動(dòng)錄入Distance in pixels項(xiàng)，Known distance項(xiàng)填入“N”，Pixel aspect ratio保持“1”不變[13]，Unit of length改為“厘米”（圖 6），可以看到下部已經(jīng)自動(dòng)計(jì)算出Scale為每厘米對應(yīng)的像素?cái)?shù)，至此比例尺設(shè)置完成。

1.2.2.2 分割ROI區(qū) 然后點(diǎn)擊工具欄“自由選取”（freehand selections）工具，沿ROI區(qū)邊緣手動(dòng)勾選即可。若存在兩個(gè)或兩個(gè)以上分離的ROI區(qū)，則在按下Shift鍵的同時(shí)可以繼續(xù)添加新的選區(qū)。若不按下Shift鍵，進(jìn)行下一次選取時(shí)會(huì)抹去第一次的選區(qū)。

1.2.2.3 記錄ROI區(qū)面積 所有ROI區(qū)選擇完畢后，使用Ctrl+M即可自動(dòng)計(jì)算出以平方厘米為單位的ROI區(qū)的面積總和（圖 7）。關(guān)閉當(dāng)前圖片，拖入新的圖片后進(jìn)行下一次統(tǒng)計(jì)，面積測量結(jié)果會(huì)累積在Results欄。多次統(tǒng)計(jì)的結(jié)果可以選擇性復(fù)制或一次性使用Ctrl+S導(dǎo)出為Excel、Word等儲(chǔ)存介質(zhì)。

1.2.3 另一種分割ROI區(qū)的方法 對于ROI區(qū)與非ROI區(qū)對比明顯的照片（如伍德燈下拍攝所得），還可以使用閾值法進(jìn)行分割。Image＞Adjust＞Threshold (快捷鍵為Ctrl+Shitf+T)打開閾值面板，Threshold color設(shè)置為Red，Color space 設(shè)置為HSB，保持Hue不變，在色彩飽和度和亮度兩項(xiàng)的峰值附近調(diào)節(jié)滑塊，使得盡量多的ROI區(qū)被紅色填充[14]，而盡量少的非ROI未被紅色填充，點(diǎn)擊Select即可選中被紅色填充的部分（圖 8）。若對結(jié)果不滿意可以點(diǎn)擊Original重新調(diào)整。同Photoshop軟件的魔棒操作，被選中的非ROI區(qū)，按下Alt的同時(shí)使用Freehand Selections工具可以將其減去，而未被選中的ROI區(qū)，按下Shift鍵的同時(shí)，使用Freehand Selections工具可以將其選中（圖 9）。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料用（±s）表示，組間對比采用t檢驗(yàn)或方差分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖4 Photoshop軟件中記錄ROI區(qū)面積的界面

圖5 Image J 軟件中比例尺的設(shè)置

圖6 Image J 軟件中比例尺的應(yīng)用

圖7 Image J 軟件中ROI區(qū)面積記錄的界面

2 結(jié)果

2.1 Photoshop和Image J軟件測量已知面積圖形結(jié)果評價(jià)

在計(jì)算機(jī)上使用Photoshop軟件繪制已知精確面積的圖形并打?。▓D 10）。共繪制打印的19個(gè)圖形包含規(guī)則圖形和各式不規(guī)則圖形（面積0.96～99.99 cm2），比較全面地覆蓋了皮膚科常見皮損的面積范圍，模擬了臨床工作中患者的大部分皮損情況。將打印的照片拍照得到數(shù)碼照片后使用Photoshop和Image J軟件計(jì)算面積，其中Photoshop軟件采用閾值法測量，Image J軟件采用手動(dòng)分割法測量，每張照片重復(fù)測量3次，經(jīng)配對設(shè)計(jì)t檢驗(yàn)二者的統(tǒng)計(jì)結(jié)果與已知的真值相比沒有差異，即Photoshop和Image J軟件所得的結(jié)果均可以反應(yīng)所統(tǒng)計(jì)圖片的實(shí)際面積（表1）。

圖8 閾值法分割ROI區(qū)的界面

圖9 閾值法分割ROI區(qū)的界面

圖10 繪制已知面積的圖形并打印

表1 Photoshop和Image J軟件測量已知面積圖形

2.2 Photoshop和Image J軟件對皮損照片數(shù)字化面積測量的穩(wěn)定性評價(jià)

隨機(jī)選取10張白癜風(fēng)患者的數(shù)碼照片，由熟悉兩種軟件操作的3位皮膚科住院醫(yī)師分別測量皮損面積，其中Photoshop軟件采用閾值法測量，Image J軟件采用手動(dòng)分割法測量，每張照片重復(fù)測量5次，采用方差分析的方法比較，結(jié)果顯示差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），提示兩種軟件對照片進(jìn)行數(shù)字化處理后測量皮損面積的能力相當(dāng)，而且重復(fù)性很好（表2）。

3 討論

臨床工作中，不同患者的皮損程度，拍攝光線、距離[15]、是否使用伍德燈等因素都會(huì)對使用軟件統(tǒng)計(jì)皮損面積的步驟產(chǎn)生影響，要根據(jù)不同情況，熟練使用魔棒和索套工具，弄懂“添加到選區(qū)”和“從選區(qū)減去”的意義，把握好容差的尺度以及連續(xù)的勾選與否，都會(huì)提高對ROI區(qū)選擇的效率和準(zhǔn)確性。

理論上Photoshop軟件的處理范圍涵蓋了Image J，但是對于境界清楚、數(shù)量較少的皮損，使用Image J軟件可以快速得出結(jié)果。兩種軟件均可以直接勾選ROI區(qū)邊界進(jìn)行圖像分割，也可以通過系統(tǒng)自動(dòng)識別色差達(dá)到目的，不過Photoshop的操作過程更直觀、可視?？梢愿鶕?jù)皮損照片的情況選擇合適的軟件進(jìn)行處理。

實(shí)際測量中，面積的測量要求每次的拍攝環(huán)境、距離、光照條件、角度等盡量保持一致，以減少拍攝環(huán)節(jié)對皮損面積統(tǒng)計(jì)造成的誤差[16]。

表2 3位操作者使用Photoshop和Image J軟件實(shí)測白斑照片比較

Image J軟件也具備類似Photoshop的魔棒功能（wand tool），雙擊該選項(xiàng)可以調(diào)節(jié)寬容度（tolerance）進(jìn)行圖像分割，不過其調(diào)節(jié)功能并不如Photoshop軟件高效；另外在Image J軟件官網(wǎng)上有數(shù)量眾多的插件可以下載，大大擴(kuò)充了該軟件的使用場景，可以預(yù)見隨著Image J軟件的不斷完善，其在圖像后期處理領(lǐng)域會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用。在移動(dòng)智能設(shè)備不斷普及的大趨勢下，以手機(jī)和平板電腦為終端的皮損面積計(jì)算應(yīng)用必定會(huì)得到發(fā)展和廣泛應(yīng)用[17]。

綜上所述，通過對白癜風(fēng)患者白斑拍攝照片加后期Photoshop/Image J軟件統(tǒng)計(jì)的方法測量白斑面積的方法準(zhǔn)確、可靠，適用于測量多種形式的白斑照片，具有普適性。Photoshop和Image J軟件在統(tǒng)計(jì)結(jié)果上并無差異。Photoshop軟件可以處理與正常皮膚對比不明顯的皮損，而考慮到Image J軟件的小巧易用，故對比明顯者更推薦使用Image J軟件。

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The performance of Image J in measuring the area of vitiligo macule

ZHANG Xin，WANG Hai-hong，WANG Chen，et al
Department of Dermatology, Xuanwu Hospital, Capital Medical University, Beijing 100069, China

Objective To establish the digital measurement and provide an objective and easy way for clinical evaluation of the vitiligo skin lesions. Method The standard figures and lesion photos from vitiligo patients were measured with Photoshop and Image J. Normal skin and vitiligo lesions were segmented by manual selection or setting thresholds, then the area was calculated automatically according to the scale. Results Both Photoshop and Image J showed high accuracy when they were used to measure the standard f gures. The results were in accordance with the real value and showed lower CV in the repeated measurements. Both the two softwares showed stable and accurate results of the lesion photos. There was no signif cant statistical difference between Photoshop and Image J(P＞0.05).Conclusion Both Photoshop and Image J are accurate, reliable and stable when they being used to measure the lesion photos. Photoshop is a powerful and comprehensive tool, while Image J is small, smart and easy to use with abundant plugins.

Vitiligo；Area，lesion；Photoshop；Image J

R758.41

A

1674-1293(2017)01-0004-05

張 鑫

2016-08-16

2016-11-16）

（本文編輯 耿建麗）

10.11786/sypfbxzz.1674-1293.20170102

首都醫(yī)科大學(xué)本科生科研創(chuàng)新項(xiàng)目-皮損程度數(shù)字化評估系統(tǒng)的建立（編號：XSKY2015115）

100053北京，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院皮膚性病科（張鑫，王海紅，王晨，楊楚琪，張海萍）

張鑫，本科在讀， E-mail: 13263372236@163.com

張海萍，E-mail: zhanghaiping@xwh.ccmu.edu.cn