Оптимізація діагностики та лікування ран опікового ґенезу

Фармага Т. І. Оптимізація діагностики та лікування ран опікового ґенезу. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії за спеціальністю 222. Медицина. – ДНП «Львівський Національний Медичний Університет імені Данила Галицького» МОЗ України, Львів, 2025.

 Дисертаційна робота присвячена удосконаленню діагностики та підвищенню ефективності лікування хворих з ранами опікового ґенезу шляхом інтеграції цифрової планіметрії та термографії з використанням штучного інтелекту.  Опікова травма є однією з найпоширеніших і одночасно найскладніших форм травмування, що потребує висококваліфікованого підходу у діагностиці та лікуванні. Вона супроводжується не лише інтенсивним болем і високим ризиком ускладнень, але й значним соціально-економічним навантаженням через тривале перебування пацієнтів у стаціонарі та потребу у довготривалій реабілітації. Статистично найбільш схильними до опікових травм є молоді працездатні особи, проте опіки можуть виникати у будь-якій віковій групі та не залежать від статі. Особливо актуальним є лікування опікових ран у контексті бойових травм, де вони часто поєднуються з іншими тяжкими ушкодженнями. Лікування таких пацієнтів залишається надзвичайно складним завданням через множинність ускладнень, тривалу госпіталізацію, необхідність проведення комплексного посттравматичного догляду, корекції рубцевих деформацій та підтримки психологічного стану пацієнтів. Ключовим аспектом успішного лікування вже на самому початку є диференціація некротизованих тканин від життєздатних, що визначає подальшу стратегію лікування та безпосередньо впливає на результати реконвалесценції. Площа та глибина опіку – це ті чинники, що визначають вибір хірургічної тактики, прогноз термінів загоєння та обсяг реконструктивних втручань.  У рандомізований спосіб у дослідження залучено 151 хворий з ранами опікового ґенезу, що отримували медичну допомогу в опіковому відділенні для дорослих Міського центру термічної травми та пластичної хірургії відокремленого підрозділу «Лікарня Святого Луки» Комунального некомерційного підприємства «Львівське територіальне медичне об‘єднання «Багатопрофільна клінічна лікарня інтенсивних методів лікування та швидкої медичної допомоги». Серед обстежених пацієнтів переважали чоловіки (59,4 %) працездатного (42,4 % середнього та 35,1 % зрілого) віку, що отримали травму переважно внаслідок контакту з полум‘ям (47,0 %). Площа ураження у третини обстежених перевищувала 20,0 % загальної площі тіла (39,7 %) з переважною локалізацією ран на функціональних та видимих ділянках шкіри – на кистях та/або передпліччях (27,6 %) і гомілках та/або стопах (22,7 %).  Усіх хворих було обстежено відповідно до актуальних клінічних протоколів та Стандарту медичної допомоги «Опіки» (Наказ Міністерства охорони здоров‘я України від 09.10.2023 № 1767). Додатково, під час оцінки локального статусу було зроблено традиційне фото рани, а також додатково термофотографію за допомогою безконтактного термометра FLIR One, які в подальшому аналізувалися.  Розроблено програмне забезпечення «Аналізатор ран» для цифрової планіметричної вульнерометрії, що забезпечує об‘єктивну та відтворювану оцінку площі уражень шкіри. Програма проста у використанні, сумісна з комп‘ютерами лікувальних закладів та не потребує спеціальної підготовки медперсоналу. Програмне забезпечення реалізує повний цикл оцінки: отримання цифрового зображення рани, його обробку алгоритмами та збереження результатів у базі даних. Підтримується синхронізація через хмару, автоматичне обчислення площі ушкодження та масштабування даних у реальні одиниці, що усуває суб‘єктивність оцінки. Інтерактивне нанесення контурів на багатошаровому зображенні дозволяє поєднати клінічну оцінку з комп‘ютерним аналізом. Додаткові функції – це централізована база даних та авторизація користувачів – роблять «Аналізатор ран» діагностичним та інформаційно-аналітичним інструментом сучасної медицини. Апробація програми «Аналізатор ран» проведена на 23 пацієнтах із різними видами ран: глибокими та поверхневими опіками (16), післятравматичними (5) і кусаними (2). Визначали площу, периметр, довжину, ширину та радіус ураження. Порівняння цифрових даних із клінічними спостереженнями показало високу точність: ширина – 98,96±1,28%, довжина – 99,43±0,79%, радіус – 99,61±0,65%, периметр – 98,96±1,19%, площа – 99,52±0,67%. Результати демонструють, що цифрова планіметрична вульнерометрія може ефективно замінити традиційну візуальну оцінку ран, мінімізуючи похибки людського фактора. Збереження даних у базі дозволяє моніторинг динаміки загоєння та побудову індивідуальних прогнозів для оптимальної терапії. Методика концептуально подібна до існуючих підходів кількісної оцінки ран, проте відрізняється вищою інтеграцією та універсальністю. На відміну від фотографування із площинним еталоном, використання аналогових камер або мобільних застосунків, запропонована технологія має хмарну архітектуру, сумісна з будь-яким пристроєм, включно зі смартфоном, що значно підвищує її практичну ефективність у клінічних умовах. Водночас для комплексного аналізу опіку постала необхідність оцінки і глибини рани, тому було проведено аналіз сучасних методик для оцінки глибини опікової рани та виявлено, що термографія є найбільш чутливою та водночас простою і доступною методикою, яка дозволяє виявити температурні відмінності між некротизованими та життєздатними тканинами. Інфрачервоне випромінювання безконтактно відображає стан мікроциркуляції та клітинного метаболізму, що дозволяє швидко оцінювати великі ділянки опіку в реальному часі. Дослідження з портативним пристроєм FLIR One показало кореляцію температурних різниць із глибиною опіку і визначив конкретні значення температури для поверхневого та глибокого опіку: температура здорової шкіри становила 34,7°С (34,4–35,1°С), поверхневого опіку – 35,8°С (35,5–36,2°С), глибокого опіку – 32,4°С (32,0–32,8°С), різниця температур між здоровою шкірою та поверхневим опіком склала 1,1°С (0,7–1,5°С), між здоровою шкірою та глибоким опіком – 2,3°С (2,2–2,4°С), а між поверхневим і глибоким опіками – 3,4°С (3,0–3,8°С).

Комбінація цифрової планіметричної вульнерометрії та термографії забезпечує об‘єктивне визначення площі та глибини ураження, підвищує точність діагностики, оптимізує вибір лікувальної тактики. Методика має значний потенціал для впровадження у практичну охорону здоров‘я, включно з військовою медициною, де швидкість і точність діагностики критично важливі.

На наступному етапі дослідження проведено об‘єктивізацію клінічних ознак глибини опікових ран через їх зіставлення з термографічними даними. ROC-аналіз показав, що температурні параметри мають найвищу діагностичну інформативність (AUC = 0,94–0,99), тоді як серед клінічних маркерів найбільш прогностично значущим був капілярний рефіл (AUC = 0,81), а колір рани і характер пухирів мали меншу чутливість, але залишаються корисними додатковими критеріями.

На основі отриманих даних розроблено комплексну модель оцінки глибини опікових уражень, що поєднує клінічні ознаки, цифрову планіметрію та термографію з алгоритмами машинного навчання. Random Forest показав найвищу стабільність та точність (Accuracy ≈ 96,8%, F1-score = 0,97) і дозволив автоматично визначати належності опіку до поверхневого або глибокого класу, а також оцінювати важливість окремих ознак (мінімальна та максимальна температура, час капілярного рефілу).

Є можливість інтеграції моделі у  програму «Аналізатор ран», що дасть можливість автоматизовано аналізувати термографічні дані: програма зможе розпізнавати мінімальні та максимальні температурні ділянки, прогнозувати ступінь опіку та візуалізувати межі поверхневих і глибоких зон. Система забезпечить стандартизовану, об‘єктивну та швидку оцінку, мінімізувати суб‘єктивність лікаря та підвищувати точність діагностики, що особливо цінно для медицини катастроф і військової хірургії. Запропонований підхід є новаторським для України і відкриває можливості широкого впровадження штучного інтелекту та цифрових технологій у практику опікової медицини.

У межах дослідження обґрунтовано використання тангенціального висічення з одночасною аутодерматопластикою, доповненого цифровою планіметрією та термографією для об‘єктивної оцінки площі та глибини опікового ураження. Програма «Аналізатор ран» дозволяла точно визначати межі некротичних ділянок, а термографія (FLIR One) підвищувала точність оцінки життєздатності тканин, мінімізуючи ризик залишкового некрозу та надлишкової резекції.

Клінічні результати підтвердили ефективність методики у 52 пацієнтів. Дослідна група демонструвала суттєві покращення порівняно з контрольною: тривалість госпіталізації скоротилась майже вдвічі (12,2±4,4 проти 20,8±4,1 діб, p<0,05), кількість оперативних втручань і загальних знеболювань зменшилася, а число перев‘язок на одну рану скоротилось з 11,5±2,3 до 4,0±1,3 (p<0,05).

Тривалість епітелізації ран у дослідній групі становила 15,5±3,9 діб проти 28,3±5,4 діб у контрольній. Частота інфекційних ускладнень знизилась удвічі (16,4% проти 31,0%), а лізису трансплантатів – з 53,4% до 25,4% (p<0,05). Через 3–6 місяців потреба у вторинних реконструктивних втручаннях становила лише 10,8% у дослідній групі проти 37,5% у контрольній.

Поєднане застосування термографії та цифрової планіметрії дозволяє мінімізувати видалення здорових тканин, покращити функціональний і косметичний результат, зменшити післяопераційні ускладнення, скоротити перебування у стаціонарі та знизити потребу у повторних операціях. Результати дослідження підтверджують практичну ефективність підходу та створюють основу для удосконалення стандартів комбустіологічної допомоги.

Ключові слова: опіки, опікові рани, площа поверхні опіку, глибина ураження, термометрія, діагностика, лікування, тангенціальне висічення, некректомія, дебрідмент, біль, рана, аутодерматопластика, мазки з опікових ран, пластика дефектів м‘яких тканин, дефект м‘яких тканин, оперативні втручання, бойова травма, травма, штучний інтелект, прогнозування результатів лікування.

Farmaha T. I. Optimisation of diagnosis and treatment of burn wounds. – Qualification scientific work on the rights of the manuscript. Thesis for the degree of Doctor of Philosophy in the specialty 222. Medicine. – DNP "Danylo Halytsky Lviv National Medical University" Ministry of Health of Ukraine, Lviv, 2025. The dissertation is devoted to improving the diagnosis and increasing the effectiveness of treatment of patients with burn wounds by integrating digital planimetry and thermography using artificial intelligence. Burn injury is one of the most common and at the same time most complex forms of injury, requiring a highly skilled approach to diagnosis and treatment. It is
accompanied not only by intense pain and a high risk of complications, but also by a significant socio-economic burden due to the long hospitalisation of patients and the need for long-term rehabilitation. Statistically, young working-age people are most prone to burn injuries, but burns can occur in any age group and do not depend on
gender. The treatment of burn wounds is particularly relevant in the context of combat injuries, where they are often combined with other serious injuries. The treatment of such patients remains an extremely difficult task due to multiple complications, prolonged hospitalisation, the need for comprehensive posttraumatic care, correction of scar deformities and support for the psychological state of patients. A key aspect of successful treatment from the very beginning is the differentiation of necrotic tissue from viable tissue, which determines the further treatment strategy and directly affects the results of convalescence. The area and depth of the burn are the factors that determine the choice of surgical tactics, the prognosis for healing time, and the extent of reconstructive interventions. The study randomly enrolled 151 patients with burn wounds who received medical care at the burn unit for adults at the City Centre for Thermal Trauma and Plastic Surgery, a separate division of St. Luke's Hospital Municipal non-profit enterprise "Lviv Territorial Medical Association "Multidisciplinary Clinical Hospital of Intensive Care and Emergency Medical Care" . Among the patients examined, men (59.4%) of working age (42.4% middle-aged and 35.1% mature) predominated, who had suffered injuries mainly as a result of contact with flames (47.0%). The area of damage in one third of the examined patients exceeded 20.0% of the total body surface area (39.7%), with wounds predominantly located on functional and visible areas of the skin – on the hands and/or forearms (27.6%) and lower legs and/or feet (22.7%). All patients were examined in accordance with current clinical protocols and the Medical Care Standard "Burns" (Order of the Ministry of Health of Ukraine No. 1767 of 09.10.2023). In addition, during the assessment of the local status, a traditional photo of the wound was taken, as well as additional thermography using a FLIR One non-contact thermometer, which were subsequently analysed.
The "Wound Analyser" software has been developed for digital planimetric vulnometry, which provides an objective and reproducible assessment of the area of skin damage. The programme is easy to use, compatible with the computers of medical institutions and does not require special training of medical staff. The software implements a complete assessment cycle: obtaining a digital image of the wound, processing it with algorithms, and saving the results in a database. It supports cloud synchronisation, automatic calculation of the area of damage, and scaling of data to real units, which eliminates subjectivity in assessment. Interactive contouring on a multi-layered image allows clinical assessment to be combined with computer analysis. Additional features, such as a centralised database and user authorisation, make the Wound Analyser a diagnostic and information-analytical tool for modern medicine. The Wound Analyser programme was tested on 23 patients with different types of wounds: deep and superficial burns (16), post-traumatic (5) and bite wounds (2). The area, perimeter, length, width and radius of the lesion were determined. A comparison of digital data with clinical observations showed high accuracy: width – 98.96±1.28%, length – 99.43±0.79%, radius – 99.61±0.65%, perimeter – 98.96±1.19%, area – 99.52±0.67%.
The results demonstrate that digital planimetric vulnometry can effectively replace traditional visual wound assessment, minimising human error. Storing data in a database allows monitoring of healing dynamics and the creation of individualised prognoses for optimal therapy. The technique is conceptually similar to existing approaches to quantitative wound assessment, but differs in its higher integration and versatility. Unlike
photography with a flat reference, the use of analogue cameras or mobile applications, the proposed technology has a cloud architecture that is compatible with any device, including smartphones, which significantly increases its practical effectiveness in clinical settings. At the same time, for a comprehensive analysis of burns, it became necessary to assess the depth of the wound, so an analysis of modern methods for assessing the depth of burn wounds was carried out and it was found that thermography is the most sensitive and at the same time simple and accessible method that allows detecting temperature differences between necrotic and viable tissues. Infrared radiation noncontact reflects the state of microcirculation and cellular metabolism, allowing rapid assessment of large burn areas in real time. Research using the FLIR One portable device showed a correlation between
temperature differences and burn depth and determined specific temperature values for superficial and deep burns: the temperature of healthy skin was 34.7°C (34.4– 35.1°C), superficial burns – 35.8°C (35.5–36.2°C), deep burns – 32.4°C (32.0– 32.8°C), the temperature difference between healthy skin and superficial burns was
1.1°C (0.7–1.5°C), between healthy skin and deep burns – 2.3°C (2.2–2.4°C), and between superficial and deep burns – 3.4°C (3.0–3.8°C). The combination of digital planimetric vulnometry and thermography provides
an objective determination of the area and depth of the lesion, increases the accuracy of diagnosis, and optimises the choice of treatment tactics. The technique has significant potential for implementation in practical healthcare, including military medicine, where speed and accuracy of diagnosis are critically important. In the next stage of the study, the clinical signs of burn wound depth were objectified by comparing them with thermographic data. ROC analysis showed that temperature parameters have the highest diagnostic informativeness (AUC = 0.94– 0.99), while among clinical markers, capillary refill was the most prognostically significant (AUC = 0.81), and wound colour and blister characteristics had lower sensitivity but remain useful additional criteria. Based on the obtained data, a comprehensive model for assessing burn depth was developed, combining clinical indicators, digital planimetry, and thermography with machine-learning algorithms. Random Forest demonstrated the highest stability
and accuracy (Accuracy ≈ 96.8%, F1-score = 0.97), enabling automated classification of burns as superficial or deep, as well as evaluation of feature importance (minimum and maximum temperature, capillary refill time).
There is an opportunity to integrate the model into the ―Wound Analyzer‖ software, enabling automated processing of thermographic data. The program will be able to detect minimum and maximum temperature areas, predict burn depth, and visualize the boundaries of superficial and deep zones. The system will provide
standardized, objective, and rapid assessment, minimizing clinician subjectivity and improving diagnostic accuracy — an advantage particularly valuable in disaster medicine and military surgery. The proposed approach is innovative for Ukraine and opens up opportunities for the widespread introduction of artificial intelligence and
digital technologies into the practice of burn medicine. The study substantiated the use of tangential excision with simultaneous autodermoplasty, supplemented by digital planimetry and thermography for objective assessment of the area and depth of burn damage. The Wound Analyser programme allowed for accurate determination of the boundaries of necrotic areas, while thermography (FLIR One) increased the accuracy of tissue viability assessment,
minimising the risk of residual necrosis and excessive resection. Clinical results confirmed the effectiveness of the technique in 52 patients. The experimental group showed significant improvements compared to the control group:
the length of hospitalisation was reduced by almost half (12.2±4.4 vs. 20.8±4.1 days, p<0.05), the number of surgical interventions and general anaesthesia decreased, and the number of dressings per wound decreased from 11.5±2.3 to 4.0±1.3 (p<0.05). The duration of wound epithelialisation in the experimental group was 15.5±3.9 days versus 28.3±5.4 days in the control group. The frequency of infectious complications decreased by half (16.4% versus 31.0%), and graft lysis decreased from 53.4% to 25.4% (p<0.05). After 3–6 months, the need for secondary
reconstructive interventions was only 10.8% in the experimental group compared to 37.5% in the control group.
The combined use of thermography and digital planimetry minimises the removal of healthy tissue, improves functional and cosmetic results, reduces postoperative complications, shortens hospital stays, and reduces the need for repeat operations. The results of the study confirm the practical effectiveness of the approach and provide a basis for improving standards of burn care.
Keywords: burns, burn wounds, burn surface area, depth of injury, thermometry, diagnosis, treatment, tangential excision, necrectomy, debridement, pain, wound, autodermoplasty, smears from burn wounds, plastic surgery of soft tissue defects, soft tissue defect, surgical interventions, combat trauma, trauma, artificial intelligence, prediction of treatment outcomes.

https://drive.google.com/file/d/17PCRQQNNMIc6UaD7lP0YUXSU_hg6RMR4/view?usp=sharing