3D掃描技術在乳房重建中的應用

王加琪 王振宇 張研 姜義

吉林大學第二醫院乳腺外科（長春130000）

最新的全球癌癥統計數據顯示，乳腺癌是女性中最常見的惡性腫瘤，是導致女性死亡的主要原因之一[1]。傳統的乳腺癌改良根治術不僅會造成乳房的缺失，同時可能導致患者自信心下降、自我認同度降低等一系列社會心理學問題[2]。盡管乳腺癌保乳術的比例有所提升，但是患者術后形體缺陷仍然較明顯[3]。對于接受乳房切除術的女性來說，乳房重建在提升乳房美觀程度及身體形象的同時，還能改善其生存質量[4]。重建后乳房的美學評估關鍵要素為乳房的大小、形狀、對稱性及乳頭乳暈復合體等。傳統的術前設計主要依賴于術者經驗及人體測量，往往缺乏客觀性、準確性和可重復性[5]。理想的美學評估方法應具有基于量化的測量數據且操作簡單，易于理解，重復性高，與患者報告結局測量工具（patient-reported outcome，PRO）有良好的相關性等特點[6]。近年來，3D掃描技術在乳腺外科及整形外科中越來越受歡迎，為乳房的形狀測量和定量分析提供了新的客觀依據[7]。本文就3D掃描技術在乳房重建中的應用作一綜述。

1 3D掃描技術在乳房重建中應用的基本原理

3D掃描技術主要包括激光掃描、立體攝影測量和結構光投影[8-9]。激光掃描一般遵循三角測量的原則，連續發射的激光束以不斷變化的相位角進行高速掃描，投射到乳房表面之后被對入射光線方向敏感的探測儀部分反射和捕獲，從而可以獲得乳房表面的三維體表基準點[7，10]。立體攝影測量系統通常包括成對的高分辨率相機和閃光燈，每對相機分別以左側、右側、前方和仰視角度同時拍攝圖像，以捕獲整個乳房表面[9]。結構光投影則由標準彩色電荷耦合攝像機和結構光組成，相機在不同的模式位置下隨著光柵的移動捕獲圖像[11-12]。目前乳房測量中激光掃描和結構光投影更為常用。

2 3D掃描乳房重建的數據獲取及優化

乳房重建的評估測量方法包括人體測量法、排水法、影像法、熱塑模型測量法、3D掃描法等[13]，評估其結果的主要指標為準確性、可重復性和再現性。相較于其他方法，3D掃描具有成像時間快，重復性及再現性好，結果較為準確且無侵襲性的特點。

2.1 3D掃描乳房重建的數據獲取3D掃描技術常用于乳房體積計算和對稱性評估。在進行乳房體積計算時，除了選取一個經過驗證的測量軟件，另外兩個最重要的因素是選取乳房邊界指示點和模擬胸壁曲率[14]。在獲得三維圖像之后，通過標記乳房的邊界可以創造乳房丘面。軟件通過模擬胸壁曲率，計算封閉的乳房體積[5]。通過建立三維坐標系結合3D模型軟件分析，可以測量不同徑線的距離并評估乳房的不對稱性。

2.2 3D掃描乳房重建的優化既往認為在3D掃描測量過程中保持固定的體位和呼吸狀態的一致性可能對結果有重要影響。HAMEETEMAN等[15]比較了患者分別在手臂背位、手臂臀位和手臂水平位下進行3D掃描的圖像，發現當患者處于手臂水平位時，圖像的重復性較高。WANG等[16]的最新研究指出不同的呼吸相對于乳房的體積計算結果沒有顯著差異。對此當前尚無統一定論，有待進一步研究對3D掃描的結果進行優化。

3 3D掃描技術在乳房重建中的應用進展

乳房重建術式主要可以分為兩大類：自體重建（使用自體組織）和假體重建（使用植入物）[17]。乳房重建的美學評估要素主要包括乳房的大小、形狀、對稱性及乳頭乳暈復合體。良好的美學效果依賴于個體化的術前設計。動態化的術后評估對于改善患者報告結局和提升手術技術也至關重要。

3.1 3D掃描技術應用于假體重建在臨床實踐中，假體的選擇主要基于術者經驗和術前線性參數（高度、寬度、投影等）的人體學測量[18]，但是，線性的測量結果不足以準確描述乳房的大小和形狀[19]。3D掃描作為一種非侵入性的技術，能夠較好地重現乳房輪廓，讓患者更直觀地了解乳房重建效果，有助于術前溝通。UTSUNOMIYA等[20]通過3D掃描儀測量乳房重建術前體積、術中切除標本體積及植入物體積，發現它們之間存在高度相關性，提示3D掃描技術可用于指導術前假體大小選擇。SZYCHTA等[21]的一項前瞻性隨機對照研究分析了3D掃描在二期乳房重建假體選擇中的臨床應用，對比了3D掃描技術、人體測量法及熱塑法進行假體大小評估，得出3D掃描成像具有最好的重復性和準確性。假體重建術中常聯合脫細胞異體真皮基質（acellular dermal matrix，ADM），可以改進重建乳房的輪廓和美觀度[22]。TSAY等[23]利用3D掃描和3D掃描乳房測量學比較了使用和不使用ADM的重建效果，使得該差異得以量化。假體重建術后可能出現的并發癥包括組織水腫、假體移位、包膜攣縮等，這將導致乳房不對稱，從而影響美觀程度。利用3D掃描設備可以評估乳房的不對稱性，同時對乳房體積進行動態評估[24]。

3.2 3D掃描技術應用于自體重建

3.2.1 3D掃描技術應用于自體皮瓣重建自體皮瓣重建乳房輪廓自然、柔軟，對于放療的耐受優于植入物且患者滿意度明顯高于植入物乳房重建[25]。自體皮瓣重建的供區有多種選擇，最常用的為橫型腹直肌肌皮瓣（transverse rectus abdominis myocutaneous，TRAM）、腹壁下動脈穿支（deep inferior epigastric perferator，DIEP）皮瓣和腹壁下淺動脈（superficial inferior epigastric artery，SIEA）皮瓣[26]。其中保留肌束的游離TRAM皮瓣和DIEP皮瓣是自體組織乳房重建的首選。充分的術前評估和皮瓣設計是手術成功的關鍵。TOMITA等[27-28]在術前通過結合3D掃描和3D打印乳房模型預估DIEP皮瓣重建所需供區體積和組織量，以便捷的方式和低廉的成本獲得了良好的重建效果。這對于經驗不足的外科醫生來說是十分具有借鑒意義的。CHAE等[29]借助3D立體攝影和3D鏡像打印技術，通過其所在研究中心自主研發的St Andrew′s的錐形成型技術為患者創建了個性化皮瓣投影從而指導圍手術期決策與評估。HUMMELINK等[30]結合3D掃描成像和計算機斷層血管造影（computed tomography angigraphy，CTA）數據，在術前設計時通過體表投影的方式在體表標記出每個皮瓣的大小、灌注區及穿支動脈皮瓣的位置，以減少二次手術修正的可能。在術后評估中，結合3D掃描結果與BREAST-Q量表，可以對自體皮瓣重建的美學效果及患者滿意度進行客觀評價[31]。

隨著全球人口老齡化，老年人的乳房重建訴求也在增加?；仡櫺躁犃醒芯孔C明老年患者自體皮瓣重建是安全的并且通常有良好的結果[32]。近期一項利用3D掃描方法計算基于年齡的乳房形態的研究[33]提出，在60歲以上的女性進行乳房重建手術時，應特別注意年齡相關的乳房形態變化。

3.2.2 3D掃描技術應用于自體脂肪移植近年來，脂肪移植在乳房整形及重建中應用越來越為廣泛。它可以輔助常規乳房重建技術Ⅱ期改善重建乳房的外形、或聯合BRAVA技術進行部分或者全部乳房重建及改善放療導致的乳房區域皮膚損傷[34]。自體脂肪移植術后評估的兩個關鍵點是脂肪存活比率和是否出現相關并發癥。利用MRI和3D掃描測量自體脂肪移植術后乳房體積均可提供準確可靠的數據[35-36]。盡管MRI對于體積的評估更為準確，但是考慮到費用及放射性等問題，許多醫生更傾向于使用3D掃描技術[37-39]。綜合來看，在長期隨訪中，3D掃描技術仍為動態評估自體脂肪移植術后脂肪存活情況最理想的隨訪工具。

3.3 3D掃描技術應用于乳頭乳暈復合體重建乳頭乳暈復合體作為乳房美學的核心，常被考慮為乳房重建效果的重要評估要素。對于接受根治性乳房切除術的乳腺癌患者來說，乳頭乳暈復合體重建是乳房重建的最后一步[40]。其美學評估要點包括大小、位置、投影、顏色和質地等[41]。在一項單中心回顧性研究[42]中，3D掃描技術被首次用于定量測量乳頭體積、乳頭測量、乳暈投影和直徑，提供全面的三維數據以評估乳頭重建情況，其應用價值得到了肯定。

4 3D掃描技術在乳房重建中的應用限制

3D掃描作為一種較為新興的技術，目前尚未得到大規模的臨床應用。2016年，一項面向美國整形外科醫師協會成員的問卷調查顯示：盡管3D掃描在患者教育和大小測量中的價值得到了充分肯定，大多數外科醫生（85%）目前沒有在他們的日常實踐中使用該技術[43]。其主要原因可能在于高昂的儀器購置成本，缺乏移動性和靈活性等方面[5，44]。近年來，3D 掃描技術的研究熱點集中于在不犧牲成像效果的前提下尋求一種更為便攜、廉價的設備進行三維圖像重建，旨在以更低的價格向更廣泛的受眾提供入門級3D掃描技術。KOBAN等[44]在45例乳腺癌患者中對比了SenseTM低成本手持式3D掃描儀與成熟的VECTRA?XT（Canfield Scientific，NJ，USA）3D成像系統的乳房成像效果。結果顯示這種新型的移動掃描儀整體表現良好，與醫學成像系統在乳房線性距離測量、體積分析、表面偏差、可重復性和可靠性上存在高度相關性。LACHER等[45]探討了在乳房重建中使用低成本深度相機（RGB-D camera）的可能性，在實際的重建數據測量中，得到了僅為2～4 mm的絕對誤差。Kinect作為一款美國微軟公司開發的的3D體感攝影機，被廣泛應用于游戲行業，該便攜式設備價格只有約為100歐元，同時配備了友好的用戶界面，旨在實現捕捉三維空間中的體感動作。多名研究者[46-48]嘗試了Kinect在乳房評估中的應用，其在術前假體大小選擇和術后評估中呈現出可靠的價值。3D成像技術在向更加便捷、價格低廉發展的同時，也正在向更多的智能終端推廣?；谠贫藬祿?D成像模擬系統有望擺脫硬件的支持提供乳房的擬合數據[49]。

3D掃描的另一個應用限制在于其不具備透視性，對于體積較大的乳房，其乳房下皺襞無法正確成像。利用定位框架[50]或者傾斜臺[51]幫助患者變換體位的方式雖然可以獲得較好的準確性與重復性，但是可能會改變乳房的體表標記點位置，且降低患者的依從性。因此，在大體積乳房和（或）下垂乳房中3D掃描結果被認為存在缺陷，此時往往需要結合人體測量法進行數據補充[8]。

5 小結與展望

傳統的診療模式中，外科醫生和整形醫生往往在臨床決策中占主導地位。研究表明醫生與患者之間的共享決策能夠幫助患者選擇臨床背景與個人偏好一致的治療方法[52]，可以提高決策質量并減少患者對乳房切除術后乳房再造的決定感到后悔的情況，最終改善患者的生存質量[53]。3D掃描技術的出現，為醫患溝通和術前決策提供可視化的模型，幫助患者更直觀地了解手術效果。同時可以提供客觀的數據，在術后的美學評估中也展現了良好的準確性及重復性。盡管存在一些應用限制，3D掃描技術仍具有不可替代的應用及推廣價值。近年來，乳房重建的需求伴隨著對乳腺癌患者術后生存質量關注度的提高而增高，然而相較于發達國家，中國的乳房重建比例仍然很低[54]，且大多數醫院還沒有采用患者報告結局，從患者自身的角度對不同的外科治療手段作出評價，并運用評價結果來指導臨床決策[55]。這些均為可能阻礙3D掃描技術在國內應用的社會因素。筆者希望隨著設備和技術的迭代更新，3D掃描技術最終能夠在臨床得以推廣，廣大的乳腺外科及整形外科醫生更加關注乳房重建患者的訴求及術后生存質量，患者通過接受更全面的術前教育能夠提高對于美的追求，重拾生活的信心。