3D扫描技术在乳房重建中的应用

王加琪 王振宇 张研 姜义

吉林大学第二医院乳腺外科（长春130000）

最新的全球癌症统计数据显示，乳腺癌是女性中最常见的恶性肿瘤，是导致女性死亡的主要原因之一[1]。传统的乳腺癌改良根治术不仅会造成乳房的缺失，同时可能导致患者自信心下降、自我认同度降低等一系列社会心理学问题[2]。尽管乳腺癌保乳术的比例有所提升，但是患者术后形体缺陷仍然较明显[3]。对于接受乳房切除术的女性来说，乳房重建在提升乳房美观程度及身体形象的同时，还能改善其生存质量[4]。重建后乳房的美学评估关键要素为乳房的大小、形状、对称性及乳头乳晕复合体等。传统的术前设计主要依赖于术者经验及人体测量，往往缺乏客观性、准确性和可重复性[5]。理想的美学评估方法应具有基于量化的测量数据且操作简单，易于理解，重复性高，与患者报告结局测量工具（patient-reported outcome，PRO）有良好的相关性等特点[6]。近年来，3D扫描技术在乳腺外科及整形外科中越来越受欢迎，为乳房的形状测量和定量分析提供了新的客观依据[7]。本文就3D扫描技术在乳房重建中的应用作一综述。

1 3D扫描技术在乳房重建中应用的基本原理

3D扫描技术主要包括激光扫描、立体摄影测量和结构光投影[8-9]。激光扫描一般遵循三角测量的原则，连续发射的激光束以不断变化的相位角进行高速扫描，投射到乳房表面之后被对入射光线方向敏感的探测仪部分反射和捕获，从而可以获得乳房表面的三维体表基准点[7，10]。立体摄影测量系统通常包括成对的高分辨率相机和闪光灯，每对相机分别以左侧、右侧、前方和仰视角度同时拍摄图像，以捕获整个乳房表面[9]。结构光投影则由标准彩色电荷耦合摄像机和结构光组成，相机在不同的模式位置下随着光栅的移动捕获图像[11-12]。目前乳房测量中激光扫描和结构光投影更为常用。

2 3D扫描乳房重建的数据获取及优化

乳房重建的评估测量方法包括人体测量法、排水法、影像法、热塑模型测量法、3D扫描法等[13]，评估其结果的主要指标为准确性、可重复性和再现性。相较于其他方法，3D扫描具有成像时间快，重复性及再现性好，结果较为准确且无侵袭性的特点。

2.1 3D扫描乳房重建的数据获取3D扫描技术常用于乳房体积计算和对称性评估。在进行乳房体积计算时，除了选取一个经过验证的测量软件，另外两个最重要的因素是选取乳房边界指示点和模拟胸壁曲率[14]。在获得三维图像之后，通过标记乳房的边界可以创造乳房丘面。软件通过模拟胸壁曲率，计算封闭的乳房体积[5]。通过建立三维坐标系结合3D模型软件分析，可以测量不同径线的距离并评估乳房的不对称性。

2.2 3D扫描乳房重建的优化既往认为在3D扫描测量过程中保持固定的体位和呼吸状态的一致性可能对结果有重要影响。HAMEETEMAN等[15]比较了患者分别在手臂背位、手臂臀位和手臂水平位下进行3D扫描的图像，发现当患者处于手臂水平位时，图像的重复性较高。WANG等[16]的最新研究指出不同的呼吸相对于乳房的体积计算结果没有显著差异。对此当前尚无统一定论，有待进一步研究对3D扫描的结果进行优化。

3 3D扫描技术在乳房重建中的应用进展

乳房重建术式主要可以分为两大类：自体重建（使用自体组织）和假体重建（使用植入物）[17]。乳房重建的美学评估要素主要包括乳房的大小、形状、对称性及乳头乳晕复合体。良好的美学效果依赖于个体化的术前设计。动态化的术后评估对于改善患者报告结局和提升手术技术也至关重要。

3.1 3D扫描技术应用于假体重建在临床实践中，假体的选择主要基于术者经验和术前线性参数（高度、宽度、投影等）的人体学测量[18]，但是，线性的测量结果不足以准确描述乳房的大小和形状[19]。3D扫描作为一种非侵入性的技术，能够较好地重现乳房轮廓，让患者更直观地了解乳房重建效果，有助于术前沟通。UTSUNOMIYA等[20]通过3D扫描仪测量乳房重建术前体积、术中切除标本体积及植入物体积，发现它们之间存在高度相关性，提示3D扫描技术可用于指导术前假体大小选择。SZYCHTA等[21]的一项前瞻性随机对照研究分析了3D扫描在二期乳房重建假体选择中的临床应用，对比了3D扫描技术、人体测量法及热塑法进行假体大小评估，得出3D扫描成像具有最好的重复性和准确性。假体重建术中常联合脱细胞异体真皮基质（acellular dermal matrix，ADM），可以改进重建乳房的轮廓和美观度[22]。TSAY等[23]利用3D扫描和3D扫描乳房测量学比较了使用和不使用ADM的重建效果，使得该差异得以量化。假体重建术后可能出现的并发症包括组织水肿、假体移位、包膜挛缩等，这将导致乳房不对称，从而影响美观程度。利用3D扫描设备可以评估乳房的不对称性，同时对乳房体积进行动态评估[24]。

3.2 3D扫描技术应用于自体重建

3.2.1 3D扫描技术应用于自体皮瓣重建自体皮瓣重建乳房轮廓自然、柔软，对于放疗的耐受优于植入物且患者满意度明显高于植入物乳房重建[25]。自体皮瓣重建的供区有多种选择，最常用的为横型腹直肌肌皮瓣（transverse rectus abdominis myocutaneous，TRAM）、腹壁下动脉穿支（deep inferior epigastric perferator，DIEP）皮瓣和腹壁下浅动脉（superficial inferior epigastric artery，SIEA）皮瓣[26]。其中保留肌束的游离TRAM皮瓣和DIEP皮瓣是自体组织乳房重建的首选。充分的术前评估和皮瓣设计是手术成功的关键。TOMITA等[27-28]在术前通过结合3D扫描和3D打印乳房模型预估DIEP皮瓣重建所需供区体积和组织量，以便捷的方式和低廉的成本获得了良好的重建效果。这对于经验不足的外科医生来说是十分具有借鉴意义的。CHAE等[29]借助3D立体摄影和3D镜像打印技术，通过其所在研究中心自主研发的St Andrew′s的锥形成型技术为患者创建了个性化皮瓣投影从而指导围手术期决策与评估。HUMMELINK等[30]结合3D扫描成像和计算机断层血管造影（computed tomography angigraphy，CTA）数据，在术前设计时通过体表投影的方式在体表标记出每个皮瓣的大小、灌注区及穿支动脉皮瓣的位置，以减少二次手术修正的可能。在术后评估中，结合3D扫描结果与BREAST-Q量表，可以对自体皮瓣重建的美学效果及患者满意度进行客观评价[31]。

随着全球人口老龄化，老年人的乳房重建诉求也在增加。回顾性队列研究证明老年患者自体皮瓣重建是安全的并且通常有良好的结果[32]。近期一项利用3D扫描方法计算基于年龄的乳房形态的研究[33]提出，在60岁以上的女性进行乳房重建手术时，应特别注意年龄相关的乳房形态变化。

3.2.2 3D扫描技术应用于自体脂肪移植近年来，脂肪移植在乳房整形及重建中应用越来越为广泛。它可以辅助常规乳房重建技术Ⅱ期改善重建乳房的外形、或联合BRAVA技术进行部分或者全部乳房重建及改善放疗导致的乳房区域皮肤损伤[34]。自体脂肪移植术后评估的两个关键点是脂肪存活比率和是否出现相关并发症。利用MRI和3D扫描测量自体脂肪移植术后乳房体积均可提供准确可靠的数据[35-36]。尽管MRI对于体积的评估更为准确，但是考虑到费用及放射性等问题，许多医生更倾向于使用3D扫描技术[37-39]。综合来看，在长期随访中，3D扫描技术仍为动态评估自体脂肪移植术后脂肪存活情况最理想的随访工具。

3.3 3D扫描技术应用于乳头乳晕复合体重建乳头乳晕复合体作为乳房美学的核心，常被考虑为乳房重建效果的重要评估要素。对于接受根治性乳房切除术的乳腺癌患者来说，乳头乳晕复合体重建是乳房重建的最后一步[40]。其美学评估要点包括大小、位置、投影、颜色和质地等[41]。在一项单中心回顾性研究[42]中，3D扫描技术被首次用于定量测量乳头体积、乳头测量、乳晕投影和直径，提供全面的三维数据以评估乳头重建情况，其应用价值得到了肯定。

4 3D扫描技术在乳房重建中的应用限制

3D扫描作为一种较为新兴的技术，目前尚未得到大规模的临床应用。2016年，一项面向美国整形外科医师协会成员的问卷调查显示：尽管3D扫描在患者教育和大小测量中的价值得到了充分肯定，大多数外科医生（85%）目前没有在他们的日常实践中使用该技术[43]。其主要原因可能在于高昂的仪器购置成本，缺乏移动性和灵活性等方面[5，44]。近年来，3D 扫描技术的研究热点集中于在不牺牲成像效果的前提下寻求一种更为便携、廉价的设备进行三维图像重建，旨在以更低的价格向更广泛的受众提供入门级3D扫描技术。KOBAN等[44]在45例乳腺癌患者中对比了SenseTM低成本手持式3D扫描仪与成熟的VECTRA®XT（Canfield Scientific，NJ，USA）3D成像系统的乳房成像效果。结果显示这种新型的移动扫描仪整体表现良好，与医学成像系统在乳房线性距离测量、体积分析、表面偏差、可重复性和可靠性上存在高度相关性。LACHER等[45]探讨了在乳房重建中使用低成本深度相机（RGB-D camera）的可能性，在实际的重建数据测量中，得到了仅为2～4 mm的绝对误差。Kinect作为一款美国微软公司开发的的3D体感摄影机，被广泛应用于游戏行业，该便携式设备价格只有约为100欧元，同时配备了友好的用户界面，旨在实现捕捉三维空间中的体感动作。多名研究者[46-48]尝试了Kinect在乳房评估中的应用，其在术前假体大小选择和术后评估中呈现出可靠的价值。3D成像技术在向更加便捷、价格低廉发展的同时，也正在向更多的智能终端推广。基于云端数据的3D成像模拟系统有望摆脱硬件的支持提供乳房的拟合数据[49]。

3D扫描的另一个应用限制在于其不具备透视性，对于体积较大的乳房，其乳房下皱襞无法正确成像。利用定位框架[50]或者倾斜台[51]帮助患者变换体位的方式虽然可以获得较好的准确性与重复性，但是可能会改变乳房的体表标记点位置，且降低患者的依从性。因此，在大体积乳房和（或）下垂乳房中3D扫描结果被认为存在缺陷，此时往往需要结合人体测量法进行数据补充[8]。

5 小结与展望

传统的诊疗模式中，外科医生和整形医生往往在临床决策中占主导地位。研究表明医生与患者之间的共享决策能够帮助患者选择临床背景与个人偏好一致的治疗方法[52]，可以提高决策质量并减少患者对乳房切除术后乳房再造的决定感到后悔的情况，最终改善患者的生存质量[53]。3D扫描技术的出现，为医患沟通和术前决策提供可视化的模型，帮助患者更直观地了解手术效果。同时可以提供客观的数据，在术后的美学评估中也展现了良好的准确性及重复性。尽管存在一些应用限制，3D扫描技术仍具有不可替代的应用及推广价值。近年来，乳房重建的需求伴随着对乳腺癌患者术后生存质量关注度的提高而增高，然而相较于发达国家，中国的乳房重建比例仍然很低[54]，且大多数医院还没有采用患者报告结局，从患者自身的角度对不同的外科治疗手段作出评价，并运用评价结果来指导临床决策[55]。这些均为可能阻碍3D扫描技术在国内应用的社会因素。笔者希望随着设备和技术的迭代更新，3D扫描技术最终能够在临床得以推广，广大的乳腺外科及整形外科医生更加关注乳房重建患者的诉求及术后生存质量，患者通过接受更全面的术前教育能够提高对于美的追求，重拾生活的信心。