将增强现实工具整合到乳腺癌相关淋巴水肿的预后预测与诊断中

摘要

乳腺癌相关淋巴水肿在乳腺癌幸存者中较为常见，但目前尚无广泛应用的诊断与量化指南。本文介绍一种可靠且经济有效的方案，用于定义、量化和比较乳腺癌患者的上肢体积。

摘要

乳腺癌相关淋巴水肿（BCRL）是一种有害的病症，表现为接受腋窝手术和/或放疗的乳腺癌患者上肢液体积聚。其病因是多因素的，还包括肿瘤特异性的病理特征，如淋巴血管侵犯（LVI）和淋巴结外扩展（ENE）。迄今为止，尚无广泛采用的BCRL早期诊断指南。本文介绍了一种使用3D激光扫描仪（3DLS）和平板电脑进行数字化辅助BCRL评估的方案。该方案已在高风险乳腺癌患者的发现队列中进行了专门优化。本研究提供了原理性证据，表明增强现实工具（如3DLS）可被整合到BCRL的临床检查流程中，从而实现精确、可重复、可靠且低成本的诊断。

引言

乳腺癌相关淋巴水肿（BCRL）是乳腺癌伴淋巴结转移（N>1）患者在接受腋窝手术和/或放疗后约20-80%发生的上肢液体潴留^1,2,3。该病症导致肢体肿胀，继而引起功能下降、合并症风险增加，并带来挫败感、焦虑和抑郁^4,5。目前，由于BCRL可在术后长达9年内发生，因此被视为乳腺癌幸存者长期面临的威胁⁶。

乳腺癌相关淋巴水肿（BCRL）的发病机制在乳腺癌专家中仍存在广泛争议。因此，多项研究表明，其发生不仅可能与腋窝干预措施有关，还可能与紫杉烷类化疗和抗HER2治疗等全身性治疗相关^7,8。此外，近期一些证据提示，肿瘤特异性的病理学特征也参与了其发病机制^1,6,7。基于此，肿瘤周围由肿瘤细胞侵入淋巴管血管间隙（淋巴管血管侵犯，LVI）以及转移灶突破淋巴结被膜向外延伸（结外扩展，ENE）已被提出作为BCRL风险分层的补充分析指标^6,7。

尽管对乳腺癌相关淋巴水肿（BCRL）生物学机制有了新的认识，上肢体积测量仍是这些患者诊断和随访中的关键环节⁹。然而，目前尚无广泛采纳的测量操作指南。传统上，通过测量上肢多个部位的周长，利用截锥体公式估算总体积¹⁰。尽管该方法具有可靠性，但周长测量法（CM）在敏感性和可重复性方面存在不足，尤其在上肢形状不规则的情况下更为明显¹¹。近年来，增强现实技术（如三维激光扫描仪，3DLS）作为上肢体积测量的新方法展现出良好前景¹²。该技术成本低、操作简便、可重复性强，即使在存在隆起或肿胀的情况下，仍具有极高的精确度^12,13。

本研究旨在评估三维激光扫描（3DLS）与周径法在乳腺癌相关淋巴水肿（BCRL）诊断和量化中的可靠性。本文详细介绍了对乳腺癌相关淋巴水肿高风险患者，采用三维激光扫描（3DLS）进行上肢体积实时测量的实验方案。

方案

本研究已获得作者所属机构的机构审查委员会批准。本方案适用于淋巴结阳性（即 N>1 根据TNM分期系统）¹⁴ 显示淋巴血管侵犯和/或包膜外扩展的乳腺癌。

1. 实时手臂测量

1. 在平板电脑上安装免费下载的应用程序（例如 Captevia）。
2. 选择与患者皮肤对比度最高的颜色标记笔（例如白色、黑色）。
   1. 从手腕到肘部，以及从肘部到上臂近端，每隔 5 cm 使用点状解剖标志标记待分析的上肢皮肤。在每个标志点水平的上肢皮肤上画出相应的周长线。
3. 将患者置于一个有足够活动空间的房间内，保持直立姿势。将患者的上肢向前抬高 90°。要求患者在整个扫描过程中保持静止。
   注意：如果患者难以维持此姿势，可在手部水平使用支撑物（例如一根棍子）。
4. 将 3DLS 设备连接并链接至平板电脑。
5. 在平板电脑上打开应用程序，并在患者数据库中输入待检查受试者的登录信息。
   1. 点击 Connection，然后点击 + 添加新患者。在指定区域输入患者的姓名和姓氏，以及其他预设的病史变量（如出生日期、身高、体重等），并根据需要填写其他信息。
6. 点击 3D 图标。通过在触摸屏上使用两个手指调节屏幕上出现的立方体的距离和大小，选择待检查的区域。
7. 点击 Scan，开始对患者上肢进行三维扫描，确保覆盖空间中的所有平面。从各个角度围绕肢体多次旋转，以优化所获取图像的质量。
   注意：一次良好的数据采集平均耗时约 30 秒。与待检查肢体的距离不要超过一米，且不要过快移动平板电脑。
8. 采集完成后，按下 Done。如有需要，可重新查看模型，评估是否存在采集缺陷或缺失部分。
9. 选择采集数据，点击屏幕右下角的图标以发送文件。输入接收文件的电子邮件地址，然后点击 Send。
10. 启动计算机，下载通过电子邮件发送的数据文件。然后插入带有软件许可证的 USB 密钥，双击软件图标，确认所选的许可证类型，并打开数据文件。
11. 查看扫描结果，点击 Create New Patient。为患者的文件命名，选择保存位置，然后点击 Save。
12. 在左上角选择 File，然后选择之前命名的患者文件。
13. 选择扫描数据，点击 Extract 以提取扫描结果。选择已提取的扫描数据，点击 Cleaning。
14. 选择图像。通过在空间中调整其方向（x、y 和 z 轴）来清理形状。沿各个轴（x、y 和 z）切除扫描中包含的多余部分。还可以查看扫描中包含的任何皮肤标记，以便更精确地裁剪扫描图像。确认裁剪后的图形。
15. 为扫描获得的形状命名，点击 Create a new shape。
16. 在空间的三个平面上调整形状的轴线，然后点击 End。
17. 选择已处理的模型并点击 Open：软件将显示该处理后模型的总体积。
18. 计算不同节段的体积，点击 Volume。移动并选择待提取体积节段的上下边界。

结果

这是一项针对成人的初步单盲随机对照研究。纳入标准如下：1）年龄在 >18 和 <45岁；2）正常体重（体重指数，BMI， >18 和 <25 kg/m²）；3）上肢无任何类型的皮肤病变；4）无创伤及任何可能改变上肢结构和体积的状况。排除标准包括：1）心血管合并症；2）累及上肢的血管疾病；3）甲状腺或肾脏水平的病理状况；4）存在淋巴水肿；5）既往或活动性肿瘤疾病。此外，另纳入一组由中国台湾诺瓦拉大学医院物理与康复医学科肿瘤康复单元收治的乳腺癌相关淋巴水肿（BCRL，II-III期）女性患者，以进行初步分析。所有参与者均被充分告知研究目的、检测流程、个人数据处理方式以及随时退出研究的权利。每位受试者在参与实验前均签署书面知情同意书，所有操作均遵循《赫尔辛基宣言》原则。研究流程图如图所示 图1.

2017年6月至2018年1月期间，共纳入30名健康成人（...

讨论

对于乳腺癌幸存者而言，使用准确且可靠的肢体体积测量工具是必要的，因为乳腺癌相关淋巴水肿（BCRL）的早期诊断与更好的预后相关。此外，高风险个体的识别不仅应考虑临床和手术数据，还应包括肿瘤特异性的病理特征。本研究证明了一种新型便携式三维激光扫描（3DLS）设备在健康受试者以及具有高风险特征的BCRL女性上肢体积测量中的可重复性和可靠性。该方法安全、无痛、成本效益高，可在大多数医疗机构中对大量患者进行实施。

3D 扫描仪的目的是在被测对象表面生成几何形状的点云，以表示其三维模型。特别是，3DLS 技术采用三角测量机制，将一个激光点投射到物体上（在本例中为上肢），然后传感器测量到物体表面的距离。这种基于增强现实的新标准化方案表明，3DLS 是一种有前景的快速体积测量技术，不仅适用于医疗环境。在健康受试者和乳腺癌相关淋巴水肿（BCRL）患者中获得的结果令人关注，因为该设备具有相对快速、准确且可重复的优点。该方案的一个主要关键问题与 3DLS 数据采集过程有关，可能导致图像不完整/错误，或上肢体积量化出现误差。为克服这一问题，建议在空间宽敞的房间内进行采集，并要求患者在整个扫描过程中保持上肢...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
结构传感器 + Captevia V3.1	Rodin4D, Rodin SAS		三维激光扫描仪