Name: 在乳腺癌相关淋巴水肿预测和诊断中集成增强现实工具 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-02-06T12:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 3 s
Description: 学习使用三维激光扫描设备快速测量乳腺癌相关淋巴水肿患者上肢体积的方法。该技术无需接触皮肤，操作简便且成本低廉，可为临床提供精确可靠的诊断方案。

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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&#62;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
<ol>
	<li>在平板电脑上安装免费下载的应用程序（例如 Captevia）。</li>
	<li>选择与患者皮肤对比度最高的颜色标记笔（例如白色、黑色）。
	<ol>
		<li>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。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>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）。</li>
	<li>将 3DLS 设备连接并链接至平板电脑。</li>
	<li>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。
	<ol>
		<li>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。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>在左上角选择 File，然后选择之前命名的患者文件。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>为扫描获得的形状命名，点击 Create a new shape。</li>
	<li>在空间的三个平面上调整形状的轴线，然后点击 End。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
</ol>

<ol><li>Michelotti, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tackling+the+diversity+of+breast+cancer+related+lymphedema%3A+Perspectives+on+diagnosis%2C+risk+assessment%2C+and+clinical+management%5BTitle%5D)+AND+%22Breast%22%5BJournal%5D)">Tackling the diversity of breast cancer related lymphedema: Perspectives on diagnosis, risk assessment, and clinical management.</a> Breast. 44, 15-23 (2018).</li>
<li>Noguchi, M., Yokoi, M., Nakano, Y., Ohno, Y., Kosaka, T. Axillary reverse mapping in breast cancer. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNoguchi%2C+M+%22Radioisotopes+-+Applications+in+Bio-Medical+Science%22">Radioisotopes - Applications in Bio-Medical Science</a>. Singh, N. , InTech Publisher. Rijeka, Croatia. (2011).</li>
<li>Wilke, L. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surgical+complications+associated+with+sentinel+lymph+node+biopsy%3A+results+from+a+prospective+international+cooperative+group+trial%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Surgical+Oncology%22%5BJournal%5D)">Surgical complications associated with sentinel lymph node biopsy: results from a prospective international cooperative group trial.</a> Annals of Surgical Oncology. 13 (4), 491-500 (2006).</li>
<li>Taghian, N. R., Miller, C. L., Jammallo, L. S., O'Toole, J., Skolny, M. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lymphedema+following+breast+cancer+treatment+and+impact+on+quality+of+life%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Critical+Reviews+in+Oncology%2FHematology%22%5BJournal%5D)">Lymphedema following breast cancer treatment and impact on quality of life: a review.</a> Critical Reviews in Oncology/Hematology. 92 (3), 227-234 (2014).</li>
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<li>Sun, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+need+for+preoperative+baseline+arm+measurement+to+accurately+quantify+breast+cancer-related+lymphedema%5BTitle%5D)+AND+%22Breast+Cancer+Research+and+Treatment%22%5BJournal%5D)">The need for preoperative baseline arm measurement to accurately quantify breast cancer-related lymphedema.</a> Breast Cancer Research and Treatment. 157 (2), 229-240 (2016).</li>
<li>Deltombe, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reliability+and+limits+of+agreement+of+circumferential%2C+water+displacement%2C+and+optoelectronic+volumetry+in+the+measurement+of+upper+limb+lymphedema%5BTitle%5D)+AND+%22Lymphology%22%5BJournal%5D)">Reliability and limits of agreement of circumferential, water displacement, and optoelectronic volumetry in the measurement of upper limb lymphedema.</a> Lymphology. 40 (1), 26-34 (2007).</li>
<li>Tewari, N., Gill, P. G., Bochner, M. A., Kollias, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+volume+displacement+versus+circumferential+arm+measurements+for+lymphoedema%3A+implications+for+the+SNAC+trial%5BTitle%5D)+AND+%22ANZ+Journal+of+Surgery%22%5BJournal%5D)">Comparison of volume displacement versus circumferential arm measurements for lymphoedema: implications for the SNAC trial.</a> ANZ Journal of Surgery. 78 (10), 889-893 (2008).</li>
<li>Cau, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+study+between+circumferential+method+and+laser+scanner+3D+method+for+the+evaluation+of+arm+volume+in+healthy+subjects%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vascular+Surgery%3A+Venous+and+Lymphatic+Disorders%22%5BJournal%5D)">Comparative study between circumferential method and laser scanner 3D method for the evaluation of arm volume in healthy subjects.</a> Journal of Vascular Surgery: Venous and Lymphatic Disorders. 4 (1), 64-72 (2016).</li>
<li>Hameeteman, M., Verhulst, A. C., Vreeken, R. D., Maal, T. J., Ulrich, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+stereophotogrammetry+in+upper-extremity+lymphedema%3A+An+accurate+diagnostic+method%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Plastic%2C+Reconstructive+%26+Aesthetic+Surgery%22%5BJournal%5D)">3D stereophotogrammetry in upper-extremity lymphedema: An accurate diagnostic method.</a> Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery. 69 (2), 241-247 (2016).</li>
<li>Amin, M. B., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAmin%2C+MB+%22AJCC+Cancer+Staging+Manual%22">AJCC Cancer Staging Manual</a>. , Eighth Edition , Springer International Publishing. (2017).</li>
<li>Kamper, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Global+Perceived+Effect+scales+provided+reliable+assessments+of+health+transition+in+people+with+musculoskeletal+disorders%2C+but+ratings+are+strongly+influenced+by+current+status%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Clinical+Epidemiology%22%5BJournal%5D)">Global Perceived Effect scales provided reliable assessments of health transition in people with musculoskeletal disorders, but ratings are strongly influenced by current status.</a> Journal of Clinical Epidemiology. 63 (7), 760-766 (2010).</li>
</ol>

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...

乳腺癌相关淋巴水肿（BCRL）是乳腺癌伴淋巴结转移（N&#62;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。

<table><tbody><tr><td>结构传感器 + Captevia V3.1</td><td>Rodin4D, Rodin SAS</td><td></td><td>三维激光扫描仪</td></tr></tbody></table>

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

Integrating Augmented Reality Tools in Breast Cancer Related Lymphedema Prognostication and Diagnosis

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。

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 &gt;18 和 &lt;45岁；2）正常体重（体重指数，BMI， &gt;18 和 &lt;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（...

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。

乳腺癌相关淋巴水肿（BCRL）是一种有害病症，其特征是乳腺癌患者上肢出现液体积聚……

激光扫描三维设备能够在无需直接接触患者皮肤的情况下，快速且可重复地测量上肢体积。此外，该技术成本低廉、操作简便、结果可重复，并且即使在存在隆起或肿胀的情况下仍具有极高的精确性。本次操作演示由本研究团队的Dr. Lorenzo Lippi进行。首先，在平板电脑上安装一款可免费下载的三维激光扫描应用程序。接着，使用与患者皮肤颜色对比度最高的标记笔，在上肢待分析区域的皮肤上标记五个厘米的间隔点，从腕部开始至肘部，再从肘部至臂部近端。在每个标记点水平围绕上肢画出环形线，并将患者置于直立位，所在房间应有足够的空间以便围绕其移动。将患者的上肢向前抬高90度，并要求患者在整个扫描过程中保持此姿势不动。将3D激光扫描仪设备连接到平板电脑，并打开3D激光扫描仪应用程序。在患者数据库中输入患者的个人信息，然后点击连接按钮和加号按钮以录入新患者。当所有患者信息输入完毕后，点击3D图标，用两个手指调整屏幕上立方体的距离和大小，以选择待检查区域。点击扫描并开始三维扫描，从空间的各个平面定位患者上肢，从多个角度围绕肢体旋转数次，以优化所获取图像的质量。采集完成后，按“完成”。然后根据需要修改表单，以评估是否存在采集缺陷或缺失部分。接下来，选择采集数据，点击图标输入电子邮件地址并发送文件。在台式计算机上，下载通过电子邮件发送的数据，并插入含有三维激光扫描仪软件许可证的U盘。打开数据文件后，查看扫描图像，然后单击“创建新患者”。在文件菜单下，选择患者文件并选中扫描图像，然后单击“提取”。选择提取的扫描图像并点击清理。接着，选择图像并利用皮肤解剖标志在空间中定位图像，根据需要沿各个轴向切除扫描中包含的多余部分。确认切割后的图像，并为从扫描中获得的形状命名。单击“创建新形状”以在空间的三个平面上确定形状的轴向。单击“下一步”，等待最终形态生成后，单击“结束”。选择已处理的形态，然后单击“打开”。该软件将提供处理后形态的总体积。然后点击体积，以计算不同节段的体积，并移动和选择待提取体积节段的上下边界。在本项代表性研究中，共评估了30名健康的成年男性和女性，以及30名后来发生乳腺癌相关淋巴水肿的女性乳腺癌患者。采用周径测量法和三维激光扫描法进行上臂体积测量。在两组中，这两种方法均表现出较高的操作者间和操作者内重复性，两种技术的平均决定系数（R²）均为0.99。相应地，三维激光扫描法计算体积的平均值与周径测量法的结果在两组中均显示出强相关性，Bland-Altman图进一步证实了两种不同测量方法之间具有高度的一致性和可重复性。此外，尽管在乳腺癌患者组中，两种技术在复杂减充血治疗前后均观察到了差异，但三维激光扫描仪方法的相关性高于周径测量法。该方法可用于任何需要对身体任何部位进行容积评估的生理或病理状况。在临床环境中应用该技术，可解决与乳腺癌相关淋巴水肿容积测量标准化相关的多个问题。

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在乳腺癌相关淋巴水肿预测和诊断中集成增强现实工具

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淋巴水肿超声检查：一种测量受累组织厚度变化的技术

来源：Carly Fassler1, Liyu Huang1, Kavita Prasad1, Jiayi Xu2, Guansen Tong2, Jie Ying Wu2, Michael C.

基于增强现实的切除肿瘤标本可视化

本研究采用超声检查进行诊断，并通过随访检测确认渐进性抗阻训练（PRE）对乳腺癌相关淋巴水肿（BCRL）的治疗效果。超声检查可有效应用于淋巴水肿的诊断和治疗监测。...

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