便携式结构光三维体积测量用于乳房和皮瓣评估：技术验证与工作流程开发

《JPRAS Open》：Portable structured-light 3D volumetry for breast and flap assessment: technical validation and workflow development

　　

目的 建立并技术验证一种便携式结构光体积测量（structured light volumetry）工作流程，用于乳房大小物体和手术组织，并确定针对临床相关问题（如乳房下皱襞（inframammary fold）遮挡和术中组织评估）的实用采集策略。方法 使用便携式结构光扫描仪（Revopoint MIRACO Plus^?）进行四个组成部分：(1) 使用300–500 mL气球（n=25）与校准注射器体积进行幻影验证；(2) 人体模型姿势实验（300/500/700 mL），比较20°前倾位与使用减除建模法（subtractive modeling method, SMM）的仰卧位采集；(3) 生物组织模拟，使用猪皮肤-皮下组织、猪肌肉和牛肌肉，每种在近距（Near）模式和远距（Far）模式下各扫描三次；(4) 观察性术中扫描系列（10个皮瓣；10个减乳标本）。使用回归分析、Bland–Altman分析、平均绝对百分比误差（MAPE）和配对比较评估准确性。结果 幻影扫描显示与参考体积近乎一致的吻合度（R²=0.995），平均偏差为+2.4 mL，一致性界限为-7.4至+12.2 mL。在人体模型实验中，与仰卧位SMM相比，前倾位在500 mL时减少了20.0 mL的偏差，在700 mL时减少了95.6 mL的偏差（两者p<0.001），支持在乳房下皱襞被遮挡时的可行策略。在生物组织中，与近距模式相比，远距模式提高了完整性并减少了约54%的扫描时间。术中，远距模式生成了带蒂皮瓣（pedicled flaps）、游离皮瓣（free flaps）和减乳标本的体积可计算网格。结论 便携式结构光扫描提供了准确且可重复的体积测量，同时定义了用于乳房和手术组织评估的实用工作流程。

**研究背景**
乳房重建是现代乳腺癌治疗的核心环节，旨在恢复双侧对称性以改善患者生活质量与体像满意度。然而，实现持久对称性仍面临挑战，受手术技术、解剖结构、组织特性及术后随时间变化的影响。当前体积评估方法存在明显不足：MRI和CT虽精确但成本高昂，CT涉及电离辐射，且两者均不适用于术中场景；人体测量方法不精确；水置换法仅限于切除组织；临床实践中常依赖标本重量或肉眼估计，缺乏标准化术后随访评估。三维表面扫描通过结构光或激光投影捕捉表面形变，可实现非接触、快速、可重复的数据采集，但临床转化受限于姿势敏感性、乳房下皱襞（inframammary fold）遮挡、操作者依赖性、后处理工作量及设备特异性几何保真度限制。为此，本研究旨在建立并技术验证一个端到端的三维体积测量工作流程，涵盖采集、质量控制及后处理，并在受控、姿势敏感及术中相关条件下评估其性能。该研究发表于《JPRAS Open》。

**关键技术方法**
研究人员使用便携式结构光扫描仪（Revopoint MIRACO Plus^?；西班牙马德里Hospital General Universitario Gregorio Mara?ón三维实验室）开展四项研究：(1) 幻影验证：用300–500 mL注水气球（n=25）与校准注射器体积对比；(2) 人体模型姿势实验：将气球（300/500/700 mL）固定于泡沫躯干，比较20°前倾位直接隔离与仰卧位减除建模法（SMM）；(3) 生物组织模拟：使用猪皮肤-皮下组织、猪骨骼肌和牛骨骼肌，对比近距（Near）与远距（Far）两种扫描模式（各三次），以水置换体积为参考；(4) 术中观察性扫描：对10个皮瓣（3个带蒂、7个游离）和10个减乳标本进行远距模式扫描。准确性通过线性回归、Bland–Altman分析、平均绝对百分比误差（MAPE）及配对比较评估。

**研究结果**
**幻影验证（Phantom validation）**：通过25次扫描（5个体积×5次），三维测量体积与参考体积呈强线性关系（R²＝0.995），平均偏差+2.4 mL，一致性界限为-7.4至+12.2 mL，合并MAPE为1.26%，Lin一致性相关系数为0.9970（95% CI 0.9946–0.9982），表明扫描体积与真实体积近乎完全一致。

**人体模型姿势实验（Mannequin posture experiment）**：与仰卧位SMM相比，前倾位在300 mL时偏差无显著差异（p＝0.99），但在500 mL时偏差减少20.0 mL（p<0.001），在700 mL时减少95.6 mL（p<0.001）。前倾位还提高了基底边缘完整性（300/500/700 mL分别增加2.6、5.5、11.5个百分点），且重复变异性更低。仰卧位SMM正偏差随体积增大而增大，说明当乳房下皱襞被遮挡时，前倾位是更优的采集策略。

**生物组织模拟（Biologic tissue simulation）**：与近距模式相比，远距模式在猪皮肤-皮下组织（偏差-7.5 mL vs. -63.5 mL，p＝0.002）和牛骨骼肌（偏差-5.8 mL vs. -57.3 mL，p＝0.002）中显示更小的负偏倚，对猪骨骼肌近乎无偏（-0.5 mL，p＝0.340）。远距模式平均扫描时间减少约54%，基底边缘完整性更高（98.3% vs. 95.5%；96.4% vs. 90.1%；97.6% vs. 94.3%）。这支持远距模式作为皮瓣类组织体积测量的更实用设置。

**术中组织扫描（Intraoperative tissue scanning）**：远距模式术中扫描对带蒂皮瓣（n＝3）、游离皮瓣（n＝7）和减乳标本（n＝10）均生成了体积可计算的网格。首次扫描成功率从带蒂皮瓣的33.3%升至减乳标本的100%；基底边缘完整性中位数分别为86.2%、89.3%和94.2%；需要孔洞填充的比例分别为66.7%、28.6%和10.0%。测量的体积范围广泛（带蒂皮瓣中位75.0 mL，游离皮瓣958.1 mL，减乳标本561.5 mL），减乳标本密度中位1.040 g/mL。这表明术中便携式扫描在切除组织上更可靠，带蒂皮瓣则受原位获取限制。

**讨论与结论**
讨论指出，便携式结构光扫描在幻影上表现优异，偏差小且无体积依赖漂移，与已发表的VECTRA XT等平台精度相当。人体模型研究证实前倾位能改善下皱襞遮挡问题，减少仰卧位SMM的正偏差。生物组织模拟支持远距模式在覆盖率、边界完整性和工作流程速度上的优势。术中扫描可行，但切除组织（游离皮瓣和减乳标本）重现性更高，带蒂皮瓣更依赖术后处理。研究局限性包括单中心单平台、缺乏独立参考标准、切除组织依赖平面底部闭合。未来需在临床队列中验证，评估多操作者可重复性，并与MRI或标准化术中参考比较。研究结论翻译如下：便携式结构光三维扫描在乳房大小幻影和手术相关软组织中提供了准确且可重复的体积测量。除技术验证外，本研究定义了一个实用且可重复的工作流程，用于重建实践相关条件下的乳房和皮瓣体积评估。因此，便携式三维体积测量可作为乳房重建围手术期评估的客观床旁工具。