董愛萍， 楊沁惠， 房 林， 胡家樹， 韓寶三， 韓良浩

(1. 同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬東方醫(yī)院轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中心，上海 200092； 2. 蘭州市婦幼保健院乳腺外科，蘭州 730030； 3. 同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第十人民醫(yī)院甲狀腺乳腺外科，上海 200072； 4. 上海交通大學(xué)附屬新華醫(yī)院普外科，上海 200092)

早期乳腺癌的治療以手術(shù)為主，保乳術(shù)后的乳房畸形與改良根治術(shù)后的乳房缺損均需整形外科進(jìn)行修復(fù)和再造[1]，目的在于獲得良好的術(shù)后美容效果，該效果的客觀評(píng)價(jià)對(duì)于評(píng)判手術(shù)成功與否至關(guān)重要[2]。國(guó)內(nèi)外研究人員已提出了大量的主觀評(píng)價(jià)方法，例如Harris四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3]、張保寧等的三級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[4]、患者自我滿意度[5]等，但評(píng)價(jià)的主觀性大，導(dǎo)致重復(fù)評(píng)價(jià)結(jié)果和相互評(píng)價(jià)結(jié)果差別大，可重復(fù)性低。為此，研究者開發(fā)了多種客觀評(píng)價(jià)方法[6-8]，有些則實(shí)現(xiàn)了評(píng)定的自動(dòng)化和智能化[9-10]，這些方法均可提高評(píng)價(jià)的客觀性和可重復(fù)性?；诙S(2D)圖片的客觀評(píng)價(jià)方法因其使用的便利性和經(jīng)濟(jì)性得到廣泛的應(yīng)用[11-12]，但仍有其局限性，例如圖片內(nèi)容和圖片質(zhì)量易受拍攝條件的影響[2]。由于乳房是一個(gè)三維(3D)實(shí)體，不同拍攝角度下得到的照片會(huì)不同。但目前鮮有文獻(xiàn)研究拍攝角度對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。本研究以一個(gè)典型的基于圖片的乳腺癌術(shù)后美容效果多指標(biāo)客觀評(píng)價(jià)方法為例，采用激光掃描3D數(shù)據(jù)考察了基于圖片的客觀評(píng)價(jià)方法在應(yīng)用中拍攝角度對(duì)美容評(píng)價(jià)結(jié)果一致性的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集自2017年4—12月就診于上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院乳腺外科的女性乳腺癌患者的臨床資料。入選患者具備以下兩個(gè)條件: (1) 因乳腺癌行保乳術(shù)或者乳房重建術(shù)后至少6個(gè)月；(2) 同意并簽署知情同意書。為了考察美容效果，評(píng)價(jià)采用3個(gè)最常用的指標(biāo): 對(duì)稱性、顏色和瘢痕，采用雙乳對(duì)稱和不對(duì)稱的患者數(shù)據(jù)研究對(duì)稱性指標(biāo)，采用有皮膚色素沉著的患者數(shù)據(jù)研究皮膚顏色指標(biāo)。

從30個(gè)樣本中隨機(jī)選擇3個(gè)樣本研究拍攝角度對(duì)客觀評(píng)價(jià)結(jié)果一致性的影響。3位患者分別標(biāo)記為P1、P2、P3。P1: 38歲，保乳術(shù)后6個(gè)月，雙乳對(duì)稱，乳房皮膚正常，無瘢痕；P2: 47歲，保乳術(shù)后7個(gè)月，雙乳不完全對(duì)稱，乳房皮膚顏色正常，左乳外象限皮膚可見瘢痕；P3: 39歲，接受保留乳頭乳暈右側(cè)乳房切除術(shù)+一期背闊肌乳房重建術(shù)，術(shù)后行放療和化療結(jié)束后6個(gè)月，雙乳不完全對(duì)稱，右乳皮膚有較明顯的色素沉著和瘢痕。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)儀器 2D數(shù)碼正面照的收集采用有效像素2430萬的索尼數(shù)碼單反相機(jī)α77；3D數(shù)據(jù)的收集采用Creaform Go!SCAN 50 3D激光掃描儀，該掃描儀配備了VXelements3D掃描軟件?；颊哒驹诖怪钡乃{(lán)色幕布背景前方。體位要求: 研究對(duì)象呈直立體位，平靜呼吸，保持雙手叉腰姿勢(shì)以全面顯露出乳房的側(cè)面，維持雙肩自然放松并位于同一水平，雙手叉腰拇指在后。拍攝范圍: 相機(jī)直立，距離患者約1m的正前方。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理流程 3D掃描軟件獲取重構(gòu)數(shù)據(jù)。經(jīng)過文件格式轉(zhuǎn)化后得到包含3D幾何和表面紋理的“.obj”文件，然后導(dǎo)入3D幾何處理軟件MeshLab，沿著不同方向進(jìn)行定量旋轉(zhuǎn)。本實(shí)驗(yàn)確保3D圖像處于正立位置依據(jù)兩點(diǎn)： 一是保持左右腋前點(diǎn)連線在沿著X軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，始終在水平位置，來確保3D數(shù)據(jù)處于正位；二是根據(jù)患者所處的垂直背景板，調(diào)整3D數(shù)據(jù)到立位。通過定量旋轉(zhuǎn)操作模擬-10°～10°的拍攝角度(0°對(duì)應(yīng)正立位角度)，屏幕截屏后形成11張2D圖片(簡(jiǎn)稱為3D截圖)?？紤]到旋轉(zhuǎn)角度偏離0°太多時(shí)的拍攝照片與正立位的照片相差大，明顯不符合拍攝正面照片的要求，所以本研究的旋轉(zhuǎn)角度只取-10°～10°。MeshLab軟件下載網(wǎng)址: http://www.meshlab.net。

1.3 評(píng)價(jià)過程

1.3.1 專家評(píng)價(jià) 邀請(qǐng)3位國(guó)內(nèi)乳腺外科主任醫(yī)師依據(jù)Harris四級(jí)主觀標(biāo)準(zhǔn)[3](優(yōu)-Excellent: 患側(cè)與健側(cè)乳房相似，良好-Good: 患側(cè)與健側(cè)乳房有細(xì)小差別，一般-Fair: 患側(cè)與健側(cè)相比有較明顯差別，差-Poor: 患側(cè)乳房出現(xiàn)較嚴(yán)重的并發(fā)癥)依次評(píng)價(jià)30位患者的2D數(shù)碼正面照和正面的3D截圖。

1.3.2 客觀評(píng)價(jià) 本研究采用的基于圖片的乳腺癌術(shù)后美容效果客觀評(píng)價(jià)方法[10]是一個(gè)較為典型的多指標(biāo)客觀評(píng)價(jià)方法，從對(duì)稱性、顏色和瘢痕3個(gè)特征對(duì)乳房的美容效果作綜合評(píng)價(jià)。該客觀評(píng)價(jià)方法已通過BCCT.core軟件進(jìn)行了計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，能對(duì)2D圖片進(jìn)行半自動(dòng)化評(píng)價(jià)，圖1顯示了軟件界面。所有2D圖片導(dǎo)入軟件后，經(jīng)過手工定位胸骨上切跡、乳頭點(diǎn)和標(biāo)尺點(diǎn)，以及手工勾畫乳房輪廓，即可自動(dòng)得出評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖1 實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化客觀評(píng)價(jià)的BCCT.core軟件界面Fig.1 Screenshots of BCCT.core software A: 評(píng)價(jià)P3患者的3D截圖；B: 評(píng)價(jià)P3患者的2D數(shù)碼正面照片

表1 客觀性評(píng)價(jià)法采用的對(duì)稱性評(píng)價(jià)指標(biāo)

(續(xù)表1)

X1、X2: 左、右乳頭到前正中線的垂直距離；Y1、Y2: 左、右乳頭到胸骨上切跡水平線的垂直距離；NI1、NI2: 左、右乳頭到同側(cè)乳房輪廓下緣最低點(diǎn)的距離；L1、L2: 左、右乳房下輪廓的長(zhǎng)度；S1、S2: 左、右乳房的面積；**計(jì)算可得: 沿前正中線對(duì)折后的雙側(cè)乳房的不重疊面積

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

本研究數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)算顏色差異度采用χ2檢驗(yàn)。采用兩相關(guān)樣本的Wilcoxon符號(hào)秩和檢驗(yàn)，評(píng)價(jià)研究對(duì)象的3D截圖和2D數(shù)碼正面照。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 3D截圖和2D數(shù)碼正面照主觀評(píng)價(jià)結(jié)果的一致性分析

3位專家從雙乳的對(duì)稱性、皮膚顏色和瘢痕差異3個(gè)方面，依次評(píng)價(jià)30個(gè)研究對(duì)象的3D截圖和2D數(shù)碼正面照，專家均認(rèn)為兩種圖片的評(píng)價(jià)結(jié)果無顯著差異(P>0.05)。

2.2 3D截圖和2D數(shù)碼正面照客觀評(píng)價(jià)結(jié)果的一致性分析

使用BCCT.core軟件依次評(píng)價(jià)30個(gè)研究對(duì)象的3D截圖和2D數(shù)碼正面照，Wilcoxon符號(hào)秩和檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，兩類圖片的評(píng)價(jià)結(jié)果差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.775)。

2.3 拍攝角度對(duì)客觀評(píng)價(jià)結(jié)果一致性的影響分析

圖2為客觀評(píng)價(jià)方法BCCT.core軟件給出的評(píng)價(jià)P1、P2、P3患者三維數(shù)據(jù)在-10°～10°旋轉(zhuǎn)后得到的3D截圖的總體評(píng)級(jí)結(jié)果，從圖中可看出，當(dāng)P1的旋轉(zhuǎn)角度≤-2°，P2的旋轉(zhuǎn)角度≥2°，P3的旋轉(zhuǎn)角度≥6°時(shí)，總體評(píng)價(jià)結(jié)果均發(fā)生了改變。曲線的變化直接說明了拍攝角度會(huì)影響評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖2 客觀評(píng)價(jià)方法對(duì)P1、P2、P3患者3D截圖的總體評(píng)級(jí)Fig.2 The effect of camera angle on overall cosmetic classification results of three patients assessed with BCCT.core software所有圖表中縱坐標(biāo)數(shù)值的含義: 1為優(yōu)，2為良，3為一般，4為差

圖3是BCCT.core軟件給出的評(píng)價(jià)3位患者3D截圖的對(duì)稱性(距離和面積)、顏色和瘢痕的主要測(cè)量值，下面依次分析數(shù)值。

P1患者雙乳的對(duì)稱性良好，皮膚顏色基本正常，瘢痕不明顯，0°截圖的美容評(píng)價(jià)結(jié)果為優(yōu)。圖3中P1-A、P1-B顯示了對(duì)稱性隨著旋轉(zhuǎn)角度發(fā)生改變，因?yàn)檐浖脑u(píng)價(jià)針對(duì)2D圖片上勾畫的輪廓所包圍的區(qū)域，角度改變使圖片中乳頭的位置和雙乳的面積發(fā)生了不同程度的改變，所以軟件的7個(gè)無量綱指標(biāo)隨著角度發(fā)生了變化，其中兩個(gè)面積的無量綱指標(biāo)(pBAD表示乳房面積差異，pBOD表示沿前正中線對(duì)折后的雙側(cè)乳房的不重疊面積差異)比其他指標(biāo)變化明顯；不同旋轉(zhuǎn)角度的距離差異可達(dá)到12%，面積差異也可以達(dá)到23%。圖3中P1-C、P1-D表明旋轉(zhuǎn)后的顏色和瘢痕差異度的數(shù)值變化不明顯，其中cEMDL的最小值為1.69，最大值為2.82。

P2患者的雙乳不對(duì)稱，所以圖3中P2-A、P2-B中的多個(gè)表達(dá)對(duì)稱性的無量綱數(shù)值均偏大，不同旋轉(zhuǎn)角度的距離差異可達(dá)到18%，面積差異也可達(dá)到40%。圖3中P2-C的顏色指標(biāo)變化不明顯，符合患者本身的皮膚特征。圖3中P2-D的瘢痕指標(biāo)中sEMDL因旋轉(zhuǎn)角度引起的變化較其他指標(biāo)明顯，這與旋轉(zhuǎn)使得側(cè)面的瘢痕顯現(xiàn)有關(guān)。

P3患者的雙乳不對(duì)稱且右乳色素沉著。總體評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度≥6°時(shí)的總體評(píng)級(jí)結(jié)果由良變?yōu)閮?yōu)，手術(shù)側(cè)乳房(右乳)更多的出現(xiàn)在視野中，使得雙側(cè)乳房看起來更加對(duì)稱。下面分別從對(duì)稱性、顏色和瘢痕3個(gè)特征方面做進(jìn)一步分析。圖3中P3-A、P3-B顯示了對(duì)稱性評(píng)價(jià)結(jié)果，在-10°和4°時(shí)pBAD分別為最高值和最低值(pBADmax(-10°)/min(6°)=0.432/0.021，pBODmax(-10°)/min(6°)=0.432/0.124)，面積的改變可達(dá)總面積的40%。圖3中P3-C顯示了8個(gè)顏色特征數(shù)值，包括Lab顏色模式相關(guān)的χ2和EMD數(shù)值，均表示顏色的差異度，數(shù)值越大則差異度越大。與色度值a和b相比，明暗度相關(guān)的cEMDL指標(biāo)的變化較明顯，這與患者的右乳色素沉著有關(guān)；而且患者右側(cè)患乳因旋轉(zhuǎn)角度的增大在視野中的暴露面積也會(huì)增大，色素沉著的皮膚會(huì)更多的出現(xiàn)在視野中，相應(yīng)地，cEMDL曲線呈現(xiàn)向上趨勢(shì)，cEMDL的最小值為3.10，最大值為4.19。圖3中P3-D顯示了瘢痕評(píng)價(jià)結(jié)果，軟件對(duì)瘢痕的分析和對(duì)顏色的處理相似，不同之處在于軟件對(duì)瘢痕的識(shí)別是針對(duì)乳房區(qū)域的多個(gè)分區(qū)進(jìn)行，即以乳頭為中心將勾畫輪廓包圍的乳房面積劃分為12個(gè)分區(qū)，然后分別比較左右乳房對(duì)應(yīng)分區(qū)中由瘢痕引起的局部色差；該圖顯示在不同旋轉(zhuǎn)角度下，瘢痕無明顯改變。

總結(jié)三個(gè)患者的數(shù)據(jù)分析結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)角度(拍攝角度)會(huì)影響手術(shù)后乳房的的美容總體評(píng)價(jià)結(jié)果，同時(shí)也會(huì)影響關(guān)于對(duì)稱性、皮膚顏色和瘢痕的評(píng)價(jià)。

3 討 論

乳腺癌的基礎(chǔ)研究已經(jīng)向基因方向發(fā)展[13]，保乳治療也同樣需要推進(jìn)。保乳治療的主要目的是為了獲得更好的美容效果，但是目前國(guó)內(nèi)醫(yī)務(wù)人員未對(duì)此進(jìn)行常規(guī)評(píng)價(jià)。可能的原因有以下幾點(diǎn): 醫(yī)務(wù)人員未將美容評(píng)價(jià)結(jié)果作為手術(shù)效果考評(píng)指標(biāo)；術(shù)后乳房外形的恢復(fù)期時(shí)間較長(zhǎng)，患者可能會(huì)失訪，且后期的化療、放療和靶向治療均有可能影響外形；目前主觀的評(píng)價(jià)方法較多，但因其評(píng)價(jià)結(jié)果的不統(tǒng)一給美容評(píng)判帶來困難，為了盡可能減少主觀影響，客觀評(píng)價(jià)方法需要被深入的研究和推廣使用。

客觀評(píng)價(jià)方法中客觀指標(biāo)參數(shù)的測(cè)量通?？稍诨颊呱眢w上進(jìn)行實(shí)測(cè)，但更為經(jīng)濟(jì)、可靠和便利的方法是通過拍照或3D掃描成像的方式獲取圖像數(shù)據(jù)和進(jìn)行參數(shù)測(cè)量，同時(shí)利用圖像分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的自動(dòng)化。已有軟件工具實(shí)現(xiàn)了基于2D照片的客觀評(píng)價(jià)，例如BAT軟件[9]和本研究采用的BCCT.core軟件[10]。BAT只評(píng)價(jià)對(duì)稱性，相比之下，BCCT.core的評(píng)價(jià)更全面，應(yīng)用更廣泛[14-16]。遺憾的是，2D圖片只能提供不完整的平面信息，無法提供諸如乳房的體積、完整的形狀和輪廓、瘢痕突出皮膚表面的程度等更為全面的影響美容效果評(píng)判的客觀信息。為了進(jìn)一步比較2D數(shù)碼照片和3D截圖對(duì)美容評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，本研究采用3D掃描數(shù)據(jù)從對(duì)稱性、顏色和瘢痕三個(gè)最為廣泛采用的美容評(píng)判指標(biāo)出發(fā)，系統(tǒng)地分析了基于2D圖片的美容評(píng)價(jià)方法中不同拍攝角度對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)值測(cè)量的影響，結(jié)果表明拍攝角度會(huì)影響評(píng)價(jià)結(jié)果的一致性和評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)量；同時(shí)說明了在相同拍攝條件下得到的3D數(shù)據(jù)不受拍攝角度的影響，能從不同的角度全面觀察乳房外形，克服2D照片用于評(píng)價(jià)的局限性。

圖3 客觀評(píng)價(jià)方法對(duì)P1、P2、P3患者3D截圖的對(duì)稱性、顏色和瘢痕指標(biāo)的測(cè)量結(jié)果Fig.3 The effects of camera angle on assessment results of breast symmetry, color and scar features based on 2D snapshots of 3D views of scanner data

本實(shí)驗(yàn)中觀察到3D截圖和2D數(shù)碼照片在顏色、紋理上有區(qū)別，但專家和客觀評(píng)價(jià)方法對(duì)兩種圖片評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，這可能由于對(duì)稱性在美容評(píng)價(jià)中比顏色和瘢痕更為重要。為了減少評(píng)價(jià)的誤差，逼真的顏色顯示是今后3D成像需改進(jìn)的方面。

目前3D成像多用于乳房整形手術(shù)術(shù)后體積的測(cè)量[8，17]，從體積的對(duì)稱性這一單一指標(biāo)來評(píng)判整形后的效果。為了能得到更為全面、精確、一致的評(píng)價(jià)結(jié)果，可借鑒BCCT.core軟件中采用的多指標(biāo)的客觀評(píng)價(jià)方法，采用3D掃描數(shù)據(jù)來代替2D照片，獲取更為準(zhǔn)確的多種客觀指標(biāo)測(cè)量值，如對(duì)稱性、顏色和瘢痕。隨著3D掃描設(shè)備的日漸普及和價(jià)格的下降(市場(chǎng)上已有千元以下的設(shè)備)，建立在3D掃描數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上的客觀評(píng)價(jià)方法將是未來的研究方向。