Nagata, Tokuichiro

Nakayama, Bin

Sakuragi, Tetsushi

Suyama, Yoshiko

Tanijiri, Toyohisa

Tottori University Research Result Repository

28 米子医誌JYonago Med Ass 65， 28-34， 2014 法線ベクトル法による乳房表面形態の新しい評価指標-乳房形態の乱れを検出する-日鳥取大学医学部附属病院次世代高度医療推進センター(主任 難波栄二教授)2)鳥取大学医学部附属病院形成外科(中山 敏)3)鳥取大学医学部附属病院卒後臨床研修センタ-4)株式会社メデイツクエンジニアリング永田徳一郎円棲木哲詩3) 陶山淑子2) 谷尻豊寿4) 中山 敏1，2)New evaluation index of breast surface morphology using normal vector Tokuichiro NAGATA1，2)， Tetsushi SAKURAGI3)， Yoshiko SUYAMN)， Toyohisa TANI]IRI4)， Bin NAKAYAMA1，2) 1) Center for Promoting Next-Generation Highly Advanced Medicine， Tottori University Hostital， Yonago 683-8504， jatan 2) Detartment of Plastic and Reconstructive Surgery， Tottori UカiversityHostital， Yonago 683-8504， jatan 3) Center J匂rClinical Residency Program， Tottori University Hostital， Yo附 go683-8504， jatan 4) Medic Engineering COY]りoration，Kyoto， 606-8107， jatan ABSTRACT Aesthetics of post-operative breast reconstruction is an important endpoint Until now， the reference method in the evaluation of breast morphology has not been determined， Many patients who underwent breast-cons巴rvingsurgery are suffering not only from loss of volume but of shape， Concerning the shap巴， we have devised a method to quantify the similarity betw巴enboth breasts， We expressed the three-dimensional shape of breasts using a polygon-mesh， and used its normal vector histogram as the index of the evaluation， The healthy breast has a gentle curved surface， and the normal v巴ctorhistogram reflects this We calculated the similarity value of normal vector from the MRI data of two patients using histogram intersection method， The similarity value was 70，3% in on巴patientand 53，5% in the other， Therefore， the postoperative breast has a disturbed curved surface， and the normal vector is also disturbed， We detected the disorder of the normal vector， and judged the difference from the vector of the normal side br巴astIn both cases， the similarity value match巴dth巴appearance，The breast analysis by the normal vector wiU become a useful assessment tooL This assessment index is the first of its kind， (Acc巴ptedon Decemb巴r25， 2013) 法線ベクトル法による乳房表面形態の評価 29 Key words : breast surface morphology， normal vector， postoperative breast form はじめに乳癌手術及び乳房再建において，乳房の審美性評価は重要かつ不可欠なエンドポイントであるしかし現在， ゴールドスタンダードと呼べる乳房形態の評価法は確立されていないu。乳房形態の客観的指標は，量計測と形状計測に大別される量計測の難しさは，乳房領域の範囲が決まっていないことに起因し，評価指標の妥当性と信頼性に問題がある そこでわれわれは，形状評価に重点を置いた新しい評価指標の開発を行った.乳房表面形状の乱れを数値化する指標は，未だ報告されていないわれわれは，左右乳房表面形状の類似性に着目した.健常な乳房は，なだらかな三次元局面を持っている。この局面を法線ベクトル値として数値化し，左右乳房の類似性を求めた 正面から乳房に向かつて光を照射した際，光の入射光と反射光が幾何学的に想定される この入射光と反射光の中線が乳房表面の法線である 乳房局面はコンピュータ上，小さなポリゴンの集まりとして表現できるこの手法のーっとして，ポリゴンメッシュモデルがある ポリゴンメッシュはポリゴン(多角形)の集まりとして三次元形状を表現したもの図1a マネキンのポリゴンメ ッシュモデル図1b マネキンの法線ベクトルモデルマネキンの乳房を下から見上げた図各ポリゴンに対する法線ベクトルを示した30 永田徳一郎・楼木哲詩・陶山淑子 ・谷尻豊寿 ・中山 敏度数回l 右乳房6 11 16 21 26 31 ~ 41 % 51 ~ M ~ 71 n 81 ~ 91 角度度数1"1s 左乳房6 11 ~ 21 M n H 41 46 51 ~ 61 ~ 71 n n ~ 91 角度図1c マネキン乳房の法線ベクトルヒストクラムである (図la) ポリ ゴンが微少なほど本来の曲面に近づく .それぞれのポリゴンに対して垂直方向にある線を法線と呼び，ポリゴンに対して垂直かつ表方向を向き，長さがlのベクトルを法線ベクトルと呼ぶ (図lb) それぞれの小さな平面に対する垂線が法線ベクトルである 乳房の三次元形状をポリゴンメッシュモデルで表現し，Z軸 (正面から乳房を見下ろした線)と各ポリゴンの法線ベク トルがなす角度を法線ベク トル値と読む これをヒス トグラム化したものを法線ベク トルヒストグラムと呼ぶことにした(医l1c) 左右乳房の法線ベク トルヒス トグラムの，類似性および相関性を乳房形状の評価方法として提案する.対象および方法乳癌に対するー側乳房温存術後患者2名のMRI画像を対象とした.こ のMRI画像は，当院で撮影，保管されたもので，鳥取大学医学部倫理委員会の承認を得て使用し，解析を行った 左右乳房のMRI撮影は，乳房専用のサーフェスコイルを用い，腹臥位で娠影 した 三次元表面を解析するためには，ボリュームデータであるDICOMデー タをサーフェスデータに変換する必要がある MRIのDICOMデータは オープンソース ・ソフトウエアであるOsiriXImaging SoftwareによりSTLデータに変換した 得られたSTLデータの解析は，開発した三次元解析ソフ ト (株式会社メデイツクエンジニアリング)によって行い，左右乳房の法線ベクトルヒストグラムを作成し，左右乳房の類似度と相関係数を算出した 左右乳房の範囲は，MRI画像に描出された乳房用サーフェスコールの淵とした.各ポリゴンの法線ベクトルは， 1~90。 の範囲でl。 単位で表される 法線ベクトルヒス トグラムは， X 車由カ~ l ~900 ， Y車Ihカ宝その頻度である (図lc) 左右乳房の類似度はHistogram intersection 法で、算出した2) 類似度は0.0~ 1.0の範囲で表さ れ， 1.0に近づく ほど類似性を増し， 1.0で完全に一致する 相関係数は正規化相関法を用いて統計解析した結果症例145歳，女性， 左乳癌 (TisNOMO)，C領域，非浸潤性乳管癌に対して，左乳房円状部分切除お よ法線ベクトル法による乳房表面形態の評価 31 図2 症例1a:左右乳房3D-MRI画像から加工したSTLデータ度数(%) 右乳房6 11 M n u n ~ 41 ~ 51 ~ 61 ~ n n 81 M 91 角度度数(%) ま乳房6 11 H 21 U 31 ~ 41 % n ~ 61 ~ 71 n ~ ~ 91 角度図2b 左右乳房の法線ベクトルヒストグラムびセンチネルリンパ節生検術，術後放射線照射50Gyが行われた 術後2年半の両側乳房MRI画像を解析した(図2). 類似度は70.3%.相関係数は0.668であった浸潤性充実性腺管癌に対して，内視鏡補助下右乳房部分切除および版禽リンパ節郭清術，術後放射線照射50GyとCEF抗がん剤治療が行われた 術後8年半の両側乳房MRI画像を解析した(図3).類似度は53.5%.相関係数は0.330であった症例252歳，女性，右乳癌(pT2NIMO.Stage I b) . C領域，32 永田徳一郎・楼木哲詩・陶山淑子 ・谷尻豊寿・中山 敏図3 症例2a:左右乳房3D-MRI画像から加工したSTLデ ター度数1%)度数1%)右乳房1 ~ 21 H 31 ~ 41 % 51 ~ s 66 71 U 81 ~ 91 角度左乳房6 1 16 21 26 31 36 41・6 51 56 61 ~ n U 81 ~ 91 角度図3b 左右乳房の法線ベクトルヒストグラム考察乳房の量計測法は，数多く 報告されており ，5 種類に大別される.第一に，乳房を含めた体幹の鋳型を取り ，乳房部に入る水量を計測する方法が挙げられる日) 鋳型法の問題点は，鋳型取りの煩雑さ と鋳型そのものの変形である.第二に，扇型のプラスチックシー トを乳房に当て，乳房に合うシートから乳房体積を算出するGrossmann・Roudner法がある.下垂乳房では正確性が低くなか手術や放射線照射などで変形した乳房には不向きである3)第三に， 一定の大きさのカップを乳房に被せ，乳房とカ ッフ。の空隙に注水し，その注水量と カッ法線ベクトル法による乳房表面形態の評価 33 プの容積の合計で算出するアルキメデス法が挙げられる日) カップのサイズによって乳房領域が決められてしまうため，カップサイズの選択によって値は大きく影響を受ける.第四に，マンモグラフイーやCT，MRI，超音波検査画像から体積を割り出す方法であるが，プロープの接触による変形，体位，乳房範囲の決定などに問題があり，標準的な手法となっていない3.7.8¥最近では3Dスキャナーによって三次元表面データを取り，体積を算出する方法が報告されている9) 3Dスキャナーは非接触であること，立位でデータを獲得できること，レーザ一光によりデータを採取する点でCTやMRIに比べて侵襲が少なく，短時間でデータを得ることができるなど，形態計測法として多くの利点を有する しかし，下垂の強い乳房では，乳房下溝付近のデータ採取が出来ない欠点がある乳房は解剖学的に範囲が決まっていないため，3DスキャナーやCT，MRIでは，独自に乳房範囲を規定する必要がある.以上から，いずれの方法も妥当性と信頼性に問題があり，スタンダードと呼べる評価指標がないのが現状である.従来の乳房の形態評価法は，主観的評価法や写真によるスコアリングなどにより，数理学的判定法の報告はない1) われわれは，乳房表面形態の左右類似性に着目し，法線ベクトル法を用いた形態評価方法を考案した 2症例で得られた類似度と相関係数は，乳房外観上の類似性に近い可能性があり，客観的な表面形状評価法として，初めての試みである.法線ベクトルは曲面の解析によく用いられる方法である目健常乳房はなだらかな局面を持っているため，健常乳房の法線ベクトル値もなだらかなヒストグラムを描く.乳癌で切除された乳房では，法線ベクトルヒストグラムが変化し乱れるものと予測される 左右乳房の法線ベクトルヒストグラムを比較し類似度および相関係数を算出することで，乳房形態の左右差の程度を示すことができ，乳房形態評価法として妥当な方法として期待できる.今回はMRIデータを対象に解析したが，法線ベクトルヒストグラム解析は， 3Dスキャナーから得られたデータに応用できる 3Dスキャナーによる乳房計測は，前述した多くの利点を有するため，発展が期待できる.今後，健常者の乳房により標準的な左右乳房の類似性や，乳癌患者，乳房再建患者へ対象を広げ，法線ベクトル法による評価法の妥当性と信頼性を検証する結語MRI DICOMデータを加工した表面データは，三次元的に連続したポリゴンの集まりで，三次元解析ソフトがあればパーソナルコンピュータで解析できる.われわれは，乳房表面形態の評価に法線ベクトル法を応用し，左右乳房の法線ベクトルヒストグラムの類似度と相関係数を算出した.われわれは，乳房表面形態を客観的に評価できる指標の確立を目指す.本稿を終えるにあたり，多大なるご協力を頂いた松原圭さん，ならびに形成外科スタッフの皆様に厚く御礼申し上げます.文献1) Min Soon Kim， Juliano C. Sbaichiero， Gregory P. Reec巴， Michael J. Miller， Elisabeth K. Beahm， and Mia K. Markey Assessment of Breast Aesthetics目 PlastReconstr Surg 2008; 121 (4): 186巴ー 194巴2) M J Swain， D H Ballard. Color indexing. International J ournal of Computer Vision 1991・7:11-32 3) Ragip Kayar， Serdar Civ巴lek，Murat Cobanoglu， Osman Gungor， Hidayet Catal. Mustafa Emiroglu. Five Methods of Breast Volume Measurement: A Comparative Study of Measurements of Specimen Volume in 30 Mastectomy Cases. Br巴astCancer: Basic and Clinical Research 2011: 5; 43-52 4) Edsander Nord A. Wickman M， Jurell G. Measurem巴ntof breast volum巴 withthermoplastic cast. Scand J Plast Reconstr Hand Surg 1996; 30・129-1325) Galdino GM， Nahabedian M， Chiaramonte M， Geng JZ， Manson P. Clinical applications of thr巴e-dimensionalphotography in breast surgery目 PlastR巴constrSurg 2002; 10: 58-70. 6) Tezel E， Numanoglu A. Practical do-it yourself d巴vicefor accurate volume 34 永田徳一郎・楼木哲詩・陶山淑子・谷尻豊寿・中山 敏measurement of breast. Plast Reconstr Surg J. Frankel S. Measurement of breast implant 2000; 105: 1019-1023. volume with magn巴ticresonance imaging 7) Mark A. LePage， Ella A. Kazerooni， Ann Plast Surg 1995; 34: 348-351 Mark A. Helvie， Edwin G. Wilkins. 9) Cutting CB， McCarthy JG， Karron DB Br巴astreconstruction with TRAM flaps: Three-dimensional input of body surface Normal and abdominal appearance at CT. data using a laser light scanner. Ann Plast Radiographics 1999; 19: 1593-1603. Surg 1988; 20: 38田45.8) Mineyev M， Kramer D， Kaufman L， Carlson 

New evaluation index of breast surface morphology using normal vector

http://repository.lib.tottori-u.ac.jp/files/public/0/4652/20180622145957358431/jyma65(1)_28.pdf

New evaluation index of breast surface morphology using normal vector

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Tottori University Research Result Repository