Integration von Augmented Reality Tools in Breast Cancer Related Lymphödem Prognostication and Diagnosis

Zusammenfassung

Brustkrebs-bedingte Lymphödeme sind häufig bei Brustkrebs-Überlebenden, aber es gibt nicht weit verbreitete Richtlinien für seine Diagnose und Quantifizierung. Hier führen wir ein zuverlässiges und kostengünstiges Protokoll ein, um das Volumen der oberen Gliedmaßen bei Brustkrebspatientinnen zu definieren, zu quantifizieren und zu vergleichen.

Zusammenfassung

Brustkrebsbedingte Lymphödeme (BCRL) ist ein schädlicher Zustand, der durch Flüssigkeitsansammlung in der oberen Extremität bei Brustkrebspatientinnen gekennzeichnet ist, die einer Axillary-Operation und/oder Bestrahlung unterzogen werden. Seine Ätiologie ist multifaktoriell und umfasst auch tumorspezifische pathologische Merkmale, wie lymphavaskuläre Invasion (LVI) und extranodale Erweiterung (ENE). Bis heute liegen keine weit verbreiteten Richtlinien für die Frühdiagnose von BCRL vor. Hier zeigen wir ein Protokoll für eine digital unterstützte BCRL-Bewertung mit einem 3D-Laserscanner (3DLS) und einem Tablet-Computer. Es wurde speziell in einer Entdeckungskohorte von Hochrisiko-Brustkrebspatientinnen optimiert. Diese Studie bietet einen Proof-of-Prinzip, dass Augmented-Reality-Tools wie 3DLS in die klinische Arbeit von BCRL integriert werden können, um eine präzise, reproduzierbare, zuverlässige und kostengünstige Diagnose zu ermöglichen.

Einleitung

Brustkrebsbedingte Lymphödeme (BCRL) ist flüssigkeitsretention in der oberen Extremität, die nach einer Axillary-Operation und/oder Strahlentherapie bei ca. 20-80% der Brustkrebspatientinnen mit Lymphknotenmetastasen (N>1)^1,2,3auftritt. Dieser Zustand führt zu Schwellung der Gliedmaße mit anschließender reduzierter Funktionalität, erhöhtes Risiko von Komorbiditäten, Frustration, Angst, und Depression^4,5. BCRL gilt derzeit als langjährige Bedrohung für Brustkrebs-Überlebende, da es bis zu 9 Jahre nach Operation⁶auftreten kann.

BcRL Pathogenese ist ein Thema der lebhaften Debatte unter Brustkrebs-Spezialisten. Daher haben mehrere Studien gezeigt, dass es nicht nur mit axillären Interventionen, sondern auch mit systemischen Behandlungen wie Taxane-basierte Chemotherapie und Anti-HER2-Therapie^7,8zusammenhängen könnte. Darüber hinaus gibt es neuere Beweislinien, die darauf hindeuten, dass tumorspezifische pathologische Merkmale an seiner Pathogenese beteiligt sind^1,6,7. Aus diesem Grund wurde die Invasion von lymphvaskulären Räumen an der Peripherie des Tumors durch neoplastische Zellen (lymphavaskuläre Invasion, LVI) und der Ausdehnung der Metastasierung über die Lymphknotenkapsel (Extra-Knoten-Erweiterung, ENE) als ergänzende Analyse für BCRL-Risikoschichtung^6,7vorgeschlagen.

Trotz der neuen Erkenntnisse der BCRL-Biologie bleibt die Armvolumenmessung eine Eckpfeilerphase bei der Diagnose und Nachsorge dieser Patienten⁹. Für diese Aufgabe gibt es jedoch keine weit verbreiteten Leitlinien. Die Messung mehrerer Umfange über den Arm wurde traditionell verwendet, um sein Gesamtvolumen mit der abgeschnittenen Kegelformel¹⁰zu schätzen. Trotz ihrer Zuverlässigkeit mangelt es dieser Umrundungsmethode (CM) jedoch an Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit, insbesondere bei Armformunregelmäßigkeiten¹¹. In letzter Zeit haben sich Augmented-Reality-Methoden wie der dreidimensionale Laserscanner (3DLS) als vielversprechende Werkzeuge zur Messung des oberen Gliedmaßenvolumens¹²herauskristallisiert. Diese Technologie ist billig, benutzerfreundlich, reproduzierbar und extrem präzise auch in Gegenwart von Gibbousness und Schwellung^12,13.

Ziel dieser Studie war es, die Zuverlässigkeit von 3DLS im Vergleich zur Umfangsmethode für die BCRL-Diagnose und -Quantifizierung zu bewerten. Hier wird ein Protokoll für Echtzeitmessungen des oberen Gliedmaßenvolumens mittels 3DLS bei Brustkrebspatientinnen mit erhöhtem BCRL-Risiko detailliert beschrieben.

Protokoll

Diese Studie wurde von den Institutional Review Boards der Autoreninstitutionen genehmigt. Dieses Protokoll gilt für knotenpositive (d.h. N>1 nach dem TNM-Staging-System)¹⁴ Brustkrebserkrankungen, die LVI und/oder ENE zeigen.

1. Echtzeit-Armmessungen

1. Installieren Sie die kostenlose herunterladbare Anwendung (z. B. Captevia) auf einem Tablet-Computer.
2. Nehmen Sie einen Marker mit der kontrastreichen Farbe im Vergleich zur Haut des Patienten (z. B. weiß, schwarz).
   1. Markieren Sie die Haut der oberen Extremität, die mit Punktmarkierungen von 5 cm vom Handgelenk bis zum Ellenbogen und vom Ellenbogen bis zum proximalen Teil des Arms analysiert werden soll. Zeichnen Sie die Umfange auf der Haut der oberen Extremität, die auf der Ebene jedes Wahrzeichens analysiert werden sollen.
3. Positionieren Sie den Patienten in einer aufrechten Position in einem Raum mit genügend Platz, um sich um ihn herum zu bewegen. Erhöhen Sie die obere Extremität des Patienten vordergründ um 90°. Bitten Sie den Patienten, während der gesamten Scandauer in dieser Position zu bleiben.
   HINWEIS: Im Falle von Schwierigkeiten des Patienten, diese Position zu halten, kann eine Stütze auf Handebene (z. B. ein Stock) verwendet werden.
4. Haken und verbinden Sie das 3DLS-Gerät mit dem Tablet.
5. Öffnen Sie die Anwendung vom Tablet aus und geben Sie die Anmeldeinformationen des zu untersuchenden Themas in die Patientendatenbank ein.
   1. Klicken Sie auf Verbindung und dann + , um einen neuen Patienten einzugeben. Geben Sie den Namen und Nachnamen des Patienten zusammen mit anderen voreingestellten anamnestischen Variablen (wie Geburtsdatum, Höhe, Gewicht usw.) und andere wie gewünscht im dafür vorgesehenen Raum ein.
6. Klicken Sie auf das 3D-Symbol. Wählen Sie den zu untersuchenden Bereich aus, indem Sie den Abstand und die Größe des Würfels modulieren, der auf dem Bildschirm mit 2 Fingern auf dem Touchscreen angezeigt wird.
7. Klicken Sie auf Scannen, und starten Sie den dreidimensionalen Scan, der die obere Extremität des Patienten auf allen Ebenen des Raumes umrahmt. Drehen Sie die Glieder aus allen Ansichten mehrmals um, um die Qualität des aufgenommenen Bildes zu optimieren.
   HINWEIS: Eine gute Erfassung dauert durchschnittlich 30 Sekunden. Nicht mehr als einen Meter von der zu untersuchenden Gliedmaße entfernt. Bewegen Sie das Tablet nicht zu schnell.
8. Sobald die Übernahme abgeschlossen ist, drücken Sie Fertig. Überarbeiten Sie bei Bedarf das Formular, um etwaige Anschaffungsfehler oder fehlende Teile zu bewerten.
9. Wählen Sie die Erfassung aus, und drücken Sie das Symbol unten rechts auf dem Bildschirm, um die Datei zu senden. Geben Sie eine E-Mail ein, an die die Datei gesendet werden soll, und klicken Sie auf Senden.
10. Starten Sie den PC und laden Sie die per E-Mail gesendete Datendatei herunter. Legen Sie dann den USB-Stick mit der Softwarelizenz ein, doppelklicken Sie auf das Softwaresymbol, bestätigen Sie den ausgewählten Lizenztyp, und öffnen Sie die Datendatei.
11. Zeigen Sie den Scan an und drücken Sie "Neuer Patient erstellen" Benennen Sie die Datei des Patienten, wählen Sie das Ziel aus, um die Datei zu speichern, und drücken Sie Speichern.
12. Wählen Sie Datei in der oberen linken Ecke aus. Wählen Sie die zuvor benannte Patientendatei aus.
13. Wählen Sie den Scan aus, und drücken Sie Extrahieren, um den Scan zu extrahieren. Wählen Sie den extrahierten Scan aus und drücken Sie Reinigung.
14. Wählen Sie das Bild aus. Reinigen Sie die Form, indem Sie sie im Raum (x-, y- und z-Achse) ausrichten. Schneiden Sie alle im Scan enthaltenen Segmente auf den verschiedenen Achsen (x, y und z) ab. Es wird auch möglich sein, alle Im Scan enthaltenen Hautmarkierungen anzuzeigen, um den Scan genauer zu schneiden. Überprüfen Sie die Schnittzahl.
15. Benennen Sie die form, die aus dem Scan erhalten wurde. Drücken Sie eine neue Form erstellen.
16. Richten Sie die Formachse auf den 3 Ebenen des Raumes aus, und drücken Sie End.
17. Wählen Sie das verarbeitete Formular aus und drücken Sie Öffnen:Die Software liefert das Gesamtvolumen des bearbeiteten Formulars an.
18. Berechnen Sie das Volumen der verschiedenen Abschnitte, drücken Sie Volume. Verschieben Sie den oberen und unteren Rand des Abschnitts, aus dem das Volume extrahiert werden soll, und wählen Sie ihn aus.

Ergebnisse

Dies war eine Pilot-Einzelblindstudie, randomisierte kontrollierte Studie mit erwachsenen Personen. Die Kriterien für die Eingliederung waren folgende: 1) junge Erwachsene im Alter von >18 und <45; 2) Normalgewicht (Body-Mass-Index, BMI, >18 und <25 kg/m²); 3) Fehlen jeglicher Art von Hautläsion auf der oberen Gliedmaßenebene; 4) Fehlen von Trauma und/oder jede Art von Zustand in der Lage, Armstruktur und Volumen zu ändern. Die Ausschlusskriterien: 1) kardiovaskuläre Komor...

Diskussion

Die Verwendung eines genauen und zuverlässigen Instruments für die Messung des Gliedmaßenvolumens ist bei Brustkrebsüberlebenden obligatorisch, da eine frühe Diagnose von BCRL mit verbesserten Ergebnissen zusammenhängt. Darüber hinaus sollten bei der Identifizierung von Personen mit hohem Risiko nicht nur klinische und chirurgische Daten, sondern auch tumorspezifische pathologische Merkmale berücksichtigt werden. Diese Studie zeigt die Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit eines neuen tragbaren 3DLS-Geräts bei...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Structure sensor + Captevia V3.1	Rodin4D, Rodin SAS		Three dimensional laser scanner