《Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery》：Advancing nipple volume measurement using Gaussian splatting: Achieving comparable accuracy to current standards
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本研究针对传统乳头体积测量方法存在耗时、不精确、患者不适等临床痛点，提出并验证了一种基于高斯泼溅(Gaussian splatting)的3D重建新方法。该方法利用智能手机拍摄视频实现非接触式测量，结果显示其精度与现行标准(如Antera 3D?)相当，为术后评估和临床研究提供了一种准确、低成本、患者友好的创新工具。
随着乳腺癌发病率的上升和乳房重建手术需求的增加，乳头重建术也愈发常见。然而，评估手术效果的关键一步——准确测量乳头体积，却面临着不小的挑战。长久以来，临床和科研中采用的测量技术可谓“五花八门”：从基于阿基米德原理的模具水置换法，到用直尺测量后用简单几何公式估算的“土办法”，这些传统方法要么不够精确，要么操作繁琐，还可能给患者带来不适。即便是更为先进的计算机断层扫描(CT)和专业的Antera 3D?成像系统，也各有短板：前者对小体积结构的分辨率有限，且存在辐射；后者虽然精度高，但设备昂贵，且需要接触皮肤，应用范围受到限制。如何找到一种既准确、又便捷、低成本，还能让患者感觉舒适的测量方法，成了摆在医生和研究人员面前的一道难题。正是在这样的背景下，一项发表在《Journal of Plastic, Reconstructive 》上的研究带来了令人眼前一亮的新思路。
为了解决上述问题，韩国忠南大学医院的研究团队Donghyun Kim、Se Kwang Oh、Jihye Heo等人，创新性地将计算机视觉领域的“高斯泼溅”(Gaussian splatting)技术应用于医学测量。他们开展了一项前瞻性研究，旨在验证这种基于智能手机视频的新型三维重建方法，是否能成为测量乳头体积的可靠工具。研究人员对2023年12月至2025年5月期间在该院就诊的32名女性患者的37个乳头进行了评估。他们巧妙地设计实验，在同一次诊疗中，依次用五种方法对每个乳头进行测量，从无接触到有创，形成对比。这五种方法包括：作为“金标准”的硅胶模具水置换法；基于高度和半径测量的三种几何公式(圆台、圆柱)计算法；基于现有CT影像的手动分割与三维建模法；使用Antera 3D?设备进行接触式扫描和体积计算法；以及本研究的核心——基于高斯泼溅技术的3D重建测量法。后者的具体操作是，用iPhone 14?在标准化距离下拍摄乳头半周转视频，然后通过高斯泼溅技术将视频帧转换为三维点云，再利用MeshLab软件和两种表面重建算法(凸包算法和α-shape算法)生成三维网格模型，最终计算出体积。
整个研究通过严谨的统计分析来评估新方法的性能，主要采用了以下关键技术方法：1) 高斯泼溅三维重建：这是本研究的核心技术，通过智能手机视频生成精细的乳头3D点云模型，实现了非接触式数据采集。2) 多种体积测量方法对比：研究设置了硅胶模具水置换法(金标准)、基于几何公式的计算法、CT影像分割法和Antera 3D?扫描法作为对照组，形成全面的方法学比较。3) 表面重建算法：在获得3D点云后，研究应用了凸包(Convex hull)和α-shape两种算法从点云生成可用于体积计算的三维网格表面，以平衡解剖保真度和表面稳定性。4) 统计评估：采用单因素方差分析(ANOVA)比较不同方法测得体积的均值差异，使用Bland-Altman分析和均方误差(MSE)来评估新方法与金标准之间的一致性，并通过重复测量ANOVA评估了不同观察者手动操作(如边界勾勒)的可信度。
研究结果通过多个维度的分析，清晰地展示了新旧方法的表现：
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方法间差异与一致性分析：单因素方差分析显示，不同测量方法得到的乳头体积均值存在显著差异。事后检验(Scheffé)表明，几何公式法的误差较大，尤其是公式V3与金标准存在显著差异，证实了其准确性有限。而视频法(包括Convex和Alpha算法)与Antera 3D?、CT法的结果与金标准均无显著差异。
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精度与误差评估：均方误差分析结果显示，Antera 3D?的精度最高(MSE = 0.011)，紧随其后的是视频凸包法(MSE = 0.018)和视频α-shape法(MSE = 0.019)。CT法的精度中等(CT-1 mm: MSE = 0.145; CT-3 mm: MSE = 0.165)，而几何公式法的误差最大(MSE = 0.519–0.935)。箱线图分析也表明，Antera 3D?和两种视频法的误差分布最集中，异常值最少，一致性最佳。
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与金标准的一致性：Bland-Altman分析是评估两种测量方法一致性的重要工具。分析显示，视频法与金标准之间的平均差异极小(-0.005 cc和-0.002 cc)，且差异值围绕均值对称分布，无系统性偏差，证明了两者具有良好的一致性。虽然Antera 3D?的一致界限更窄，但视频法的结果也已处于可接受的范围内。
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描述性统计结果：从测得的平均体积来看，Antera 3D?的结果(0.4975 cc)最接近金标准(0.5491 cc)。两种视频法测得的平均体积分别为0.5436 cc (Convex)和0.5475 cc (Alpha)，也与金标准高度接近，且标准差较小，表明其具有可靠性和实用性。
综上所述，本研究得出明确结论：基于高斯泼溅技术的视频三维重建方法，能够实现对乳头体积的准确测量，其精度可与当前临床认可的先进方法(如Antera 3D?)和传统金标准(模具法)相媲美。同时，该方法展现出成本低廉、完全无接触、操作便捷（仅需智能手机）、易于重复等显著优势。
在讨论部分，作者进一步强调了该研究的意义。乳头体积的精准测量对于乳房重建手术的评估、对称性的达成、术前术后效果对比乃至早期病理筛查都至关重要。然而，乳头组织形态不规则、易受激素、体重、年龄甚至短暂刺激影响而变化，这给测量带来了巨大挑战。现有的方法各有利弊：模具法虽为金标准但过程繁琐；公式法简便但不准确；CT法客观但有辐射且分辨率有限；Antera 3D?精准但昂贵且需接触皮肤。本研究提出的新方法，恰好弥补了这些不足。它利用广泛普及的移动设备，提供了一种高精度、无创、可及性强的解决方案，特别适合于需要长期随访监测的临床场景和研究工作。尽管该方法目前仍面临如患者移动产生伪影、成像距离和光线需标准化、α-shape算法参数选择依赖经验等挑战，但研究者指出，通过制定标准化的成像协议、开发自动边界识别算法以降低操作者依赖性，并扩大在不同人群中的验证，这一技术有望发展成为一种可靠的临床标准工具。它不仅能为个性化手术规划和美学优化提供精确数据支持，也能融入数字健康平台，成为术后监测和临床研究的得力助手。这项研究为乳头体积评估乃至更广泛的软组织三维形态学测量，开辟了一条充满潜力的新路径。
