Nghiên cứu này xây dựng mô hình 3D bầu ngực của các bệnh nhân sau phẫu thuật đoạn nhũ. Các tình nguyện viên, là các bệnh nhân ung thư vú đã điều trị theo phương pháp đoạn nhũ, được quét 3D cơ thể vùng ngực. Ảnh quét sau đó được phân tích để xác định đường ranh giới của bầu ngực.
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 XÂY DỰNG MƠ HÌNH 3D NGỰC GIẢ CHO PHỤ NỮ SAU PHẪU THUẬT ĐOẠN NHŨ BẰNG KỸ THUẬT THIẾT KẾ NGƯỢC CONTRUCTION 3D BREAST MODEL FOR THE BREAST CANCER AFFECTED PATIENT AFTER MASTECTOMY BY REVERSE DESIGN ENGINEERING Nguyễn Thanh Tùng1,2*, Trần Thị Minh Kiều1 TĨM TẮT Nghiên cứu xây dựng mơ hình 3D bầu ngực bệnh nhân sau phẫu thuật đoạn nhũ Các tình nguyện viên, bệnh nhân ung thư vú điều trị theo phương pháp đoạn nhũ, quét 3D thể vùng ngực Ảnh qt sau phân tích để xác định đường ranh giới bầu ngực Sử dụng phương pháp thiết kế ngược để tái tạo lại vùng ngực xác định hình dạng ngực giả Kết cho thấy, vị trí tiếp giáp bầu ngực vùng ngực có chuyển tiếp độ cong bề mặt thể Tập hợp điểm cho phép xác định ranh giới bầu ngực Kết hợp phần ngực chưa phẫu thuật phần thành ngực cịn lại bệnh nhân xác định hình dạng ngực giả phù hợp Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn, góp phần phục vụ cho q trình thiết kế áo ngực ngực giả cho bệnh nhân ung thư vú sau phẫu thuật đoạn nhũ Từ khóa: Phẫu thuật đoạn nhũ, ranh giới bầu ngực, ngực giả, thiết kế ngược ABSTRACT This study created a 3D model for the breast cancer defected patients after their surgical removal of one breast (mastectomy) Volunteers, who are breast cancer patients who have had breast augmentation surgery, are taken their 3D scan data of the chest area Scanned images are analyzed to determine the boundaries of the breast Reverse engineering was used to reconstruct the chest area and determine the shape of the breast prosthesis The results showed that the contiguous positions of the breast and the chest area have a transition in terms of the curvature of the body surface This set of points allows us to define the boundary of the breast with the rest of the chest area Combination of the unoperated breast and the remaining breast wall of the patient can determine the shape of the appropriate prosthesis breast This research has scientific and practical implications, supplying for design mastectomy bra and breast prosthesis Keywords: Mastectomy, breast boundaries, breast prosthesis, reverse design Viện Dệt may - Da giầy & Thời trang, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Khoa CNM & TKTT, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội * Email:thanhtung1081@gmail.com Ngày nhận bài: 05/01/2020 Ngày nhận sửa sau phản biện: 25/6/2020 Ngày chấp nhận đăng: 21/10/2020 GIỚI THIỆU Với đa số bệnh nhân ung thư vú, trình điều trị thường để lại tổn thương nặng nề cho thể, gây nên tác động tâm lý lớn, dẫn đến khó khăn điều trị ảnh hưởng đến sinh hoạt làm việc người bệnh Áo ngực đoạn nhũ ngực giả biện pháp khắc phục khiếm khuyết thể, giúp người bệnh xóa bỏ mặc cảm tái hịa nhập với cộng đồng Trong thiết kế ngực giả, việc xác định xác hình dạng ranh giới vùng ngực yếu tố quan trọng để phục vụ q trình mơ vùng ngực phương pháp 3D Các nghiên cứu trước đưa số phương pháp xác định ranh giới vùng ngực để từ tái tạo hình dạng bầu ngực Trong nghiên cứu Zheng [1] trình bày phương pháp xác định ranh giới bầu ngực điểm tham chiếu Ranh giới ngực 3D chứa điểm xung quanh gốc ngực, điểm gầm nách trước số điểm khác Ciocca năm 2009 [2] sử dụng ảnh quét 3D vùng ngực trường hợp mặc không mặc áo ngực kết hợp ảnh lại với để xác định hình dáng bên ngực giả Phương pháp xác định ranh giới bầu ngực ảnh quét 3D Yip trình bày năm 2012 [3] Theo đó, ranh giới đường trịn qua mốc da tơ sáng Trong nghiên cứu Maitra [4], mơ hình bầu ngực vịm bán cầu hình elip, bán kính tối đa vịm tương ứng với chiều dài đường vng góc từ thành ngực đến da tiếp giáp với núm vú Việc xác định ranh giới bầu ngực phương pháp thủ công trước quét ảnh thực nghiên cứu Wesselius [5], để tiến hành tham chiếu bên vùng ngực bảo tồn bên bị phẫu thuật nhằm xác định hình dạng thể tích ngực giả Các phương pháp tác giả có số nhược điểm mốc ranh giới bầu ngực không xác định rõ ràng (nghiên cứu [1, 2, 3]) Một số trường hợp ranh giới thiếu thực tế [4] phải dùng phương pháp thủ công [5] Vì vậy, nghiên cứu này, thơng qua 102 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 56 - Số (10/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 thuật tốn phân tích thay đổi độ cong bề mặt phương pháp tham chiếu ảnh quét 3D để nhận diện ranh giới bầu ngực xác, làm để chế tạo ngực giả PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Thu thập liệu đo Nghiên cứu sử dụng máy quét 3D cầm tay ARTEC EVA hãng ARTECH 3D tiến hành quét 3D bề mặt thể Các đối tượng quét phụ nữ mắc ung thư vú, phẫu thuật cắt bỏ hoàn toàn bên bầu ngực Số lượng mẫu quét 26 mẫu dựa số lượng người đăng ký tình nguyện Thời gian quét tháng năm 2017 2.2 Xác định mốc nhân trắc bầu ngực Dữ liệu điểm ảnh từ q trình qt phân tích xử lý mềm Geomagic Design X Các đám mây điểm ảnh thể người tham chiếu theo hướng khác để xác định điểm nhân trắc bầu ngực, gồm: điểm thấp bầu ngực, điểm cao bầu ngực, điểm phía rìa bầu ngực, điểm phía rìa ngồi bầu ngực 2.3 Xác định ranh giới bầu ngực Đường ranh giới bầu ngực tập hợp điểm tiếp giáp bầu ngực phần khác thành ngực Các vị trí tiếp giáp có chuyển tiếp độ cong minh họa hình 1, vecto nút biểu thị độ cong có hướng khác Dữ liệu 3D thể chuyển đổi từ dạng điểm ảnh sang dạng lưới (mesh) để phân tích độ cong bề mặt thuật tốn Loop đề cập nghiên cứu Khơi [6] Nghiên cứu tiến hành xây dựng 1/2 bề mặt thể phần chưa phẫu thuật sử dụng phương pháp đối xứng để tạo thành bề mặt 3D thể hoàn chỉnh Việc tái tạo giúp so sánh phần thể trước sau phẫu thuật Từ xác định xác phần ngực bị cắt bỏ Từ đám mây điểm thể người thu sau trình quét 3D, liệu chuyển đổi sang dạng lưới Sau xử lý vùng lưới bị lỗi, tiến hành mịn hóa bề mặt lưới 3D thể Trên bề mặt lưới, xây dựng khung 3D bề mặt thể Các đường ngang khung qua điểm eo, điểm chân ngực, điểm đỉnh ngực, điểm ngực Các đường dọc khung qua điểm đỉnh ngực, điểm trước, điểm sau, điểm sườn Vị trí điểm minh họa hình Từ khung lưới này, bề mặt 3D thể xây dựng vá (patches) Non-uniform rational B-spline (NURBS) [7, 8] 2.5 Xây dựng mơ hình 3D ngực giả Để xác định bề mặt bên ngực giả, ranh giới bầu ngực tham chiếu lên bề mặt 3D thể So sánh bề mặt bên bầu ngực bảo tồn bề mặt bên ngực bị cắt bỏ để điều chỉnh lại kích thước ngực giả Bề mặt bên ngực giả xác định dựa bề mặt cong thành ngực vị trí bầu ngực bị cắt bỏ KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Kết xác định ranh giới bầu ngực Dữ liệu quét thể người thu dạng đám mây điểm Sau loại bỏ hình qt khơng đạt u cầu, liệu quét tiến hành xử lý bề mặt phần mềm Geomagic design X Từ đám mây điểm ban đầu, đường biên giới phía bầu ngực xác định xác nhờ mức độ tập trung điểm ảnh nếp lằn bầu ngực Kết xác định ranh giới phía bầu ngực thể hình 3a Hình Các vị trí biến đổi trạng thái cong biên giới bầu ngực Phân tích biến đổi độ cong bề mặt 3D thể, kết hợp điểm nhân trắc xác định trước để xác định đường ranh giới bầu ngực 2.4 Xây dựng bề mặt 3D vùng ngực thể người (a) Hình Vị trí điểm mốc xây dựng lưới 3D bề mặt thể 1: Điểm họng cổ; 2: điểm ngực trên; 3: điểm đỉnh ngực; 4: Điểm chân ngực; 5: điểm ngang eo; 6: điểm trước; 7: điểm sau; 8: điểm sườn Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn (b) (c) (d) Hình Kết xác định điểm nhân trắc bầu ngực Vol 56 - No (Oct 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 103 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Ranh giới phía bầu ngực xác định thơng qua tham chiếu bên ngực bị cắt bỏ bên ngực lại Do bên phẫu thuật bầu ngực bị cắt bỏ, lại thành ngực, vậy, nhìn phía mặt bên, đối chiếu bên ngực dễ dàng nhận thấy vùng ranh giới bầu ngực thành ngực Điều cho phép xác định vị trí cao bầu ngực liên kết với phần thành ngực (hình 3b) Giới hạn bên bầu ngực xác định cách tham chiếu vùng bầu ngực vùng chân ngực Điểm giới hạn phía giao điểm đường biên lồi qua đỉnh ngực đường biên chân ngực phía thân trước Giới hạn bầu ngực giao điểm đường biên lồi qua đỉnh ngực đường biên chân ngực phía sườn (hình 3c), Kết tổng hợp hình 3d Từ liệu bề mặt dạng điểm ảnh, nhờ thuật tốn Loop cơng cụ đánh dấu màu sắc phần mềm, liệu 3D thể người chuyển sang dạng lưới Kết thể hình 4(a, b) Từ bề mặt lưới tham số này, dễ dàng nhận thấy vùng có độ cong khác thơng qua việc thị màu sắc Vùng thể có thị màu vàng vùng lồi, vùng thể có thị màu xanh vùng lõm Ranh giới bầu ngực xác định thông qua chuyển tiếp màu sắc bầu ngực phần xung quanh Ranh giới phía chân ngực nhận diện thông qua nếp lằn ngực xác định hình 3a phân tách rõ ràng màu sắc phần bầu ngực phần thành ngực phía (hình 5a) Ranh giới phía bầu ngực với vùng hõm trước ngực thể rõ ràng, từ xác định dễ dàng đường biên phía bầu ngực Với ranh giới phía bầu ngực, chuyển tiếp độ cong khó xác định có tham gia ngực Tuy nhiên, kết hợp với điểm giới hạn xác định hình 3b vùng có biến đổi độ cong bề mặt bao quanh bầu ngực, xác định đường biên phía bầu ngực P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Kết hợp vị trí có biển đổi độ cong điểm nhân trắc xác định trước đó, xác định đường biên giới phía ngồi bầu ngực Kết xác định ranh giới bầu ngực thể hình 3.2 Kết xây dựng bề mặt 3D thể Sử dụng công cụ phần mềm Geomagic để tiến hành xử lý bề mặt lưới theo bước: Chuyển đổi liệu điểm ảnh (hình 6a) sang liệu lưới (hình 6b); Mịn hóa bề mặt lưới thể tạo đối xứng thể cho phần ngực bảo tồn (hình 6c) Kết trình bày hình (a) (b) (c) Hình Phương pháp xây dựng bề mặt thể (a) liệu đám mây điểm; (b) liệu bề mặt lưới; (c) bề mặt lưới thể mịn hóa xử lý đối xứng Từ bề mặt 3D mịn hóa, bề mặt 3D thể tạo thành từ khung lưới 3D đường dọc ngang qua điểm nhân trắc thể trình bày phần 2.4 Kết trình bày hình Hình Kết xây dựng bề mặt 3d thể Hình Bề mặt tham số tứ giác nhờ thuật tốn Loop Hình Kết xác định ranh giới vùng ngực 3.3 Kết xây dựng mơ hình 3D ngực giả Sau xây dựng bề mặt 3D thể, liệu bề mặt dạng lưới có vị trí đường ranh giới bầu ngực kết hợp với liệu bề mặt 3D (hình 8a) Từ xác định đường ranh giới vùng ngực bề mặt 3D thể (8b) Tiến hành so sánh bề mặt vùng ngực bảo tồn vùng ngực bị cắt bỏ phẫu thuật, kết hợp với ranh giới vùng ngực xác định trước để xác định ranh giới ngực giả (hình 8c) Kết xác định bề mặt phía ngồi ngực giả thể hình 8d Bề mặt ngực giả xác định dựa bề mặt phần thành ngực bên ngực bị phẫu thuật Sử dụng bề mặt thành ngực để tách rời ngực giả khỏi vùng ngực theo ranh giới xác định, kết thể hình 104 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 56 - Số (10/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 (a) So với số nghiên cứu trước đây, kết đạt nghiên cứu xác định biên dạng bầu ngực cách rõ ràng Kết nghiên cứu sở để xây dựng mơ hình 3D ngực giả, phục vụ trình chế tạo ngực giả phù hợp với đặc điểm vùng ngực sau phẫu thuật đoạn nhũ Hạn chế nghiên cứu xây dựng phần ngực giả cho bệnh nhân ung thư vú bị cắt bỏ hoàn toàn phần bầu ngực (Mastectomy) Chưa phân loại tổn thương vùng ngực khác qua trình phẫu thuật bảo tồn (Lumpectomy), từ khái qt hóa hình dạng ngực giả cho tổn thương khác bầu ngực (b) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] R W Y a J F Zheng, 2007 Development of a new Chinese bra sizing system based on breast anthropometric measurements International Journal of Industrial Ergonomics 37.8, pp 697-705 [2] L e a Ciocca, 2009 CAD–CAM construction of an auricular template for craniofacial implant positioning: A novel approach to diagnosis European journal of radiology 71.2, pp 253-256 [3] J M e a Yip, 2012 Accurate assessment of breast volume: a study comparing the volumetric gold standard (direct water displacement measurement of mastectomy specimen) with a 3D laser scanning technique Annals of plastic surgery 68.2, pp 135-141 [4] I K N S a K S B Maitra, 2012 A computerized approach towards breast volume calculation Int J Appl Inf Syst 1, pp 15-20 [5] T S e a Wesselius, 2018 New software and breast boundary landmarks to calculate breast volumes from 3D surface images European journal of plastic surgery 41.6 , pp 663-670 [6] N T a N T T Khôi, 2019 Sự hội tụ phương pháp tái tạo mặt cong miền tham số tam giác dựa tái hợp mảnh xấp xỉ hình học Proceeding of Publishing House for Science and Technology [7] L Piegl, 1991 On NURBS: a survey IEEE Computer Graphics and Applications 11.1, pp 55-71 [8] I L D a B F B Douros, 1999 An improved algorithm for reconstruction of the surface of the human body from 3D scanner data using local B-spline patches Modelling People (c) (d) Hình Biên dạng bầu ngực xác định bề mặt 3D thể (a) (b) Hình Kết hợp bề mặt 3D thể bề mặt thành ngực để xác định ngực giả a: mặt ngực giả b: mặt ngực giả KẾT LUẬN Việc xác định xác biên dạng ranh giới bầu ngực yếu tố quan trọng để phục vụ q trình mơ chế tạo bầu ngực phương pháp 3D Kết nghiên cứu cho thấy, dựa vào phương pháp tham chiếu liệu đám mây điểm phân tích chuyển tiếp độ cong bề mặt, xác định mốc nhân trắc quan trọng bầu ngực, từ xác định ranh giới bầu ngực mơ hình hóa ngực giả Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn AUTHORS INFORMATION Nguyen Thanh Tung1,2, Tran Thi Minh Kieu1 School of Textile - Leather and Fashion, Hanoi University of Science and Technology Faculty of Garment Technology and Fashsion Design, Hanoi University of Industry Vol 56 - No (Oct 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 105 ... giác nhờ thuật tốn Loop Hình Kết xác định ranh giới vùng ngực 3.3 Kết xây dựng mơ hình 3D ngực giả Sau xây dựng bề mặt 3D thể, liệu bề mặt dạng lưới có vị trí đường ranh giới bầu ngực kết hợp... kết đạt nghiên cứu xác định biên dạng bầu ngực cách rõ ràng Kết nghiên cứu sở để xây dựng mơ hình 3D ngực giả, phục vụ q trình chế tạo ngực giả phù hợp với đặc điểm vùng ngực sau phẫu thuật đoạn. .. giới ngực giả (hình 8c) Kết xác định bề mặt phía ngồi ngực giả thể hình 8d Bề mặt ngực giả xác định dựa bề mặt phần thành ngực bên ngực bị phẫu thuật Sử dụng bề mặt thành ngực để tách rời ngực giả