Landmark-basierte statistische Procrustes Analyse bei der Untersuchung der Brustform und –symmetrie

Zusammenfassung

Ziel: Die Arbeit zielt darauf eine mathematische Analyse der Brustform und -symmetrie durch landmarkbasierte Procrustes Berechnung zu erklären. Verschiedene Komponenten der Brustsymmetrie und ihr Einfluss bei der Brustrekonstruktion wurden untersucht.

Methode: Bei einer objektiven Brustformanalyse wurde Asymmetrie quantifiziert als das Maß der Unterschiede zwischen einer 3D Landmark-Konfiguration auf einer Brust und ihres reflektierten Bildes. 10 Landmarken, jeweils 4 pro Seite und 2 für eine Mittelliniendefinition wurden festgelegt. Für jede Landmarke wurden die 3D Koordinaten statistisch mithilfe eines Softwareprogrammes R ausgewertet. Über eine Mittellinie vom Jugulum zum Manubrium sterni wurde ein Spiegelbild der Brust erstellt. Die Daten einer rekonstruierten und einer nicht-operierten Brust von 44 Patientinnen wurden untersucht. Die statistischen Unterschiede der Procrustes Analyse gingen in einen Asymmetrie Score ein und die Anteile einzelner Komponenten wurden berechnet. Diese waren die Größe, die Lokation und die Orientierung der Brust und davon abgesehen brusteigene morphologische Oberflächenformdaten.

Ergebnisse: Alle 44 Patientinnen wiesen Brustasymmetrie auf und der mittlere Asymmetrie score betrug 0.52. Der Berechnung der Anteile der einzelnen Komponenten, die den Asymmetrie Score ausmachten, ergab, dass morphologische Oberflächendaten hierbei am stärksten zum Asymmetrie Score beitrugen, dicht gefolgt von Daten zur Lokation, sprich zur Positionierung der Brust auf der Thoraxwand. Im Gegensatz dazu spielten Brustgröße und Orientierung eine geringere Rolle.

Schlussfolgerung: Bei der Betrachtung der Brustsymmetrie spielt in der Plastischen Chirurgie die Form eine wichtigere Rolle, als die Größe wie durch die statistische Procrustes Analyse objektiv errechnet. Fast ebenso wichtig wie die Form ist die Positionierung der Brust auf der Thoraxwand, die deutlich stärker zur gesamten Brustsymmetrie beiträgt als eine Achsendrehung.

Abstract

Aim: The aim of this presentation is the explanation of a mathematical analysis of a landmark-based procrustes calculation. The various components of breast symmetry and their impact on breast reconstruction have been examined.

Method: In an objective breast shape analysis asymmetries are quantified as a measure of the difference between a 3D landmark configuration of a breast and its mirror image. 10 landmarks, 4 on each side and 2 for a definition of the midline were defined. For each landmark the 3D coordinates were calculated statistically with the help of the software Programme R. Over a midline from the jugulum to the manubrium sterni, a mirror image of the breast was constructed. The data for the breast to be reconstructed and the non-operated breast from 44 patients were investigated. The statistical differences of the Procrustes analysis were used for an asymmetry score and the proportions of the individual components were calculated. These included size, location and orientation of the breast as well as the individual inherent morphological surface form data of the breast.

Results: All 44 patients exhibited breast asymmetries and the mean asymmetry score amounted to 0.52. A calculation of the proportions of the individual components making up the asymmetry score revealed that morphological surface data made the largest contribution to the asymmetry score, closely followed by location, i. e., positioning of the breast on the thoracic wall. In contrast, the size of the breast and its orientation were of lesser relevance.

Conclusion: When considering breast symmetry in plastic surgery, the form plays a more important role than the size as objectively calculated by the statistical procrustes analysis. Almost equally important as the form is the positioning of the breast on the thoracic wall which contributes significantly more to total breast symmetry than axial displacements.

Schlüsselwörter

Mammarekonstruktion - bildgebende Verfahren - Morphologie - Qualitätssicherung

Key words

breast reconstruction - imaging procedures - morphology - quality assurance - Ziel

• Literatur

• 1 Wheatstone C. Contribution to the Physiology of Vision.-Part the first. On some remarkable, and hitherto unobserved, phenomena of binocular vision. Philosophical Transactions 1838; 128: 371-394
• 2 Burke PH, Beard MA. Stereophotogrammetry of the face: A preliminary investigation into the accuracy of a simplified system evolved for contour mapping by photography. Am J Orthod 1967; 53: 769-782
• 3 Ayoub A, Garrahy A, Hood C et al. Validation of a vision-based, three-dimensional facial imaging system. Cleft Palate Craniofac J 2003; 40: 523-529
• 4 Bland JM, Altman DG. Statistical methods for assessing agreement between two methods of clinical measurement. Lancet 1986; 1: 307-310
• 5 Bock MT, Bowman AW. On the measurement and analysis of asymmetry with applications to facial modelling. J R Stat Soc: Series C (applied Statistics) 2006; 55: 77-91
• 6 Loughry CW, Sheffer DB, Price TE et al. Breast volume measurement of 248 women using biostereometric analysis. Plast Reconstr Surg 1987; 80: 553-558
• 7 Losken A, Seify H, Denson DD et al. Validating three dimensional imaging of the breast. Ann Plast Surg 2005; 54: 471-476
• 8 Henseler H, Khambay BS, Bowman A et al. Investigation into accuracy and reproducibility of a 3D breast imaging system using multiple stereocameras. J Plast Reconstr Aesthet Surg 2011; 64: 577-582
• 9 Henseler H, Smith J, Bowman A et al. Investigation into variation and errors of a three-dimensional breast imaging system using multiple stereo cameras. J Plast Reconstr Aesthet Surg 2012; 65: 332-337
• 10 Henseler H, Smith J, Bowman A et al. Objective evaluation of the the latissimus dorsi flap for breast reconstruction using three-dimensional imaging. J Plast Reconstr Aesthet Surg 2012; 65: 1209-1215
• 11 Koban KC, Leitsch S, Holzbach T et al. 3D Bilderfassung und Analyse in der plastischen Chirurgie mit Smartphone und Tablet: eine Alternative zu professionellen Systemen?. Handchir Mikrochir Plast Chir 2014; 46: 97-104
• 12 McIntyre GT, Mossey PA. Size and shape measurement in contemporary cephalometrics. Euro J Orthod 2003; 25: 231-242
• 13 Brown TP, Ringrose C, Hyland RE et al. A method of assessing female breast morphometry and its clinical application. Br J Plast Surg 1999; 52: 355-359
• 14 Henseler H, Smith J, Bowman A et al. Subjective versus objective breast assessment of breast reconstruction. J Plast Reconstr Aesthet Surg 2013; 66: 634-639
• 15 Kim MS, Sbalchiero JC, Reece GP. Assessment of breast aesthetics. Plast Reconstr Surg 2008; 121: 186-194
• 16 Thomson JG, Liu YJ, Restifo RJ et al. Surface area measurement of the female breast: phase I. Validation of a novel optical technique. Plast Reconstr Surg 2009; 123: 1588-1596
• 17 Catanuto G, Spano A, Pennati A et al. Experimental methodology for digital breast shape analysis and objective surgical outcome evaluation. J Plast Reconstr Aesth Surg 2008; 61: 314-318
• 18 Eder M, Kovacs H. Kommentar zur Arbeit Herold und Mitarbieter: MRT Volumetrie der Mamma zur Kontrolle der Fettresorptionsrate nach autologem Lipotransfer. HaMiPla 2010; 42: 135-136
• 19 Kovacs L, Eder M, Holweck R et al. New aspects of breast volume measurement using 3-dimensional surface imaging. Ann Plast Surg 2006; 57: 602-610
• 20 Kovacs L, Eder M, Hollweck R et al. Comparison between breast volume measurement using 3D surface imaging and classical techniques. Breast 2007; 16: 137-145
• 21 Moyer HR, Carlson GW, Styblo TM et al. Three-dimensional digital evaluation of breast symmetry after breast conservation therapy. J Am Coll Surg 2008; 207: 227-232
• 22 Cardoso MJ, Magalhaes A, Teresa A et al. Is face-only photographic view enough for the aesthetic evaluation of breast cancer conservative treatment?. Breast Cancer Res Treat. Springer Science and Business Media 2008; 112: 565-568
• 23 Fitzal F, Krois W, Trischler H et al. The use of a breast symmetry index for objective evaluation of breast cosmesis. The breast 2007; 16: 429-435
• 24 Eder M, Grabhorn A, von Waldenfels F et al. Prediction of breast resection weight in reduction mammaplasty based on 3-dimensional imaging. Surg Innov 2013; 20: 356-364
• 25 Eder M, Raith S, McHugh PE. Comparison of different material models to simulate 3-D breast deformation using finite element analysis. Annals of Biomedical Engineering 2014; 42: 843-857