Preliminary study of preoperative non-invasive localization before breast-conserving surgery using augmented reality technology

Abstract

In breast-conserving surgery, it is crucial to employ a technique that allows for precise resection of the targeted surgical area while minimizing the extent of tissue removal.Therefore, localization of lesions before breast-conserving surgery is critical for surgeons to determine their precise location. Augmented reality (AR) is a technology that projects a virtual object into the real world by inputting spatial information. The breast cancer localization technology used in our study is designed to confirm the accurate location of the lesion using AR technology based on the breast cancer information displayed on the chest CT. This single-center, randomized, prospective, preliminary clinical trial was conducted to assess the clinical efficacy of an AR based localization technology for patients with breast cancer. This clinical trial enrolled 20 women who were diagnosed with invasive breast cancer between the ages of 19 and 80, had a single lesion with a diameter ≥5 mm but ≤30 mm, had no metastasis to other organs, and had not received prior chemotherapy. Patients were randomly assigned to ultrasound-guided skin marking(USL; control group) and AR localization(ARL; study group) groups (n=10 in each group). Statistical comparisons between USL and ARL groups were made based on pathological outcomes, such as the margin distance and comparison of tumor plane area ratio using chi-square and Student t-tests. Two surgeons performed breast-conserving surgery on 20 patients. Histopathologic evaluation of all patients confirmed negative margins. Two independent pathologists evaluated the marginal distances, and there were no intergroup differences in the readers' estimates (R1, 6.20±4.37 vs. 5.04±3.47, P = 0.519; R2, 5.10±4.31 vs. 4.10±2.38, P = 0.970) or the readers' average values (5.65±4.19 vs. 4.57±2.84, P = 0.509). In comparing the tumor plane area ratio, there was no statistically significant difference between the two groups in terms of either reader's mean values (R1, 15.90±9.52 vs. 19.38±14.05, P = 0.525; R2, 15.32±9.48 vs. 20.83±12.85, P = 0.290) or the overall mean values of two readers combined (15.56±9.11 vs. 20.09±13.38, P = 0.388). Convenience, safety, satisfaction, and reusability were all superior in the AR localization group ( P<0.001) based on the two surgeons' responses. In conclusion, ARL is an efficient method for non-invasive localization before breast-conserving surgery.;유방 보존 수술에서 유방암 환자의 수술 범위를 정확하게 절제하고 범위를 최소화하는 것이 중요하다. 따라서 유방 보존 수술 전 병변 국소화는 외과의사에게 정확한 위치를 파악하는데 있어서 매우 중요한 과정이다. 증강 현실은 공간 정보를 입력하여 가상 물체를 실제 세계에 투영시키는 기술이다. 우리 연구에서 이용한 증강 현실 기술을 이용한 유방암 국소화는 흉부 컴퓨터 단층 촬영에 표시된 유방암 정보를 기반으로 병변의 정확한 위치를 확인할 수 있도록 설계되었다. 본 연구에서는 단일기관, 무작위, 전향적, 탐색적 임상시험을 통하여 유방 보존 수술 전 증강현실 기반 유방암 국소화 기술의 임상적 유효성을 평가하였다. 이 임상시험은 19세에서 80세 사이의 침습성 유방암 진단을 받고, 직경≥ 5 mm 그리고 30 mm 이하의 크기의 단일 병변이면서, 다른 장기로의 전이가 없으며, 신보강화학요법을 받지 않은 20명의 여성을 대상으로 하였다. 환자는 무작위로 대조군인 초음파 유도 피부 표시군과 시험군인 증강현실기반 국소화 군으로 10명씩 할당되었다. 카이-제곱 및 스튜던트 t-테스트를 사용하여 시험군과 대조군 간의 종양과 절제면 거리, 그리고 종양평면면적비율을 포함한 병리학적 결과를 통계적으로 비교하였다. 두 명의 외과 의사가 20명의 환자에게 유방 보존 수술을 시행하였고 모든 환자의 조직병리학적 결과가 절제면이 음성임을 확인하였다. 두 명의 독립적인 병리학자가 종양과 절제면 거리를 평가했으며 각각의 병리학자가 평가한 수치(R1, 6.20±4.37 vs. 5.04±3.47, P = 0.519; R2, 5.10±4.31 vs. 4.10±2.38, P = 0.970)와 두 병리학자의 평균값(5.65±4.19 vs. 4.57±2.84, P = 0.509)은 두 그룹 간에 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 종양 평면 면적 비율을 비교할 때 두 병리학자의 각각의 평균값(R1, 15.90±9.52 vs. 19.38±14.05, P = 0.525; R2, 15.32±9.48 vs. 20.83±12.85, P = 0.290)과 두 병리학자의 평균값(15.56±9.11 vs. 20.09±13.38, P = 0.388)은 두 군 간에 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 수술을 시행한 두 명의 외과 의사에게 시행한 설문을 시행한 결과는 증강현실 기반 국소화 이 초음파 유도 피부 표시 군보다 모든 면에서 우수했다(P<0.001). 증강현실기반 유방암 국소화를 이용한 수술은 유방 보존 수술 전 비침습적 국소화를 위한 효율적인 방법임을 확인하였다.