本研究旨在评估基于智能手机摄像头生成头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）标本三维模型的潜力。当前头颈部肿瘤的手术切除中，约30-40%的病例存在切除不完全或不足的情况，而术中冰冻切片（FS）诊断是确保完整切除的重要手段。然而，对于黏膜及解剖结构复杂的标本（如口咽部切除标本），三维定位和切缘定位的沟通过程存在显著挑战。研究人员开展了一项纳入10例头颈部肿瘤患者的初步研究，利用智能手机摄影测量技术创建新鲜手术标本表面地形的三维模型，并将其整合至定制可视化软件中，以改善外科医师与病理医师在FS期间的沟通。研究结果表明，所有病例均成功生成三维模型，中位扫描时间为4.2分钟。软组织变形实验显示横向尺寸一致性良好，但高度方向存在较大偏差，与软组织受压一致。病理医师和外科医师均对该方法评价积极，总体效用中位数分别为4.2和4.8。该概念验证研究表明，基于智能手机的摄影测量可实现新鲜头颈部标本的快速三维表面建模，并能整合至专用软件中用于FS病理期间的标本定向和沟通。
智能手机摄影测量技术用于头颈部肿瘤标本快速三维建模辅助冰冻切片沟通的可行性研究
本研究聚焦于头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）术中冰冻切片（FS）诊断中的外科-病理沟通难题，探索基于智能手机摄影测量的三维表面建模技术在此领域的应用价值。全球每年新发癌症病例超过2450万，导致960万人死亡，HNSCC作为全球第七大常见癌症，因其解剖区域复杂、疾病异质性显著而具有独特的诊疗挑战。当前实体肿瘤的标准治疗模式为完整切除后根据肿瘤分期行辅助放（化）疗，外科医师主要依据视觉检查、触诊及术前影像进行手术规划。然而，研究表明约30-40%的头颈部肿瘤手术存在切除不完全或切缘不足的问题，直接影响患者生存预后。术中冰冻切片病理检查通过即时显微镜下评估切除组织切缘，指导进一步切除范围，是确保肿瘤完整切除的关键环节。
现有技术局限性与研究动机
尽管标准缝线标记对于简单平面皮肤标本的定向较为可靠，但黏膜及解剖复杂标本（如口咽部切除标本）的三维定位和近距离切缘确定仍具挑战性。更为突出的是，外科医师与病理医师之间的沟通存在明显不足：书面或口头描述复杂三维结构的方式难以实现精确的肿瘤再切除定位，最终可能导致预后降低和生活质量严重受损。目前临床探索的光学相干断层扫描（OCT）、窄带成像、光谱学、体内及离体超声、靶向荧光成像等技术虽被归类为图像引导手术，但普遍存在资源需求高、设备复杂或仅能实现黏膜表面可视化等局限。此外，冰冻切片病理本身也面临病理医师和外科医师经验差异、流程建立所需时间与资源投入大、以及因地理隔离和缺乏三维可视化导致的外科-病理交互不精确等挑战。
摄影测量技术先前主要应用于种植牙科，也已拓展至其他需要构建密集点云三维模型的医学领域。利用新型扫描工具和特殊扫描装置，可在数分钟内创建精确的三维模型。近年来智能手机摄像头性能显著提升，部分最新机型更配备了激光雷达（LiDAR）扫描器。鉴于专业扫描设备的特殊配置和高昂成本限制了基于三维模型的冰冻切片技术在临床的广泛应用，本研究探索利用智能手机摄像头创建头颈部癌冰冻切片标本表面地形三维模型的可行性，并开发定制化临床可视化软件以解决当前缺乏专用平台的困境。
研究设计与方法
该研究为概念验证性初步研究，纳入标准为组织学确诊的头颈部恶性肿瘤患者，且多学科肿瘤委员会（MDT）建议行完整手术切除。仅纳入具有可及黏膜或皮肤表面、适合表面扫描的病例，队列有意纳入皮肤来源和黏膜来源病例以验证跨标本类型的可行性，其中三维结构复杂的黏膜标本预期临床价值最高。10例患者于2022年10月至2023年9月期间在慕尼黑工业大学附属医院耳鼻咽喉头颈外科接受治疗，数据分析前进行数据匿名化处理。
扫描流程采用iPhone 16 Pro Max智能手机配合商业化摄影测量应用程序（Magiscan）进行离体扫描。标本置于白色纱布垫上用缝线标记定向，按照标准化方案采集图像：手机距标本约20-40厘米，进行360°环形扫掠并补充斜位视角，每例获取约40-70张图像，切除后10分钟内启动扫描。应用程序生成标本表面的三维网格（表面地形），导出至手术室工作站进行可视化。研究人员开发了定制软件，支持认证用户登录、匿名化患者代码选择、交互式三维可视化（旋转/缩放）、感兴趣区域文本标注，内置聊天功能实现外科医师与病理医师的异步沟通澄清。
效用评估采用0-5分Likert量表问卷，由4名病理医师和4名头颈外科医师完成；评分者间可靠性采用平均成对二次加权Cohen's Kappa系数量化。共计32名医疗专业人员完成问卷：12名病理医师（7男5女，平均从业8.5年）和20名外科医师（14男6女，平均从业7.5年）。
研究结果
通过离体猪肉和鸡肉软组织模型验证物理测量与数字三维模型的一致性（每类组织3个标本，各扫描5次）。猪肉标本显示较小的横向偏差（Δx -2.38±0.17 mm，Δy -1.70±0.06 mm），绝对百分误差分别为2.98±0.21%和3.10±0.17%；鸡肉标本横向偏差较大（Δx -6.14±0.12 mm，Δy -4.32±0.19 mm），绝对百分误差为9.03±0.10%和8.99±0.24%。两类标本在z轴（高度）方向差异最大，数字模型系统性地低估了厚度（猪肉：Δz -3.37±0.10 mm，13.47±0.13%；鸡肉：Δz -7.14±0.12 mm，30.38±0.69%），表明在标准采集条件下横向尺寸一致性良好，而厚度是最易发生变形的维度，且在鸡肉中更为显著，与组织依从性和扫描时边界定义相关。
临床队列10例肿瘤（中位年龄61岁，范围48-83岁；6男4女），包括5例皮肤来源头颈部肿瘤（2例基底细胞癌和3例皮肤鳞状细胞癌）及5例口咽鳞状细胞癌（2例舌根和3例扁桃体）。所有病例最终切缘阴性（近距离切缘转为清晰切缘）。冰冻切片评估促使3/10例进行了术中切缘修正。所有病例均成功进行标本表面地形术中扫描，生成10例离体三维模型，中位扫描时间4.2分钟。扫描在智能手机上完成，网格导出至手术室工作站以定制软件审阅。非无菌助手根据外科医师的定向和切缘描述实时标注模型。以软组织为主的标本（尤其口咽部标本）多角度采集时更易发生变形，而含软骨标本（如外耳）更为坚硬、易于扫描。对于平面皮肤标本，相比传统缝线定向的附加价值被认为较小；而对于定向不够直观、表面解剖标志有限的黏膜/口咽部标本，该软件被认为特别有帮助。
病理医师和外科医师均高度认可三维扫描沟通方法。两组所有受访者均同意或强烈同意该方法可减少误解（Q12；均值4.67 vs 4.75）并提高手术切除精确性（Q9；均值4.42 vs 4.55）。增强组织解剖可视化（Q11；92% vs 100%）、促进学科间沟通（Q6；92% vs 100%）及减少沟通错误（Q5；92% vs 100%）方面认同度同样较高。外科医师对将方法整合至日常实践（Q4；均值4.40，90%同意）和向同事推荐（Q8；均值4.45，90%同意）尤为热情，病理医师亦持积极态度（Q4均值3.83；Q8均值4.00）。Mann-Whitney U检验显示两组间任何项目均无统计学显著差异（所有p≥0.054），表明该方法感知临床价值为两专业共享。外科医师采纳热情略高（Q4：δ=-0.38；Q8：δ=-0.34），与其在术中决策中的直接角色相符，支持该方法弥合外科-病理沟通鸿沟的潜力。
讨论
该概念验证研究考察了基于智能手机的表面地形三维建模结合定制可视化软件用于支持头颈部癌术中冰冻切片病理的可行性。鸡肉作为依从性高的扁桃体/口咽部组织替代物，偏差大于更接近皮肤标本较硬特性的猪肉。研究在10例新鲜肿瘤标本中生成离体三维模型并整合至定制可视化标注工具，旨在改善外科医师与病理医师之间的标本定向和沟通。
两组人员均对该方法评价积极，强调改善了复杂切除表面的可视化并减少FS沟通中的误解。三维表面记录的增量收益可能因标本类型而异：对于简单平面皮肤切除，传统缝线标记和摄影可能已足够；而对于黏膜和解剖复杂标本，尤其口咽部切除，交互式三维定向和标注切缘映射可能获益更大。基于表面的三维模型并非取代既定病理评估，而是作为辅助工具，比文字描述或静态照片更直观精确地展示定向、切缘命名和感兴趣区域。
既往探索性研究主要在口腔癌和舌切除中评估三维标本建模，多数报告处理时间较长（约30分钟扫描加额外建模时间），且缺乏专用临床可视化软件，导致文件格式和数据量方面的挑战。结构光或转台式三维扫描仪虽可达高精度，但需专用硬件，因成本和物流难以广泛部署。Irace等报道的智能手机方法处理时间达7-24小时，限制其用于术后而非术中应用。相比之下，本研究流程仅使用智能手机和简单采集方案，数分钟内生成三维表面网格，可立即在专为外科-病理沟通设计的定制软件中审阅标注。
然而，基于表面的三维建模存在FS流程相关的固有限制。新鲜软组织因重力、操作和支撑可发生压缩变形，加之生物收缩。既往研究报道口腔癌标本因手术和甲醛固定收缩14-24%。这种固有尺寸变化是解释任何基于标本的三维工作流程几何准确性的重要限制，因"真实值"本身并非静态。本研究设置中，重力、接触压力和扫描期间的操作造成额外变形，尤其影响z轴（厚度），且因组织组成和依从性而异。因此，物理与数字测量间的小差异可能反映重建误差、采集期间离体组织变形、切除/固定后收缩的综合作用，而非扫描方法的单一技术故障。未来研究应标准化采集条件（定向、支撑表面、扫描时间、最小化操作），报告测量相对于切除和固定的时间，并在可行时将数字模型与技术参考标准或校准体模进行基准比对，以区分扫描仪相关误差与生物标本变化，明确三维记录如何最可靠地用于切缘沟通和下游临床决策。
该初步研究队列仅10例患者，限制了研究发现的普适性。有限标本数量不能反映头颈部肿瘤外科中遇到的组织特性、肿瘤形态或解剖亚群的全部变异性。其次，手机摄像头生成三维模型的过程本身依赖操作者技术和环境条件。摄影测量需要充足照明、适当角度和足够的图像重叠。照明不佳或采集期间移动可能导致伪影或不完全表面重建。尽管在冰冻切片环境中该流程可行，但建议标准化扫描方案以确保临床工作流程中的一致质量。第三，本研究三维模型仅描绘标本外部表面地形，内部结构、肿瘤深度和染色的切除切缘——冰冻切片诊断的核心要素——无法通过表面摄影测量单独评估。因此，该方法主要作为改善定向和沟通的工具，而非替代既定病理评估方法。此外，生成模型的准确性未使用定量指标评估或与金标准比对。虽模型效用的主观评估积极，但未进行空间误差测量，故模型指导术中决策的可靠性尚待充分确立。
定制可视化软件尚处早期原型阶段，未评估长期可用性、医院信息系统互操作性或全面数据安全认证。且该概念验证研究未设计测量临床终点，如FS周转时间、再切除率或与标准流程比较的切缘阳性率。除术中FS沟通外，三维模型还可能支持辅助放疗计划（如近距离切缘的靶向加量）和术后监测，通过与放射学随访的结构化关联实现。未来更大队列的前瞻性研究应针对技术参考标准基准比对几何准确性，在标准化采集条件下评估稳健性，并确定对工作流程效率和患者结局的影响。
结论
该概念验证研究表明，基于智能手机的摄影测量可在数分钟内生成新鲜头颈部肿瘤标本的三维表面模型，且这些模型可整合至专用平台进行冰冻切片病理期间的可视化和标注。外科医师和病理医师均认为该方法对标本定向和学科间沟通具有价值。该方法有望改善近距离或解剖关键切缘的空间理解，并支持FS发现的有序记录。未来更大队列的前瞻性研究应针对参考标准验证几何准确性，标准化采集条件，并评估对FS工作流程指标和肿瘤学结局的影响。
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