Monitorování tkáňových transferových chlopní pomocí modulované zobrazovací (MI) spektroskopie

Cíle:

1. Vyvinout bezpečné, bezkontaktní, intraoperační a pooperační zařízení, které lze použít jako doplněk ke klinickému hodnocení tkáňových transferových laloků po rekonstrukční chirurgii.
2. Vyvinout přídavné zařízení, které dokáže spolehlivě detekovat a rozlišit arteriální a venózní okluzi před klinickými projevy takových okluzí, a poskytnout tak vědecký základ pro budoucí studie, které mohou použít zařízení k potenciálnímu zlepšení míry záchrany po opětovném průzkumu takových komplikací .
3. Vyhodnotit, zda změny v optických vlastnostech tkáňových transferových laloků během bezprostředního pooperačního období lze použít k predikci vývoje pozdních komplikací tkáňových transferových laloků, jako je rozvoj tukové nekrózy a/nebo atrofie laloku.

Konkrétní cíle:

1. Zaznamenat intraoperační a pooperační snímky pediklu a chlopní pro přenos volné tkáně používané v rekonstrukční chirurgii pomocí zařízení, které svítí nízkoenergeticky v blízkosti infračerveného světla, které je prostorově modulováno do sinusové konfigurace amplitudy nazývané Modulated Imaging (MI).
2. Zkoumat, zda je výše popsané zařízení MI schopno shromažďovat data týkající se optických vlastností chlopní pro přenos tkáně, která pak lze použít k detekci akutní pooperační okluze tepny nebo žíly vedoucí do a z chlopně pro přenos tkáně .
3. Zkoumat, zda existuje korelace mezi bezprostředními pooperačními optickými vlastnostmi laloků přenosu tkáně a rozvojem pozdních komplikací, jako je tuková nekróza a atrofie laloku.

hypotézy:

1. Předchozí autoři prokázali, že tkáňovou spektroskopii lze použít v experimentech na zvířatech i na lidech k detekci a rozlišení mezi chlopněmi pro přenos tkáně s adekvátním cévním zásobením vs. chlopněmi s uzávěry buď tepny a/nebo žíly před detekcí takových komplikací pomocí standardního klinického pozorování v pooperačním období. Tito autoři prokázali, že detekce změn od výchozích hodnot v pooperačním období koncentrací celkového hemoglobinu [Hb-total], deoxygenovaného hemoglobinu [Hb-deoxy] a oxygenovaného hemoglobinu [Hb-O2] pomocí tkáňové spektroskopie koreluje s klinický vývoj arteriální nebo venózní okluze. 1,2 Jak bylo prokázáno, že MI zařízení vyvinuté v Beckman Laser Institute je schopno detekovat [Hb-total], [Hb-deoxy] a [Hb-O2] a také koncentraci vody [H2O] bezkontaktním způsobem; věříme, že MI přístroj bude také schopen detekovat rozvoj arteriální a/nebo žilní okluze v tkáňových transferových chlopních bez nutnosti přímého kontaktu tkáně s přístrojem pro tkáňovou spektroskopii, jak tomu bylo u nástrojů používaných jinými autory.3, 4
2. Existuje vyšší míra tukové nekrózy a atrofie laloku, ke kterým dochází po specifických typech laloků pro přenos volné tkáně, [tj. vyšší výskyt se vyskytuje u laloků s hlubokým dolním epigastrickým perforátorem (DIEP) oproti lalokům s příčným přímým břišním svalem (TRAM).5, 6 Některé autoři navrhli, že časné překrvení laloku a rozvoj pozdní tukové nekrózy může být způsobeno žilní insuficiencí, bez kompletní žilní okluze 7. Předpokládáme, že časné pooperační změny optických vlastností chlopně mohou být použity k predikci rozvoje pozdních komplikací jako je tuková nekróza a atrofie chlopně, protože se předpokládá, že tyto komplikace jsou způsobeny relativní arteriální a/nebo žilní nedostatečností chlopně pro přenos tkáně; a tudíž by se měly odrážet v optických vlastnostech tkáně, jak je detekováno MI zařízením.

Odůvodnění: Použití tkáňového pediklu a volných tkáňových chlopní umožňuje zvýšené rekonstrukční možnosti u pacientů, kteří měli zohavení nebo ztrátu funkce po traumatu nebo onkologické chirurgické resekci. Obecně proces vytváření chlopně pro přenos tkáně pediklu zahrnuje izolaci tkání na jedné tepně a žíle a poté rotaci této tkáně z místa dárce do místa vyžadujícího rekonstrukci. Volný tkáňový přenos laloku zahrnuje proces podobný vytvoření pediklového laloku s tím rozdílem, že tepna a žíla vedoucí do tkání chlopně jsou rozděleny a znovu implantovány v místě rekonstrukce. Tento proces použití tkáňových transferových laloků má však známé komplikace, včetně akutních komplikací, jako je arteriální nebo venózní okluze, a pozdních komplikací, jako je rozvoj tukové nekrózy a atrofie laloku.

Akutní komplikace zahrnující vaskulární struktury laloku mohou být buď částečné nebo úplné uzavření tepny nebo žíly vedoucí do a z tkáňového laloku. Jak u laloků pro přenos pedikulu, tak u chlopní volné tkáně se mohou vyvinout závažné komplikace, pokud dojde k poškození tepny nebo žíly, včetně úplného odumření tkáně v laloku. Pokud jsou vaskulární struktury vedoucí k chlopni (chlopním) narušeny, může dojít k poškození tkání používaných pro rekonstrukční chirurgii. Toto poškození tkáně může být rozsáhlé a může vést ke ztrátě části nebo celé hmoty tkáně v chlopni pro přenos tkáně, což může následně vést ke zvýšené morbiditě a úmrtnosti pacienta. V literatuře o rekonstrukční chirurgii bylo prokázáno, že časté monitorování během prvních 48–72 hodin po rekonstrukční operaci umožňuje včasnou detekci a intervenci, když se objeví vaskulární kompromitovaný lalok. Tato časnější detekce se pak může promítnout do dřívějších intervencí včetně chirurgického reexplorace, která prokazatelně zlepšuje míru záchrany vaskulárního ohrožení tkáňových chlopní.8, 9 Je obecně známo, že žilní trombóza má horší výsledky, ve srovnání s arteriální trombózou po chirurgickém opětovném prozkoumání a obnovení průtoku krve. Předpokládá se, že tento rozdíl mezi arteriální a žilní trombózou je způsoben rozdíly v patofyziologii spojené s žilní kongescí. Při žilní trombóze se obsah tkáňové tekutiny zvyšuje v důsledku původně pokračujícího arteriálního přítoku, takže když je venózní odtok znovu obnoven, tkáňový edém nadále inhibuje difúzi kyslíku intersticiálním prostorem z kapilár do tkáňových buněk v cévních řečištích. byly zbytky edému. K horší prognóze spojené s žilní trombózou ve srovnání s arteriální trombózou může přispívat i skutečnost, že žilní trombóza je obtížnější klinicky detekovat časně.10

Vzhledem k obtížnosti včasné detekce žilní trombózy a snížené míře úspěšného záchrany po chirurgickém reexploraci žilní trombózy autoři úspěšně využili použití tkáňové spektroskopie k detekci žilní trombózy několik hodin před klinickými projevy trombózy 2. Tito autoři použili spektroskopické zařízení, které vyžaduje přímý kontakt s hodnocenými tkáněmi a poskytovalo pouze malý povrch, na kterém byly měřeny optické vlastnosti tkáňové chlopně. Zařízení je však schopno poskytnout jak difuzní optickou tomografii, tak rychlé širokoúhlé kvantitativní mapování optických vlastností tkáně v jediné měřicí platformě prostřednictvím zařízení, které nevyžaduje přímý kontakt s hodnocenými tkáněmi 3, 11. Vzhledem k tomu, že zařízení MI je nové nové zařízení vyvinuté v Beckmanově laserovém institutu a nebylo použito k hodnocení chlopní přenosu lidské tkáně, jednalo by se o pilotní studii. Tato pilotní studie by se snažila zjistit, zda je toto specifické zařízení také schopno detekovat vaskulární okluzi před klinickou detekcí takové okluze, a také rozlišit mezi arteriálními a venózními okluzemi podobným způsobem jako jiná zařízení používaná jinými autory, kteří používali tkáňová spektroskopie pro sledování chlopní přenosu tkáně.

Jak bylo uvedeno výše, po použití laloků pro přenos tkáně v rekonstrukční chirurgii se mohou vyvinout opožděné komplikace, které zahrnují tukovou nekrózu a atrofii laloku. Předpokládá se, že tyto pozdní komplikace jsou způsobeny relativní vaskulární nedostatečností zásobující chlopně. Předpokládá se, že zvýšená žilní kongesce a zvýšená míra tukové nekrózy při použití DIEP laloků ve srovnání s TRAM laloky při rekonstrukci prsu je způsobena relativní žilní nedostatečností, která není dostatečně zmenšena, aby způsobila ztrátu chlopní, ale příležitostně je velká. dostatečné k rozvoji tukové nekrózy 7. Pozdní rozvoj atrofie laloku může být také způsoben relativní arteriální nebo žilní insuficiencí, ke které dochází v době chirurgické rekonstrukce, a má za následek relativní globální ischemii laloku tkáně vedoucí k rozvoji atrofie chlopně. Jedním z cílů tohoto experimentu je určit, zda jakákoli charakteristika optických vlastností v tkáňovém transferovém laloku v blízkém pooperačním nastavení může předpovídat rozvoj buď tukové nekrózy nebo atrofie laloku.

MI zařízení je nové unikátní zařízení ve srovnání s jinými spektroskopickými zařízeními používanými ke studiu tkáňových chlopní. MI využívá bezkontaktní technologii optického zobrazování vyvinutou v Beckman Laser Institute, která má jedinečnou schopnost provádět jak difuzní optickou tomografii, tak rychlé, širokoúhlé kvantitativní mapování optických vlastností tkání v rámci jediné platformy měření. Zatímco ostatní bezkontaktní spektroskopická zařízení využívají metody časové modulace, MI alternativně využívá pro zobrazení tkáňových složek prostorově modulované osvětlení. MI systém se skládá z 1) světelného projekčního systému, který osvětluje tkáň prostorovými sinusovými vzory, a 2) CCD kamery, která sbírá difúzně odražené světlo v bezkontaktní geometrii. Vlnová délka osvětlení může být zvolena pásmovou propustí širokopásmového zdroje (tj. wolframovou lampou), nebo použitím monochromatického zdroje (tj. laserová dioda). A konečně, měření tkáňové fluorescence lze provést umístěním kombinace filtrů blokujících zdroj a pásmové propusti před kameru. 3, 11

Difúzně odražená amplituda modulované vlny nese jak optické vlastnosti (absorpce, fluorescence, rozptyl), tak informaci o hloubce. Konkrétně je hloubka vzorkování prostorově modulované vlny funkcí frekvence osvětlení a optických vlastností tkáně. To sdílí mnoho analogií s přístupem širokopásmové migrace fotonů ve frekvenční doméně (FDPM). {12, 13} V důsledku toho měření více prostorových frekvencí (periodicity) umožňuje MI vykonávat dvě funkce. Za prvé, použití široké škály frekvenčních vzorů umožňuje hloubkově selektivní zobrazování a tím i tomografii vnitřní 3D struktury tkáně. Za druhé, dokáže rychle a kvantitativně mapovat optickou absorpci, výtěžek fluorescence a koeficienty rozptylu v téměř reálném čase, s vysokým rozlišením a v širokém zorném poli.

Schopnost oddělit optickou absorpci od rozptylu odlišuje MI od konvenčních metod zobrazování s planární odrazivostí. K charakterizaci biochemického složení a struktury tkáně lze použít mapy absorpce a rozptylu. Ukázali jsme, že tyto vnitřní tkáňové kontrastní prvky se liší podle typu tkáně a jejich závislost na vlnové délce poskytuje spektrální „otisky prstů“, které lze použít k vymezení prostorových vztahů mezi tkáněmi s různými optickými vlastnostmi a lze je použít ke stanovení množství H2O, [ Hb-celkový], [Hb-deoxy], [Hb-O2] & Nasycení tkání kyslíkem [StO2]. MI je schopen detekovat koncentraci [Hb-total], [Hb-deoxy] & [Hb-O2] v absolutních množstvích v jednotkách milimol / jednotka objemu měřené tkáně. MI je také schopen určit procentuální podíl hmotnosti, který se skládá z H2O v procentech hmotnosti.11, 14. Tato vlastnost je kritická pro výkon IM jako kvantitativní diagnostické metody a v kombinaci s jejími tomografickými schopnostmi podtrhuje jedinečnost této metody a její potenciální využití jako monitorovacího a diagnostického zařízení pro hodnocení tkáňových transferových laloků po rekonstrukční operaci.