Überwachung von Gewebetransferlappen durch Modulated Imaging (MI)-Spektroskopie

Ziele:

1. Entwicklung eines sicheren, berührungslosen, intraoperativen und postoperativen Geräts, das als Ergänzung zur klinischen Bewertung von Gewebetransferlappen nach rekonstruktiven chirurgischen Eingriffen verwendet werden kann.
2. Entwicklung eines Zusatzgeräts, das arterielle und venöse Verschlüsse zuverlässig erkennen und unterscheiden kann, bevor sich solche Verschlüsse klinisch manifestieren, und so die wissenschaftliche Grundlage für zukünftige Studien liefern kann, in denen das Gerät möglicherweise dazu verwendet werden kann, die Rettungsraten nach erneuter Untersuchung solcher Komplikationen zu verbessern .
3. Es soll beurteilt werden, ob Veränderungen in den optischen Eigenschaften von Gewebetransferlappen während der unmittelbaren postoperativen Phase zur Vorhersage der Entwicklung von Spätkomplikationen von Gewebetransferlappen, wie z. B. der Entwicklung von Fettnekrose und/oder Lappenatrophie, genutzt werden können.

Konkrete Ziele:

1. Zur Aufnahme intraoperativer und postoperativer Bilder von gestielten und freien Gewebetransferlappen, die in der rekonstruktiven Chirurgie verwendet werden, mit einem Gerät, das energiearmes Nahinfrarotlicht aussendet, das räumlich in eine sinusförmige Amplitudenkonfiguration moduliert wird, die als Modulated Imaging (MI) bezeichnet wird.
2. Es soll untersucht werden, ob das oben beschriebene MI-Gerät in der Lage ist, Daten über die optischen Eigenschaften der Gewebetransferlappen zu sammeln, die dann zur Erkennung eines akuten postoperativen Verschlusses der Arterie oder der Vene, die zum und vom Gewebetransferlappen führt, verwendet werden können .
3. Es sollte untersucht werden, ob ein Zusammenhang zwischen den unmittelbar postoperativen optischen Eigenschaften von Gewebetransferlappen und der Entwicklung von Spätkomplikationen wie Fettnekrose und Lappenatrophie besteht.

Hypothesen:

1. Frühere Autoren haben gezeigt, dass Gewebespektroskopie sowohl in Tier- als auch in Menschenversuchen verwendet werden kann, um Gewebetransferlappen mit ausreichender Gefäßversorgung im Vergleich zu Lappen mit Arterien- und/oder Venenverschlüssen zu erkennen und zu unterscheiden, bevor solche Komplikationen mithilfe der klinischen Standardbeobachtung erkannt werden während der postoperativen Phase. Diese Autoren zeigten, dass die Erkennung der Veränderungen gegenüber den Ausgangswerten in der postoperativen Phase der Konzentrationen von Gesamthämoglobin [Hb-total], desoxygeniertem Hämoglobin [Hb-desoxy] und sauerstoffhaltigem Hämoglobin [Hb-O2] mithilfe der Gewebespektroskopie mit der korrelierte klinische Entwicklung eines arteriellen oder venösen Verschlusses. 1,2 Da das am Beckman Laser Institute entwickelte MI-Gerät nachweislich in der Lage ist, [Hb-Gesamt], [Hb-Desoxy] und [Hb-O2] sowie die Konzentration von Wasser, [H2O] zu erfassen. berührungslos; Wir glauben, dass das MI-Gerät auch in der Lage sein wird, die Entwicklung von arteriellen und/oder venösen Verschlüssen in Gewebetransferlappen zu erkennen, ohne dass ein direkter Gewebekontakt mit einem Gewebespektroskopiegerät erforderlich ist, wie es bei den von anderen Autoren verwendeten Instrumenten der Fall war.3, 4
2. Es gibt höhere Raten von Fettnekrose und Lappenatrophie, die nach bestimmten Arten von Lappenplastiken mit freiem Gewebetransfer auftreten, [d. h., höhere Raten treten bei Lappen des Deep Inferior Epigastric Perforator (DIEP) im Vergleich zu Lappen des Transversen Rectus Abdominis (TRAM) auf.5, 6 Einige Die Autoren haben vorgeschlagen, dass eine frühe Lappenstauung und die Entwicklung einer späten Fettnekrose auf eine venöse Insuffizienz ohne vollständigen Venenverschluss zurückzuführen sein könnten 7. Wir gehen davon aus, dass frühe postoperative Veränderungen der optischen Eigenschaften des Lappens zur Vorhersage der Entwicklung späterer Komplikationen genutzt werden können wie Fettnekrose und Lappenatrophie, da angenommen wird, dass diese Komplikationen auf eine relative arterielle und/oder venöse Insuffizienz des Gewebetransferlappens zurückzuführen sind; und sollten sich daher in den optischen Eigenschaften des Gewebes widerspiegeln, die vom MI-Gerät erkannt werden.

Begründung: Die Verwendung von Gewebestielen und freien Gewebetransferlappen ermöglicht erweiterte Rekonstruktionsmöglichkeiten für Patienten, die nach einem Trauma oder einer onkologischen chirurgischen Resektion eine Entstellung oder einen Funktionsverlust erlitten haben. Im Allgemeinen umfasst der Prozess der Herstellung eines gestielten Gewebetransferlappens die Isolierung von Gewebe auf einer einzelnen Arterie und Vene und die anschließende Rotation dieses Gewebes von der Spenderstelle zu der Stelle, an der eine Rekonstruktion erforderlich ist. Bei einem freien Gewebetransferlappen handelt es sich um einen ähnlichen Vorgang wie bei der Herstellung eines Stiellappens, mit der Ausnahme, dass die zum Gewebe des Lappens führenden Arterien und Venen durchtrennt und an der Rekonstruktionsstelle erneut implantiert werden. Dieser Prozess der Verwendung von Gewebetransferlappen weist jedoch bekannte Komplikationen auf, darunter akute Komplikationen wie Arterien- oder Venenverschlüsse und Spätkomplikationen wie die Entwicklung von Fettnekrose und Lappenatrophie.

Akute Komplikationen, die die Gefäßstrukturen des Gewebelappens betreffen, können ein teilweiser oder vollständiger Verschluss der Arterie oder Vene sein, die zum und vom Gewebelappen führt. Sowohl bei gestielten als auch bei freien Gewebetransferlappen kann es zu schweren Komplikationen kommen, wenn entweder die Arterie oder die Vene beeinträchtigt ist, einschließlich des vollständigen Absterbens des Gewebes im Lappen. Wenn die Gefäßstrukturen, die zu den Lappen führen, beeinträchtigt sind, kann es zu Schäden an den für die rekonstruktive Chirurgie verwendeten Geweben kommen. Dieser Gewebeschaden kann umfangreich werden und zum Verlust eines Teils oder der gesamten Gewebemasse im Gewebetransferlappen führen, was wiederum zu einer erhöhten Morbidität und Mortalität für den Patienten führen kann. In der Literatur zur rekonstruktiven Chirurgie wurde gezeigt, dass eine häufige Überwachung während der ersten 48–72 Stunden nach einer rekonstruktiven Operation eine frühzeitige Erkennung und Intervention ermöglicht, wenn ein Gefäßlappen beeinträchtigt ist. Diese frühere Erkennung kann dann zu früheren Eingriffen führen, einschließlich einer erneuten chirurgischen Untersuchung, was nachweislich die Rettungsraten bei Gefäßschädigungen der Gewebetransferlappen verbessert.8, 9 Es ist allgemein bekannt, dass eine Venenthrombose ein schlechteres Ergebnis hat. im Vergleich zu arterieller Thrombose nach erneuter chirurgischer Untersuchung und Wiederherstellung des Blutflusses. Es wird angenommen, dass dieser Unterschied zwischen arterieller und venöser Thrombose auf die Unterschiede in der Pathophysiologie der venösen Stauung zurückzuführen ist. Bei einer Venenthrombose ist der Flüssigkeitsgehalt des Gewebes aufgrund des anfänglich anhaltenden arteriellen Zuflusses erhöht. Wenn der venöse Abfluss wiederhergestellt ist, hemmt das Gewebeödem daher weiterhin die Diffusion von Sauerstoff durch den interstitiellen Raum von den Kapillaren zu den Gewebezellen in den Gefäßbetten waren Ödemreste. Die Tatsache, dass eine Venenthrombose klinisch schwieriger frühzeitig zu erkennen ist, kann auch zu der schlechteren Prognose einer Venenthrombose im Vergleich zur arteriellen Thrombose beitragen.10

Angesichts der Schwierigkeit, eine Venenthrombose frühzeitig zu erkennen, und der verringerten Erfolgsraten bei der Wiederherstellung nach einer erneuten chirurgischen Untersuchung einer Venenthrombose haben die Autoren den Einsatz der Gewebespektroskopie erfolgreich eingesetzt, um eine Venenthrombose mehrere Stunden vor den klinischen Manifestationen der Thrombose 2 zu erkennen. Diese Autoren verwendeten ein Spektroskopiegerät, das direkten Kontakt mit den zu untersuchenden Geweben erfordert und nur einen kleinen Oberflächenbereich bereitstellte, in dem die optischen Eigenschaften des Gewebelappens gemessen wurden. Das Gerät ist jedoch in der Lage, sowohl eine diffuse optische Tomographie als auch eine schnelle quantitative Weitfeldkartierung der optischen Eigenschaften des Gewebes auf einer einzigen Messplattform bereitzustellen, und zwar über ein Gerät, das keinen direkten Kontakt mit den zu untersuchenden Geweben erfordert 3, 11. Da es sich bei dem MI-Gerät um ein neues, neuartiges Gerät handelt, das am Beckman Laser Institute entwickelt wurde und nicht zur Bewertung menschlicher Gewebetransferlappen verwendet wurde, wäre dies eine Pilotstudie. Mit dieser Pilotstudie soll ermittelt werden, ob dieses spezielle Gerät auch in der Lage ist, Gefäßverschlüsse vor der klinischen Erkennung eines solchen Verschlusses zu erkennen und zwischen arteriellen und venösen Verschlüssen auf ähnliche Weise zu unterscheiden wie andere von anderen Autoren verwendete Geräte Gewebespektroskopie zur Überwachung von Gewebetransferlappen.

Wie oben erwähnt, können nach der Verwendung von Gewebetransferlappen in der rekonstruktiven Chirurgie verzögerte Komplikationen auftreten, zu denen Fettnekrose und Lappenatrophie gehören. Es wird angenommen, dass diese Spätkomplikationen durch eine relative Gefäßinsuffizienz verursacht werden, die die Lappen versorgt. Es wird vermutet, dass die erhöhte venöse Stauung und die erhöhten Fettnekroseraten bei der Verwendung von DIEP-Lappen im Vergleich zu TRAM-Lappen bei der Brustrekonstruktion auf eine relative Veneninsuffizienz zurückzuführen sind, die nicht ausreichend verringert ist, um einen Lappenverlust zu verursachen, aber gelegentlich groß ist genug, um zur Entwicklung einer Fettnekrose zu führen 7. Die späte Entwicklung einer Lappenatrophie kann auch auf eine relative arterielle oder venöse Insuffizienz zurückzuführen sein, die zum Zeitpunkt der chirurgischen Rekonstruktion auftritt und zu einer relativen globalen Gewebslappenischämie führt, die zur Entwicklung führt der Lappenatrophie. Eines der Ziele dieses Experiments besteht darin, festzustellen, ob irgendein Merkmal der optischen Eigenschaften in einem Gewebetransferlappen im unmittelbar postoperativen Umfeld die Entwicklung von Fettnekrose oder Lappenatrophie vorhersagen kann.

Das MI-Gerät ist im Vergleich zu anderen spektroskopischen Geräten zur Untersuchung von Gewebetransferlappen ein neuartiges, einzigartiges Gerät. MI verwendet eine berührungslose optische Bildgebungstechnologie, die am Beckman Laser Institute entwickelt wurde und über die einzigartige Fähigkeit verfügt, sowohl eine diffuse optische Tomographie als auch eine schnelle quantitative Weitfeldkartierung der optischen Eigenschaften von Gewebe innerhalb einer einzigen Messplattform durchzuführen. Während andere berührungslose spektroskopische Geräte eine Zeitmodulationsmethode verwenden, verwendet MI alternativ eine räumlich modulierte Beleuchtung zur Abbildung von Gewebebestandteilen. Das MI-System besteht aus 1) einem Lichtprojektionssystem, das das Gewebe mit räumlichen Sinusmustern beleuchtet, und 2) einer CCD-Kamera, die das diffus reflektierte Licht in einer berührungslosen Geometrie sammelt. Die Wellenlänge der Beleuchtung kann durch Bandpassfilterung einer Breitbandquelle (d. h. Wolframlampe) oder durch Verwendung einer monochromatischen Quelle (d. h. Laserdiode). Schließlich können Gewebefluoreszenzmessungen durchgeführt werden, indem eine Kombination aus Quellenblockierungs- und Bandpass-Emissionsfiltern vor der Kamera platziert wird. 3, 11

Die diffus reflektierte Amplitude der modulierten Welle trägt sowohl optische Eigenschaften (Absorption, Fluoreszenz, Streuung) als auch Tiefeninformationen. Insbesondere ist die Abtasttiefe der räumlich modulierten Welle eine Funktion der Beleuchtungsfrequenz und der optischen Eigenschaften des Gewebes. Dies weist viele Analogien zum Breitband-Frequenzbereich-Photonenmigrationsansatz (FDPM) auf. {12, 13} Folglich ermöglicht die Messung mehrerer räumlicher Frequenzen (Periodizitäten), dass MI zwei Funktionen erfüllen kann. Erstens ermöglicht die Verwendung einer breiten Palette von Frequenzmustern eine tiefenselektive Bildgebung und damit Tomographie der inneren 3D-Gewebestruktur. Zweitens kann es schnell und quantitativ optische Absorption, Fluoreszenzausbeute und Streukoeffizienten nahezu in Echtzeit, mit hoher Auflösung und über ein großes Sichtfeld abbilden.

Die Fähigkeit, optische Absorption von Streuung zu trennen, unterscheidet MI von herkömmlichen planaren Reflexionsbildgebungsverfahren. Absorptions- und Streukarten können zur Charakterisierung der biochemischen Zusammensetzung und Struktur des Gewebes verwendet werden. Wir haben gezeigt, dass diese intrinsischen Gewebekontrastelemente je nach Gewebetyp variieren und ihre Wellenlängenabhängigkeit spektrale „Fingerabdrücke“ liefert, die zur Abgrenzung der räumlichen Beziehungen zwischen Geweben mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften und zur Bestimmung der H2O-Menge verwendet werden können. Hb-Gesamt], [Hb-Desoxy], [Hb-O2] und Gewebesauerstoffsättigung [StO2]. MI ist in der Lage, die Konzentration von [Hb-Gesamt], [Hb-Desoxy] und [Hb-O2] in absoluten Mengen in Einheiten von Millimol/Einheitsvolumen des gemessenen Gewebes zu erfassen. MI ist auch in der Lage, den Massenanteil von H2O in Prozent zu bestimmen.11, 14. Dieses Merkmal ist für die Leistung von MI als quantitative Diagnosemethode von entscheidender Bedeutung und unterstreicht in Kombination mit seinen tomografischen Fähigkeiten die Einzigartigkeit der Methode und ihren potenziellen Einsatz als Überwachungs- und Diagnosegerät zur Beurteilung von Gewebetransferlappen nach rekonstruktiven chirurgischen Eingriffen.