Monitoreo de colgajos de transferencia de tejido mediante espectroscopia de imágenes moduladas (MI)

Objetivos:

1. Desarrollar un dispositivo seguro, sin contacto, intraoperatorio y posoperatorio, que pueda utilizarse como complemento de la evaluación clínica de los colgajos de transferencia de tejido después de la cirugía reconstructiva.
2. Desarrollar un dispositivo complementario que pueda detectar y distinguir de forma fiable la oclusión arterial y venosa antes de las manifestaciones clínicas de tales oclusiones y, por lo tanto, proporcionar la base científica para futuros estudios que puedan utilizar el dispositivo para mejorar potencialmente las tasas de rescate después de la reexploración en busca de tales complicaciones. .
3. Evaluar si los cambios en las propiedades ópticas de los colgajos de transferencia de tejido durante el período postoperatorio inmediato pueden usarse para predecir el desarrollo de complicaciones tardías de los colgajos de transferencia de tejido, como el desarrollo de necrosis grasa y/o atrofia del colgajo.

Objetivos específicos:

1. Para registrar imágenes intraoperatorias y posoperatorias de colgajos de transferencia de tejido libre y pedicular utilizados en cirugía reconstructiva con un dispositivo que brilla con luz infrarroja cercana de baja energía que se modula espacialmente en una configuración sinusoidal de amplitud llamada Imágenes moduladas (MI).
2. Estudiar si el dispositivo MI descrito anteriormente puede recopilar datos sobre las propiedades ópticas de los colgajos de transferencia de tejido, que luego pueden usarse para detectar la oclusión postoperatoria aguda de la arteria o de la vena que va hacia y desde el colgajo de transferencia de tejido. .
3. Estudiar si existe una correlación entre las propiedades ópticas del postoperatorio inmediato de los colgajos de transferencia de tejido y el desarrollo de complicaciones tardías como la necrosis grasa y la atrofia del colgajo.

Hipótesis:

1. Autores anteriores han demostrado que la espectroscopia de tejidos se puede utilizar en experimentos con animales y humanos para detectar y diferenciar entre colgajos de transferencia de tejido con suministro vascular adecuado frente a colgajos con oclusiones de arterias y/o venas antes de la detección de tales complicaciones mediante la observación clínica estándar. durante el período postoperatorio. Estos autores demostraron que la detección de los cambios de los valores basales en el período postoperatorio de las concentraciones de hemoglobina total [Hb-total], hemoglobina desoxigenada [Hb-desoxi] y hemoglobina oxigenada [Hb-O2] usando espectroscopia tisular se correlacionó con la desarrollo clínico de oclusión arterial o venosa. 1,2 Como se ha demostrado que el dispositivo MI desarrollado en el Beckman Laser Institute es capaz de detectar [Hb-total], [Hb-desoxi] y [Hb-O2], así como la concentración de agua, [H2O] sin contacto; creemos que el dispositivo MI también será capaz de detectar el desarrollo de oclusión arterial y/o venosa en colgajos de transferencia de tejido sin necesidad de contacto directo del tejido con un dispositivo de espectroscopia tisular, como fue el caso con los instrumentos utilizados por otros autores3, 4.
2. Hay tasas más altas de necrosis grasa y atrofia del colgajo que se producen después de tipos específicos de colgajos de transferencia de tejido libre, [es decir, se producen tasas más altas con colgajos perforantes epigástricos inferiores profundos (DIEP) frente a colgajos transversos del recto abdominal (TRAM).5, 6 los autores han sugerido que la congestión temprana del colgajo y el desarrollo de necrosis grasa tardía pueden deberse a insuficiencia venosa, sin una oclusión venosa completa 7. Nuestra hipótesis es que los cambios posoperatorios tempranos en las propiedades ópticas del colgajo pueden usarse para predecir el desarrollo de complicaciones tardías tales como necrosis grasa y atrofia del colgajo, ya que se cree que estas complicaciones se deben a una insuficiencia arterial y/o venosa relativa al colgajo de transferencia de tejido; y por lo tanto debería reflejarse en las propiedades ópticas del tejido detectadas por el dispositivo MI.

Justificación: el uso de colgajos pediculados de tejido y de transferencia de tejido libre permite mayores posibilidades de reconstrucción para pacientes que han tenido desfiguración o pérdida de función después de un traumatismo o una resección quirúrgica oncológica. En general, el proceso de creación de un colgajo de transferencia de tejido pediculado implica el aislamiento de tejidos en una sola arteria y vena y luego la rotación de este tejido desde el sitio donante hasta el sitio que requiere reconstrucción. Un colgajo de transferencia de tejido libre implica un proceso similar a la creación de un colgajo pediculado, excepto que la arteria y la vena que van a los tejidos del colgajo se dividen y se reimplantan en el sitio de la reconstrucción. Sin embargo, este proceso de uso de colgajos de transferencia de tejido tiene complicaciones conocidas, que incluyen complicaciones agudas como la oclusión arterial o venosa y complicaciones tardías como el desarrollo de necrosis grasa y atrofia del colgajo.

Las complicaciones agudas que involucran las estructuras vasculares del colgajo pueden ser la oclusión parcial o completa de la arteria o vena que va hacia y desde el colgajo de tejido. Tanto los colgajos pediculados como los de transferencia de tejido libre pueden desarrollar complicaciones graves si la arteria o la vena están comprometidas, incluida la muerte completa del tejido en el colgajo. Si las estructuras vasculares que van a los colgajos están comprometidas, los tejidos utilizados para la cirugía reconstructiva pueden sufrir daños. Este daño tisular puede llegar a ser extenso y dar como resultado la pérdida de parte o la totalidad de la masa de tejido en el colgajo de transferencia de tejido, lo que a su vez puede dar como resultado un aumento de la morbilidad y mortalidad del paciente. En la literatura sobre cirugía reconstructiva se ha demostrado que la monitorización frecuente durante las primeras 48-72 horas después de la cirugía reconstructiva permite la detección e intervención tempranas cuando se produce un colgajo vascular comprometido. Esta detección más temprana puede traducirse en intervenciones más tempranas, incluida la reexploración quirúrgica, que ha demostrado mejorar las tasas de rescate del compromiso vascular de los colgajos de transferencia de tejido.8, 9 En general, se sabe que la trombosis venosa tiene un peor resultado, en comparación con la trombosis arterial después de la reexploración quirúrgica y el restablecimiento del flujo sanguíneo. Se cree que esta diferencia entre la trombosis arterial y la venosa se debe a las diferencias en la fisiopatología involucrada en la congestión venosa. En la trombosis venosa, el contenido de líquido tisular aumenta debido al flujo arterial continuado inicialmente, por lo que cuando se restablece el flujo venoso, el edema tisular continúa inhibiendo la difusión de oxígeno a través del espacio intersticial desde los capilares hasta las células tisulares en los lechos vasculares. quedaron restos de edema. El hecho de que la trombosis venosa sea más difícil de detectar clínicamente de forma temprana también puede contribuir al peor pronóstico asociado con la trombosis venosa en comparación con la trombosis arterial.10

Dada la dificultad de la detección temprana de la trombosis venosa y la disminución de las tasas de rescate exitoso después de la reexploración quirúrgica por trombosis venosa, los autores han empleado con éxito el uso de la espectroscopia tisular para detectar la trombosis venosa varias horas antes de las manifestaciones clínicas de la trombosis 2. Estos autores emplearon un dispositivo de espectroscopia, que requiere contacto directo con los tejidos que se evalúan y solo proporcionaron una pequeña área de superficie en la que se midieron las propiedades ópticas del colgajo de tejido. Sin embargo, el dispositivo es capaz de proporcionar tomografía óptica difusa y mapeo cuantitativo rápido de campo amplio de las propiedades ópticas del tejido en una única plataforma de medición a través de un dispositivo que no requiere contacto directo con los tejidos que se evalúan 3, 11. Dado que el dispositivo MI es un nuevo dispositivo novedoso desarrollado en el Beckman Laser Institute y no se ha utilizado para evaluar los colgajos de transferencia de tejido humano, este sería un estudio piloto. Este estudio piloto buscaría determinar si este dispositivo específico también es capaz de detectar la oclusión vascular antes de la detección clínica de dicha oclusión, así como diferenciar entre oclusiones arteriales y venosas de manera similar a otros dispositivos utilizados por otros autores, que emplearon espectroscopía de tejido para monitorear colgajos de transferencia de tejido.

Como se mencionó anteriormente, se pueden desarrollar complicaciones tardías después de que se utilizan colgajos de transferencia de tejido en la cirugía reconstructiva, que incluyen necrosis grasa y atrofia del colgajo. Se cree que estas complicaciones tardías son causadas por una insuficiencia vascular relativa que irriga los colgajos. Se propone que el aumento de la congestión venosa y el aumento de las tasas de necrosis grasa con el uso de colgajos DIEP en comparación con los colgajos TRAM en la reconstrucción mamaria se debe a una insuficiencia venosa relativa que no disminuye lo suficiente como para provocar la pérdida del colgajo, pero que en ocasiones es grande. suficiente para dar como resultado el desarrollo de necrosis grasa 7. El desarrollo tardío de la atrofia del colgajo también puede deberse a una insuficiencia arterial o venosa relativa que ocurre en el momento de la reconstrucción quirúrgica y da como resultado una isquemia tisular global relativa del colgajo que conduce al desarrollo de atrofia del colgajo. Uno de los objetivos de este experimento es determinar si alguna característica de las propiedades ópticas en un colgajo de transferencia de tejido en el entorno postoperatorio cercano puede predecir el desarrollo de necrosis grasa o atrofia del colgajo.

El dispositivo MI es un dispositivo único y novedoso en comparación con otros dispositivos espectroscópicos utilizados para estudiar los colgajos de transferencia de tejido. MI utiliza una tecnología de imágenes ópticas sin contacto desarrollada en el Beckman Laser Institute que tiene la capacidad única de realizar tomografías ópticas difusas y un mapeo cuantitativo rápido y de campo amplio de las propiedades ópticas de los tejidos dentro de una única plataforma de medición. Mientras que otros dispositivos espectroscópicos sin contacto usan métodos de modulación de tiempo, MI alternativamente usa iluminación modulada espacialmente para obtener imágenes de los componentes del tejido. El sistema MI consta de 1) un sistema de proyección de luz que ilumina el tejido con patrones de sinusoides espaciales y 2) una cámara CCD, que recoge la luz reflejada difusamente en una geometría sin contacto. La longitud de onda de la iluminación se puede seleccionar mediante el filtrado de paso de banda de una fuente de banda ancha (es decir, lámpara de tungsteno), o mediante el uso de una fuente monocromática (es decir, diodo láser). Por último, las mediciones de fluorescencia tisular se pueden realizar colocando una combinación de filtros de emisión de paso de banda y de bloqueo de fuente frente a la cámara. 3, 11

La amplitud difusamente reflejada de la onda modulada transporta información tanto de propiedades ópticas (absorción, fluorescencia, dispersión) como de profundidad. Específicamente, la profundidad de muestreo de la onda modulada espacialmente es una función de la frecuencia de iluminación y las propiedades ópticas del tejido. Esto comparte muchas analogías con el enfoque de migración de fotones en el dominio de la frecuencia de banda ancha (FDPM). {12, 13} En consecuencia, la medición de múltiples frecuencias espaciales (periodicidades) permite que MI realice dos funciones. En primer lugar, el uso de una amplia gama de patrones de frecuencia permite obtener imágenes selectivas en profundidad y, por lo tanto, tomografías de la estructura interna del tejido en 3D. En segundo lugar, puede mapear rápida y cuantitativamente la absorción óptica, el rendimiento de la fluorescencia y los coeficientes de dispersión casi en tiempo real, con alta resolución y en un amplio campo de visión.

La capacidad de separar la absorción óptica de la dispersión distingue a la IM de los métodos convencionales de obtención de imágenes por reflectancia plana. Los mapas de absorción y dispersión se pueden utilizar para caracterizar la estructura y composición bioquímica del tejido. Hemos demostrado que estos elementos de contraste de tejido intrínsecos varían con los tipos de tejido, y su dependencia de la longitud de onda proporciona "huellas dactilares" espectrales que se pueden usar para delinear las relaciones espaciales entre tejidos con diferentes propiedades ópticas y se pueden usar para determinar la cantidad de H2O, [ Hb-total], [Hb-desoxi], [Hb-O2] y Saturación de oxígeno tisular [StO2]. MI es capaz de detectar la concentración de [Hb-total], [Hb-desoxi] y [Hb-O2] en cantidades absolutas en unidades de milimoles/unidad de volumen de tejido medido. MI también puede determinar la fracción porcentual de masa, que se compone de H2O en términos de porcentaje de masa.11, 14 Esta característica es fundamental para el desempeño de MI como método de diagnóstico cuantitativo y, cuando se combina con sus capacidades tomográficas, subraya la singularidad del método y su uso potencial como dispositivo de monitoreo y diagnóstico para evaluar los colgajos de transferencia de tejido después de la cirugía reconstructiva.