変調イメージング (MI) 分光法による組織移植フラップのモニタリング

目的:

1. 再建手術後の組織移植皮弁の臨床評価の補助として使用できる、安全で非接触の術中および術後の装置を開発する。
2. 動脈閉塞と静脈閉塞をそのような閉塞の臨床症状が現れる前に確実に検出して区別できる補助装置を開発し、そのような合併症の再調査後の救済率を潜在的に改善するためにその装置を使用する可能性のある将来の研究に科学的根拠を提供すること。 。
3. 術直後の組織移植片の光学的特性の変化を使用して、脂肪壊死および/または皮弁萎縮の発生などの組織移植片の晩期合併症の発生を予測できるかどうかを評価する。

具体的な目的:

1. 変調イメージング (MI) と呼ばれる振幅の正弦波構成に空間変調された低エネルギーの近赤外光を照射するデバイスを使用して、再建手術で使用される椎弓根および遊離組織移植片の術中および術後の画像を記録します。
2. 上述の MI デバイスが組織移送フラップの光学特性に関するデータを収集できるかどうかを研究し、組織移送フラップに出入りする動脈または静脈の術後の急性閉塞を検出するために使用できる。
3. 組織移植皮弁の手術直後の光学的特性と、脂肪壊死や皮弁萎縮などの晩期合併症の発症との間に相関関係があるかどうかを研究する。

仮説:

1. 以前の著者らは、標準的な臨床観察を使用してそのような合併症を検出する前に、組織分光法を動物実験と人体実験の両方で使用して、適切な血管供給のある組織移植皮弁と動脈および/または静脈の閉塞のある組織移植皮弁を検出および区別できることを実証しました。術後の期間中。 これらの著者らは、組織分光法を使用して、術後の総ヘモグロビン [Hb-total]、脱酸素化ヘモグロビン [Hb-deoxy]、および酸素化ヘモグロビン [Hb-O2] 濃度のベースライン値からの変化を検出することは、動脈または静脈閉塞の臨床発症。 1,2 ベックマンレーザー研究所で開発された MI デバイスは、[Hb-total]、[Hb-deoxy]、[Hb-O2]、および水の濃度 [H2O] を検出できることが実証されています。非接触で。私たちは、MI 装置は、他の著者が使用した装置の場合のように、組織分光装置と組織を直接接触させる必要なく、組織移動弁における動脈および/または静脈の閉塞の進行を検出できると考えています。3、4
2. 特定の種類の遊離組織移植皮弁の後には、脂肪壊死と皮弁萎縮の発生率が高くなります。[つまり、深下心窩穿孔筋 (DIEP) 皮弁と腹横直筋 (TRAM) 皮弁では、脂肪壊死および皮弁萎縮の発生率が高くなります。5、6著者らは、初期の皮弁のうっ血と後期の脂肪壊死の発症は、完全な静脈閉塞を伴わない静脈不全による可能性があると示唆しています7。我々は、皮弁の光学的特性における術後早期の変化を使用して、後期合併症の発症を予測できる可能性があると仮説を立てています。脂肪壊死や皮弁萎縮など。これらの合併症は、組織移植皮弁に対する相対的な動脈および/または静脈の機能不全が原因であると考えられています。したがって、MI デバイスによって検出される組織の光学特性に反映されるはずです。

理論的根拠: 組織椎弓根と遊離組織移植フラップの使用により、外傷または腫瘍学的外科切除後に外観の損傷または機能喪失を起こした患者の再建の可能性が高まります。 一般に、椎弓根組織移植フラップを作成するプロセスには、単一の動脈および静脈上に組織を分離し、この組織をドナー部位から再構築が必要な部位まで回転させることが含まれます。 自由組織移植皮弁には、皮弁組織に向かう動脈と静脈が分割され、再建部位に再移植されることを除いて、椎弓根皮弁の作成と同様のプロセスが含まれます。 しかし、組織移植皮弁を使用するこのプロセスには、動脈閉塞や静脈閉塞などの急性合併症や、脂肪壊死や皮弁萎縮の発症などの晩期合併症などの既知の合併症があります。

皮弁の血管構造に関連する急性合併症は、組織皮弁に出入りする動脈または静脈の部分的または完全な閉塞である可能性があります。 動脈または静脈のいずれかが損傷すると、椎弓根組織移植片と遊離組織移植片の両方で、皮弁内の組織の完全な死を含む重篤な合併症が発生する可能性があります。 皮弁に向かう血管構造が損なわれると、再建手術に使用される組織が損傷を受ける可能性があります。 この組織損傷は広範囲に及ぶ可能性があり、その結果、組織移動フラップ内の組織塊の一部または全体が失われ、その結果、患者の罹患率および死亡率が増加する可能性があります。 再建手術の文献では、再建手術後の最初の 48 ～ 72 時間の間を頻繁にモニタリングすることで、血管損傷が生じた皮弁の早期発見と介入が可能になることが示されています。 この早期発見は、外科的再探索を含む早期介入につながり、組織移植皮弁の血管損傷の救済率を向上させることが示されています 8,9 静脈血栓症の転帰はより悪いことが一般に知られています。外科的再探索および血流の再確立後の動脈血栓症と比較した場合。 動脈血栓症と静脈血栓症のこの違いは、静脈うっ血に関与する病態生理学の違いによるものと考えられています。 静脈血栓症では、最初に動脈の流入が続いたため、組織の体液含有量が増加します。したがって、静脈の流出が再び確立されると、組織の浮腫が毛細血管から血管床の組織細胞への間質空間を通した酸素の拡散を阻害し続けます。浮腫が残っていた。 静脈血栓症は臨床的に早期に検出することがより困難であるという事実も、動脈血栓症と比較した場合、静脈血栓症に関連する予後不良の一因となっている可能性があります。10

静脈血栓症の早期発見の難しさと、静脈血栓症の外科的再探索後の救出成功率の低下を考慮して、著者らは組織分光法の使用を利用して、血栓症の臨床症状が現れる数時間前に静脈血栓症を検出することに成功した2。これらの著者は分光装置を使用しましたが、この装置では評価対象の組織と直接接触する必要があり、組織弁の光学特性が測定される表面積が小さいだけでした。 ただし、このデバイスは、評価対象の組織と直接接触する必要のないデバイスを介して、単一の測定プラットフォームで拡散光断層撮影と組織の光学特性の高速広視野定量マッピングの両方を提供できます 3、11。 MI デバイスはベックマン レーザー研究所で開発された新しい新しいデバイスであり、ヒト組織移植フラップの評価には使用されていないため、これはパイロット研究になります。 このパイロット研究では、この特定の装置が血管閉塞を臨床的に検出する前に血管閉塞を検出できるかどうかを判断するとともに、他の著者が使用している他の装置と同様の方法で動脈閉塞と静脈閉塞を区別できるかどうかを確認することを目的としています。組織分光法により組織移動フラップを監視します。

前述したように、組織移植皮弁を再建手術に使用した後には、脂肪壊死や皮弁萎縮などの遅発性合併症が発生する可能性があります。 これらの遅発性合併症は、皮弁に血液を供給する相対的な血管不全によって引き起こされると考えられています。 乳房再建において TRAM 皮弁と比較して DIEP 皮弁を使用すると静脈うっ血が増加し、脂肪壊死率が増加するのは、相対的な静脈不全によるものであり、皮弁喪失を引き起こすほどには減少していないものの、場合によっては大幅に減少しているためであると提案されています。 7. 皮弁萎縮の後期発症は、外科的再建時に生じる相対的な動脈または静脈の機能不全が原因である可能性もあり、その結果、相対的な全体的な組織皮弁虚血が生じ、脂肪壊死の発症につながります。皮弁萎縮のこと。 この実験の目的の 1 つは、術後近くの環境における組織移植皮弁の光学特性の何らかの特徴によって、脂肪壊死または皮弁萎縮の発生を予測できるかどうかを判断することです。

MI デバイスは、組織移動フラップの研究に使用される他の分光デバイスと比較した場合、新しくユニークなデバイスです。 MI は、ベックマン レーザー研究所で開発された非接触光学イメージング技術を使用しています。この技術は、単一の測定プラットフォーム内で拡散光断層撮影と組織光学特性の迅速かつ広視野の定量的マッピングの両方を実行できる独自の機能を備えています。 他の非接触型分光装置は時間変調方式を使用しますが、MI では組織成分のイメージングに空間変調照明を使用します。 MI システムは、1) 空間正弦波パターンで組織を照明する光投影システム、2) 非接触形状で拡散反射光を収集する CCD カメラで構成されます。 照明の波長は、広帯域光源 (つまり、光源) のバンドパス フィルター処理によって選択できます。 タングステンランプ）、または単色光源の使用（つまり、 レーザーダイオード）。 最後に、カメラの前に光源遮断フィルターとバンドパス発光フィルターを組み合わせて配置することで、組織蛍光測定を実行できます。 3、11

変調波の拡散反射振幅は、光学特性 (吸収、蛍光、散乱) と深さ情報の両方を伝えます。 具体的には、空間変調波のサンプリング深さは、照明の周波数と組織の光学特性の関数です。 これは、広帯域周波数領域フォトン マイグレーション (FDPM) アプローチと多くの類似点を共有します。 {12, 13} したがって、複数の空間周波数 (周期性) を測定することで、MI が 2 つの機能を実行できるようになります。 まず、広範囲の周波数パターンを使用することで、深さ選択的なイメージングが可能になり、内部の 3D 組織構造の断層撮影が可能になります。 第 2 に、高解像度かつ広い視野にわたって、光吸収、蛍光収量、および散乱係数をほぼリアルタイムで迅速かつ定量的にマッピングできます。

光吸収を散乱から分離する能力により、MI は従来の平面反射イメージング法と区別されます。 吸収および散乱マップを使用して、組織の生化学的組成および構造を特徴付けることができます。 我々は、これらの固有の組織コントラスト要素が組織の種類によって異なり、その波長依存性により、異なる光学特性を持つ組織間の空間的関係を描写するために使用できるスペクトル「フィンガープリンティング」が提供され、H2O の量を決定するために使用できることを示しました。 [Hb-total]、[Hb-deoxy]、[Hb-O2]、および組織酸素飽和度 [StO2]。 MI は、[Hb-total]、[Hb-deoxy]、[Hb-O2] の濃度をミリモル/測定された組織の単位体積の単位で絶対量で検出できます。 MI は、質量パーセントの観点から H2O を構成する質量分率を決定することもできます。11、 14. この特徴は、定量的診断法としての MI の性能にとって重要であり、その断層撮影機能と組み合わせると、この方法の独自性と、再建手術後の組織移植皮弁を評価するためのモニタリングおよび診断装置としての潜在的な用途が強調されます。