Monitorowanie klap transferowych tkanek za pomocą spektroskopii obrazowania modulowanego (MI).

Cele:

1. Opracowanie bezpiecznego, bezkontaktowego, śródoperacyjnego i pooperacyjnego urządzenia, które może być stosowane jako uzupełnienie oceny klinicznej płatów do transferu tkanek po operacjach rekonstrukcyjnych.
2. Opracowanie urządzenia wspomagającego, które może niezawodnie wykrywać i rozróżniać niedrożność tętniczą i żylną przed klinicznymi objawami takich niedrożności, a tym samym zapewnić naukową podstawę dla przyszłych badań, które mogą wykorzystać to urządzenie do potencjalnej poprawy wskaźników ratownictwa po ponownej eksploracji takich powikłań .
3. Ocena, czy zmiany właściwości optycznych płatów transferu tkankowego w bezpośrednim okresie pooperacyjnym mogą być wykorzystane do przewidywania rozwoju późnych powikłań płatów transferu tkankowego, takich jak rozwój martwicy tkanki tłuszczowej i/lub zanik płata.

Cele szczegółowe:

1. Aby zarejestrować śródoperacyjne i pooperacyjne obrazy nasady i płatów transferu wolnej tkanki stosowanych w chirurgii rekonstrukcyjnej za pomocą urządzenia emitującego światło bliskiej podczerwieni o niskiej energii, które jest przestrzennie modulowane do sinusoidalnej konfiguracji amplitudy zwanej obrazowaniem modulowanym (MI).
2. Badanie, czy opisane powyżej urządzenie MI jest w stanie zbierać dane dotyczące właściwości optycznych klapek do przenoszenia tkanek, które następnie można wykorzystać do wykrywania ostrej pooperacyjnej niedrożności tętnicy lub żyły przechodzącej do i z klapki do przenoszenia tkanek .
3. Zbadanie, czy istnieje korelacja między natychmiastowymi pooperacyjnymi właściwościami optycznymi płatów transferowych a rozwojem późnych powikłań, takich jak martwica tkanki tłuszczowej i zanik płata.

hipotezy:

1. Wcześniejsi autorzy wykazali, że spektroskopia tkankowa może być stosowana zarówno w doświadczeniach na zwierzętach, jak i na ludziach w celu wykrycia i rozróżnienia płatów transferu tkanki z odpowiednim zaopatrzeniem naczyniowym w porównaniu z płatami z okluzją tętnicy i/lub żyły przed wykryciem takich powikłań przy użyciu standardowej obserwacji klinicznej w okresie pooperacyjnym. Autorzy ci wykazali, że wykrywanie zmian w stosunku do wartości wyjściowych w okresie pooperacyjnym stężeń hemoglobiny całkowitej [Hb-total], hemoglobiny odtlenionej [Hb-deoksy] i hemoglobiny utlenionej [Hb-O2] za pomocą spektroskopii tkankowej korelowało z kliniczny rozwój niedrożności tętniczej lub żylnej. 1,2 Ponieważ wykazano, że urządzenie MI opracowane w Beckman Laser Institute jest w stanie wykryć [Hb-total], [Hb-deoxy] i [Hb-O2], jak również stężenie wody, [H2O] w sposób bezkontaktowy; wierzymy, że urządzenie MI będzie również w stanie wykryć rozwój niedrożności tętnicy i/lub żyły w klapkach do przenoszenia tkanek bez konieczności bezpośredniego kontaktu tkanki z urządzeniem do spektroskopii tkankowej, jak miało to miejsce w przypadku instrumentów używanych przez innych autorów.3, 4
2. Istnieją wyższe wskaźniki martwicy tkanki tłuszczowej i atrofii płatów, które występują po określonych typach płatów transferu wolnej tkanki [tj. wyższe wskaźniki występują w przypadku płatów głębokiego dolnego perforatora nadbrzusza (DIEP) w porównaniu z płatami poprzecznego mięśnia prostego brzucha (TRAM).5, 6 Niektóre autorzy sugerują, że wczesne przekrwienie płata i rozwój późnej martwicy tkanki tłuszczowej mogą być spowodowane niewydolnością żylną, bez całkowitej niedrożności żylnej 7. Stawiamy hipotezę, że wczesne pooperacyjne zmiany właściwości optycznych płata mogą być wykorzystane do przewidywania rozwoju późnych powikłań takie jak martwica tkanki tłuszczowej i atrofia płata, ponieważ uważa się, że powikłania te są spowodowane względną niewydolnością tętniczą i/lub żylną płata przenoszącego tkankę; a zatem powinno to znaleźć odzwierciedlenie we właściwościach optycznych tkanki wykrywanych przez urządzenie MI.

Uzasadnienie: Zastosowanie nasady tkankowej i wolnych płatów transferowych pozwala na zwiększenie możliwości rekonstrukcyjnych u pacjentów ze zniekształceniem lub utratą funkcji po urazie lub resekcji chirurgii onkologicznej. Ogólnie rzecz biorąc, proces tworzenia płata do transferu tkanki szypuły obejmuje izolację tkanek na pojedynczej tętnicy i żyle, a następnie obracanie tej tkanki od miejsca pobrania do miejsca wymagającego rekonstrukcji. Wolny płat transferu tkanek obejmuje proces podobny do tworzenia płata nasady, z tym wyjątkiem, że tętnica i żyła idące do tkanek płata są dzielone i ponownie wszczepiane w miejscu rekonstrukcji. Ten sposób stosowania płatów do przenoszenia tkanek ma jednak znane powikłania, w tym powikłania ostre, takie jak okluzja tętnicy lub żyły, oraz późne powikłania, takie jak rozwój martwicy tkanki tłuszczowej i zanik płata.

Ostre powikłania dotyczące struktur naczyniowych płata mogą polegać na częściowym lub całkowitym zamknięciu tętnicy lub żyły przechodzącej do i od płata tkankowego. Zarówno szypułka, jak i płaty do transferu wolnej tkanki mogą powodować poważne powikłania, jeśli tętnica lub żyła zostaną naruszone, w tym całkowita śmierć tkanki w klapie. Jeśli struktury naczyniowe prowadzące do płata (płatków) zostaną naruszone, tkanki użyte do operacji rekonstrukcyjnej mogą ulec uszkodzeniu. To uszkodzenie tkanki może stać się rozległe i spowodować utratę części lub całej masy tkanki w klapce do przenoszenia tkanek, co z kolei może skutkować zwiększoną chorobowością i śmiertelnością pacjenta. W literaturze dotyczącej chirurgii rekonstrukcyjnej wykazano, że częste monitorowanie w ciągu pierwszych 48-72 godzin po operacji rekonstrukcyjnej pozwala na wczesne wykrycie i interwencję w przypadku wystąpienia uszkodzonego płata naczyniowego. To wcześniejsze wykrycie może następnie przełożyć się na wcześniejsze interwencje, w tym ponowną eksplorację chirurgiczną, która, jak wykazano, poprawia wskaźniki ratowania upośledzenia naczyniowego płatów transferu tkanki.8,9 Powszechnie wiadomo, że zakrzepica żylna ma gorsze rokowania, w porównaniu z zakrzepicą tętniczą po ponownej eksploracji chirurgicznej i przywróceniu przepływu krwi. Uważa się, że ta różnica między zakrzepicą tętniczą i żylną wynika z różnic w patofizjologii związanej z przekrwieniem żylnym. W zakrzepicy żylnej zawartość płynu w tkankach jest zwiększona z powodu początkowo ciągłego napływu tętniczego, dlatego po przywróceniu odpływu żylnego obrzęk tkanek nadal hamuje dyfuzję tlenu przez przestrzeń śródmiąższową z naczyń włosowatych do komórek tkanek w łożyskach naczyniowych pozostały obrzęki. Fakt, że zakrzepica żylna jest trudniejsza do wczesnego wykrycia klinicznego, może również przyczynić się do gorszego rokowania związanego z zakrzepicą żylną w porównaniu z zakrzepicą tętniczą.10

Biorąc pod uwagę trudność wczesnego wykrycia zakrzepicy żylnej i zmniejszone wskaźniki skutecznego ratowania po ponownej chirurgicznej eksploracji zakrzepicy żylnej, autorzy z powodzeniem wykorzystali spektroskopię tkankową do wykrycia zakrzepicy żylnej na kilka godzin przed klinicznymi objawami zakrzepicy 2. Autorzy ci zastosowali urządzenie spektroskopowe, które wymaga bezpośredniego kontaktu z ocenianymi tkankami i zapewniło tylko niewielką powierzchnię, na której zmierzono właściwości optyczne płata tkanki. Urządzenie jest jednak w stanie zapewnić zarówno dyfuzyjną tomografię optyczną, jak i szybkie, szerokokątne ilościowe mapowanie właściwości optycznych tkanki na jednej platformie pomiarowej za pomocą urządzenia, które nie wymaga bezpośredniego kontaktu z ocenianymi tkankami 3, 11. Ponieważ urządzenie MI jest nowym, nowatorskim urządzeniem opracowanym w Beckman Laser Institute i nie było używane do oceny klap do przenoszenia tkanek ludzkich, byłoby to badanie pilotażowe. To badanie pilotażowe miałoby na celu ustalenie, czy to konkretne urządzenie jest również w stanie wykryć niedrożność naczyń przed klinicznym wykryciem takiej niedrożności, a także rozróżnić niedrożności tętnicze i żylne w podobny sposób, jak inne urządzenia stosowane przez innych autorów, które wykorzystywały spektroskopia tkankowa w celu monitorowania klap transferowych tkanek.

Jak wspomniano powyżej, po zastosowaniu płatów do transferu tkanek w chirurgii rekonstrukcyjnej mogą wystąpić opóźnione powikłania, które obejmują martwicę tkanki tłuszczowej i zanik płata. Uważa się, że te późne powikłania są spowodowane względną niewydolnością naczyń zaopatrujących płatki. Sugeruje się, że zwiększone przekrwienie żylne i zwiększona częstość martwicy tłuszczu przy użyciu płatów DIEP w porównaniu z płatami TRAM w rekonstrukcji piersi wynikają ze względnej niewydolności żylnej, która nie zmniejsza się na tyle, aby spowodować utratę płata, ale czasami jest duża wystarczającej do rozwoju martwicy tkanki tłuszczowej 7. Późny rozwój zaniku płata może być również spowodowany względną niewydolnością tętniczą lub żylną występującą w czasie rekonstrukcji chirurgicznej i skutkującą względnym globalnym niedokrwieniem płata tkankowego prowadzącym do rozwoju zaniku płata. Jednym z celów tego eksperymentu jest ustalenie, czy jakakolwiek cecha właściwości optycznych płata do przenoszenia tkanek w okresie zbliżonym do pooperacyjnego może przewidywać rozwój martwicy tkanki tłuszczowej lub zaniku płata.

Urządzenie MI jest nowatorskim, unikalnym urządzeniem w porównaniu z innymi urządzeniami spektroskopowymi używanymi do badania klap transferowych tkanek. MI wykorzystuje technologię bezkontaktowego obrazowania optycznego opracowaną w Beckman Laser Institute, która ma wyjątkową zdolność wykonywania zarówno dyfuzyjnej tomografii optycznej, jak i szybkiego, szerokokątnego ilościowego mapowania właściwości optycznych tkanek w ramach jednej platformy pomiarowej. Podczas gdy inne bezkontaktowe urządzenia spektroskopowe wykorzystują metody modulacji czasu, MI alternatywnie wykorzystuje oświetlenie modulowane przestrzennie do obrazowania składników tkanki. System MI składa się z 1) systemu projekcji światła, który oświetla tkankę za pomocą przestrzennych wzorów sinusoidalnych oraz 2) kamery CCD, która zbiera rozproszone światło odbite w geometrii bezkontaktowej. Długość fali oświetlenia można wybrać przez filtrowanie środkowoprzepustowe źródła szerokopasmowego (tj. lampą wolframową) lub przy użyciu źródła monochromatycznego (tj. Dioda laserowa). Wreszcie, pomiary fluorescencji tkanek można wykonać, umieszczając przed kamerą kombinację filtrów blokujących źródło i emisji pasmowych. 3, 11

Dyfuzyjnie odbita amplituda modulowanej fali przenosi zarówno właściwości optyczne (absorpcja, fluorescencja, rozpraszanie), jak i informacje o głębokości. W szczególności głębokość próbkowania fali modulowanej przestrzennie jest funkcją częstotliwości oświetlenia i właściwości optycznych tkanki. Ma to wiele analogii z podejściem szerokopasmowej migracji fotonów w domenie częstotliwości (FDPM). {12, 13} W konsekwencji pomiar wielu częstotliwości przestrzennych (okresowości) pozwala MI pełnić dwie funkcje. Po pierwsze, zastosowanie szerokiego zakresu wzorców częstotliwości umożliwia obrazowanie selektywne w głąb, a tym samym tomografię wewnętrznej struktury tkanki 3D. Po drugie, może szybko i ilościowo mapować absorpcję optyczną, wydajność fluorescencji i współczynniki rozpraszania w czasie zbliżonym do rzeczywistego, z wysoką rozdzielczością i szerokim polem widzenia.

Zdolność do oddzielenia absorpcji optycznej od rozpraszania odróżnia MI od konwencjonalnych metod obrazowania metodą płaskiego odbicia. Mapy absorpcji i rozpraszania można wykorzystać do scharakteryzowania składu biochemicznego i struktury tkanki. Wykazaliśmy, że te wewnętrzne elementy kontrastowe tkanek różnią się w zależności od rodzaju tkanki, a ich zależność od długości fali zapewnia widmowy „odcisk palca”, który można wykorzystać do określenia relacji przestrzennych między tkankami o różnych właściwościach optycznych i można go wykorzystać do określenia ilości H2O, [ Hb-całkowita], [Hb-dezoksy], [Hb-O2] i nasycenie tkanek tlenem [StO2]. MI jest w stanie wykryć stężenie [Hb-total], [Hb-deoksy] i [Hb-O2] w ilościach bezwzględnych w jednostkach milimoli / jednostkę objętości mierzonej tkanki. MI jest również w stanie określić procentową część masy, która składa się z H2O w procentach masy.11, 14. Ta cecha ma kluczowe znaczenie dla skuteczności MI jako ilościowej metody diagnostycznej, a w połączeniu z jej możliwościami tomograficznymi podkreśla wyjątkowość tej metody i jej potencjalne zastosowanie jako urządzenia monitorującego i diagnostycznego do oceny płatów transferu tkanek po operacjach rekonstrukcyjnych.