Мониторинг лоскутов для переноса тканей с помощью спектроскопии с модулированной визуализацией (МИ)

Цели:

1. Разработать безопасное, бесконтактное, интраоперационное и послеоперационное устройство, которое можно использовать в качестве дополнения к клинической оценке лоскутов для переноса тканей после реконструктивной хирургии.
2. Разработать вспомогательное устройство, которое может надежно обнаруживать и различать артериальную и венозную окклюзию до клинических проявлений таких окклюзий и, таким образом, обеспечить научную основу для будущих исследований, которые могут использовать устройство для потенциального повышения показателей спасения после повторного изучения таких осложнений. .
3. Оценить, могут ли изменения оптических свойств лоскутов в ближайшем послеоперационном периоде использоваться для прогнозирования развития поздних осложнений лоскутов, таких как развитие жирового некроза и/или атрофии лоскута.

Конкретные цели:

1. Для записи интраоперационных и послеоперационных изображений трансплантационных лоскутов на ножке и свободных тканях, используемых в реконструктивной хирургии, с помощью устройства, излучающего низкоэнергетический свет ближнего инфракрасного диапазона, пространственно модулированный в синусоидальную конфигурацию амплитуды, называемую модулированной визуализацией (МИ).
2. Изучить, может ли описанное выше устройство ИМ собирать данные об оптических свойствах лоскутов для переноса ткани, которые затем можно использовать для обнаружения острой послеоперационной окклюзии артерии или вены, идущей к лоскуту для переноса ткани и от него. .
3. Изучить, существует ли корреляция между оптическими свойствами трансплантированных лоскутов в ближайшем послеоперационном периоде и развитием поздних осложнений, таких как жировой некроз и атрофия лоскута.

Гипотезы:

1. Предыдущие авторы продемонстрировали, что спектроскопия тканей может использоваться как в экспериментах на животных, так и на людях для обнаружения и дифференциации между лоскутами для трансплантации тканей с адекватным кровоснабжением и лоскутами с окклюзиями артерий и/или вен до выявления таких осложнений с использованием стандартного клинического наблюдения. течение послеоперационного периода. Эти авторы продемонстрировали, что обнаружение изменений концентрации общего гемоглобина [Hb-total], деоксигенированного гемоглобина [Hb-деокси] и оксигенированного гемоглобина [Hb-O2] в послеоперационном периоде с помощью тканевой спектроскопии коррелирует с клиническое развитие артериальной или венозной окклюзии. 1,2 Поскольку было продемонстрировано, что устройство МИ, разработанное в Лазерном институте Бекмана, способно определять [Hb-общий], [Hb-дезокси] и [Hb-O2], а также концентрацию воды, [H2O] бесконтактным способом; мы полагаем, что устройство ИМ также сможет обнаруживать развитие артериальной и/или венозной окклюзии в тканевых трансплантационных лоскутах, не требуя прямого контакта ткани с устройством тканевой спектроскопии, как это было в случае с инструментами, используемыми другими авторами.3, 4
2. Существует более высокая частота жирового некроза и атрофии лоскута, которые возникают после определенных типов лоскутов для переноса свободной ткани, [т. е. более высокая частота возникает при использовании лоскутов из глубокой нижней эпигастральной перфорации (DIEP) по сравнению с лоскутами из поперечной прямой мышцы живота (TRAM) [5, 6]. авторы предположили, что ранняя полнота лоскута и развитие позднего жирового некроза могут быть связаны с венозной недостаточностью, без полной венозной окклюзии 7. Мы предполагаем, что ранние послеоперационные изменения оптических свойств лоскута могут быть использованы для прогнозирования развития поздних осложнений. такие как жировой некроз и атрофия лоскута, поскольку считается, что эти осложнения связаны с относительной артериальной и/или венозной недостаточностью лоскута для переноса ткани; и, таким образом, должно отражаться в оптических свойствах ткани, определяемых устройством MI.

Обоснование: использование тканевой ножки и лоскутов для трансплантации свободной ткани позволяет увеличить реконструктивные возможности для пациентов, у которых наблюдается обезображивание или потеря функции после травмы или онкологической хирургической резекции. Как правило, процесс создания лоскута для переноса ткани на ножке включает изоляцию тканей на одну артерию и вену, а затем ротацию этой ткани с донорского участка на участок, требующий реконструкции. Свободный трансплантационный лоскут включает в себя процесс, аналогичный созданию лоскута на ножке, за исключением того, что артерия и вена, идущие к тканям лоскута, разделяются и повторно имплантируются в месте реконструкции. Однако этот процесс использования лоскутов для переноса ткани имеет известные осложнения, включая острые осложнения, такие как артериальная или венозная окклюзия, и поздние осложнения, такие как развитие жирового некроза и атрофия лоскута.

Острые осложнения, затрагивающие сосудистые структуры лоскута, могут быть как частичной, так и полной окклюзией артерии или вены, идущих к тканевому лоскуту и ​​от него. Как при пересадке лоскута на ножке, так и при пересадке свободной ткани могут развиться серьезные осложнения, если артерия или вена скомпрометированы, включая полную гибель ткани в лоскуте. Если сосудистые структуры, идущие к лоскуту (лоскутам), повреждены, ткани, используемые для реконструктивной хирургии, могут быть повреждены. Это повреждение ткани может стать обширным и привести к потере части или всей массы ткани в лоскуте для переноса ткани, что, в свою очередь, может привести к увеличению заболеваемости и смертности пациента. В литературе по реконструктивной хирургии было показано, что частый мониторинг в течение первых 48-72 часов после реконструктивной хирургии позволяет на раннем этапе обнаружить и вмешаться, когда возникает сосудистый скомпрометированный лоскут. Это более раннее обнаружение затем может привести к более ранним вмешательствам, включая повторное хирургическое исследование, которое, как было показано, улучшает показатели спасения сосудов от компрометации лоскутов для переноса ткани. по сравнению с артериальным тромбозом после хирургического повторного исследования и восстановления кровотока. Считается, что это различие между артериальным и венозным тромбозом связано с различиями в патофизиологии, связанной с венозным застоем. При венозном тромбозе содержание жидкости в тканях увеличивается за счет первоначально продолжающегося артериального притока, поэтому при восстановлении венозного оттока отек тканей продолжает препятствовать диффузии кислорода через интерстициальное пространство от капилляров к тканевым клеткам сосудистых русел. остались отеки. Тот факт, что венозный тромбоз труднее клинически обнаружить на ранней стадии, также может способствовать более неблагоприятному прогнозу, связанному с венозным тромбозом, по сравнению с артериальным тромбозом.

Учитывая трудности раннего выявления венозного тромбоза и сниженные показатели успешного спасения после хирургического повторного исследования венозного тромбоза, авторы успешно использовали использование спектроскопии тканей для выявления венозного тромбоза за несколько часов до клинических проявлений тромбоза 2. Эти авторы использовали прибор для спектроскопии, который требует прямого контакта с оцениваемыми тканями и обеспечивал лишь небольшую площадь поверхности, на которой измерялись оптические свойства тканевого лоскута. Однако устройство способно обеспечить как диффузную оптическую томографию, так и быстрое количественное картирование оптических свойств ткани в широком поле на одной измерительной платформе с помощью устройства, которое не требует прямого контакта с оцениваемыми тканями 3, 11. Поскольку устройство ИМ является новым новым устройством, разработанным в Институте лазеров Бекмана и не применявшимся для оценки лоскутов для трансплантации тканей человека, это будет экспериментальное исследование. В этом предварительном исследовании будет предпринята попытка определить, способно ли это конкретное устройство обнаруживать сосудистую окклюзию до клинического обнаружения такой окклюзии, а также различать артериальную и венозную окклюзии аналогично другим устройствам, используемым другими авторами, которые использовали спектроскопия тканей для наблюдения за лоскутами для трансплантации тканей.

Как упоминалось выше, после использования лоскутов для трансплантации тканей в реконструктивной хирургии могут развиться отсроченные осложнения, которые включают некроз жира и атрофию лоскута. Считается, что эти поздние осложнения вызваны относительной сосудистой недостаточностью, питающей лоскуты. Предполагается, что повышенный венозный застой и повышенная частота некроза жира при использовании лоскутов DIEP по сравнению с лоскутами TRAM при реконструкции молочной железы обусловлены относительной венозной недостаточностью, которая не уменьшается настолько, чтобы вызвать потерю лоскута, но иногда значительно увеличивается. недостаточно, чтобы привести к развитию жирового некроза 7. Позднее развитие атрофии лоскута также может быть связано с относительной артериальной или венозной недостаточностью, которая возникает во время хирургической реконструкции и приводит к относительной глобальной ишемии тканевого лоскута, ведущей к развитию атрофии лоскута. Одной из целей этого эксперимента является определение того, могут ли какие-либо характеристики оптических свойств лоскута для переноса ткани в ближайшем послеоперационном периоде предсказать развитие некроза жира или атрофии лоскута.

Устройство MI является новым уникальным устройством по сравнению с другими спектроскопическими устройствами, используемыми для изучения лоскутов для трансплантации тканей. МИ использует технологию бесконтактной оптической визуализации, разработанную в Лазерном институте Бекмана, которая обладает уникальной способностью выполнять как диффузную оптическую томографию, так и быстрое широкопольное количественное картирование оптических свойств ткани в рамках одной измерительной платформы. В то время как другие бесконтактные спектроскопические устройства используют методы временной модуляции, MI альтернативно использует пространственно-модулированное освещение для визуализации составляющих ткани. Система МИ состоит из 1) системы световой проекции, которая освещает ткань пространственными синусоидальными узорами, и 2) ПЗС-камеры, которая собирает диффузно отраженный свет в бесконтактной геометрии. Длина волны освещения может быть выбрана путем полосовой фильтрации широкополосного источника (т. вольфрамовой лампой) или с использованием монохроматического источника (т.е. лазерный диод). Наконец, можно выполнить измерения флуоресценции тканей, поместив перед камерой комбинацию блокирующих источник и полосовых эмиссионных фильтров. 3, 11

Диффузно отраженная амплитуда модулированной волны несет информацию как об оптических свойствах (поглощение, флуоресценция, рассеяние), так и о глубине. В частности, глубина выборки пространственно-модулированной волны зависит от частоты освещения и оптических свойств ткани. Это имеет много общего с подходом широкополосной миграции фотонов в частотной области (FDPM). {12, 13} Следовательно, измерение множественных пространственных частот (периодичности) позволяет ИМ выполнять две функции. Во-первых, использование широкого диапазона частотных паттернов позволяет проводить селективную по глубине визуализацию и, таким образом, томографию внутренней трехмерной структуры ткани. Во-вторых, он может быстро и количественно отображать оптическое поглощение, выход флуоресценции и коэффициенты рассеяния почти в реальном времени, с высоким разрешением и в широком поле зрения.

Способность отделять оптическое поглощение от рассеяния отличает МИ от обычных методов визуализации плоскостного отражения. Карты поглощения и рассеяния можно использовать для характеристики биохимического состава и структуры ткани. Мы показали, что эти внутренние контрастные элементы тканей различаются в зависимости от типов тканей, а их зависимость от длины волны обеспечивает спектральные «отпечатки пальцев», которые можно использовать для описания пространственных отношений между тканями с различными оптическими свойствами и для определения количества H2O. Hb-общий], [Hb-дезокси], [Hb-O2] и насыщение тканей кислородом [StO2]. MI может определять концентрацию [Hb-total], [Hb-дезокси] и [Hb-O2] в абсолютных количествах в миллимолях на единицу объема измеренной ткани. MI также может определять процентную долю массы, которая состоит из H2O в процентах по массе.11, 14. Эта особенность имеет решающее значение для эффективности ИМ как количественного диагностического метода и в сочетании с его томографическими возможностями подчеркивает уникальность метода и его потенциальное использование в качестве устройства для мониторинга и диагностики для оценки лоскутов для трансплантации тканей после реконструктивной хирургии.