通过调制成像 (MI) 光谱法监测组织转移皮瓣

目标：

1. 开发一种安全、非接触、术中和术后的装置，可作为重建手术后组织转移皮瓣临床评估的辅助手段。
2. 开发一种能够在动脉和静脉阻塞出现临床表现之前可靠地检测和区分动脉和静脉阻塞的辅助装置，从而为未来的研究提供科学依据，可能使用该装置在重新探索此类并发症后潜在地提高挽救率.
3. 评估组织转移皮瓣在术后即刻光学特性的变化是否可用于预测组织转移皮瓣晚期并发症的发展，例如脂肪坏死和/或皮瓣萎缩的发展。

具体目标：

1. 记录重建手术中使用的椎弓根和游离组织转移皮瓣的术中和术后图像，该装置可发出低能量近红外光，该光在空间上调制为正弦波振幅配置，称为调制成像 (MI)。
2. 研究上述 MI 设备是否能够收集有关组织转移皮瓣光学特性的数据，然后可用于检测进出组织转移皮瓣的动脉或静脉的急性术后闭塞.
3. 研究组织移植皮瓣的术后即刻光学特性与脂肪坏死和皮瓣萎缩等晚期并发症的发展之间是否存在相关性。

假设：

1. 先前的作者已经证明，在使用标准临床观察检测此类并发症之前，组织光谱学可用于动物和人体实验，以检测和区分具有足够血管供应的组织转移皮瓣与具有动脉和/或静脉闭塞的皮瓣在术后期间。 这些作者证明，使用与动脉或静脉阻塞的临床发展。 1,2 由于贝克曼激光研究所开发的 MI 设备已被证明能够检测 [Hb-total]、[Hb-deoxy] 和 [Hb-O2] 以及水的浓度，[H2O]以非接触方式；我们相信 MI 设备还能够检测组织转移皮瓣中动脉和/或静脉闭塞的发展，而不需要组织与组织光谱设备直接接触，就像其他作者使用的仪器一样。 3, 4
2. 在特定类型的游离组织转移皮瓣后，脂肪坏死和皮瓣萎缩的发生率更高，[即，深下腹壁穿支 (DIEP) 皮瓣与横向腹直肌 (TRAM) 皮瓣发生率更高。 5, 6 一些作者提出早期皮瓣充血和晚期脂肪坏死的发展可能是由于静脉功能不全，没有完全静脉闭塞 7。我们假设皮瓣光学特性的术后早期变化可用于预测晚期并发症的发展例如脂肪坏死和皮瓣萎缩，因为这些并发症被认为是由于组织转移皮瓣的相对动脉和/或静脉功能不全所致；因此应该反映在 MI 设备检测到的组织光学特性中。

理由：使用组织蒂和游离组织转移皮瓣可以增加在外伤或肿瘤手术切除后毁容或功能丧失的患者的重建可能性。 通常，创建带蒂组织转移皮瓣的过程包括将组织隔离到单个动脉和静脉上，然后将该组织从供体部位旋转到需要重建的部位。 游离组织转移皮瓣涉及类似于创建带蒂皮瓣的过程，除了进入皮瓣组织的动脉和静脉被分开并在重建部位重新植入。 然而，这种使用组织转移皮瓣的过程具有已知的并发症，包括急性并发症如动脉或静脉闭塞和晚期并发症如脂肪坏死和皮瓣萎缩的发展。

涉及皮瓣血管结构的急性并发症可以是进出组织瓣的动脉或静脉的部分或完全闭塞。 如果动脉或静脉受到损害，包括皮瓣中组织的完全死亡，带蒂和游离组织转移皮瓣都会出现严重的并发症。 如果通向皮瓣的血管结构受损，则用于重建手术的组织可能会受到损伤。 这种组织损伤会变得广泛并导致组织转移瓣中部分或整个组织块的损失，这又会导致患者的发病率和死亡率增加。 在重建手术文献中，已经表明，在重建手术后的前 48-72 小时内进行频繁监测可以在发生血管受损皮瓣时进行早期检测和干预。 这种较早的检测然后可以转化为较早的干预措施，包括手术重新探查，这已被证明可以提高组织转移皮瓣血管受损的挽救率。8、9 众所周知，静脉血栓形成的结果更糟，与手术重新​​探查和重建血流后的动脉血栓形成相比。 动脉和静脉血栓形成之间的这种差异被认为是由于静脉充血所涉及的病理生理学差异所致。 在静脉血栓形成中，由于最初持续的动脉流入，组织液含量增加，因此当静脉流出重新建立时，组织水肿继续抑制氧气通过间隙空间从毛细血管扩散到血管床中的组织细胞遗留水肿。 与动脉血栓形成相比，静脉血栓形成在临床上更难以早期检测这一事实也可能导致与静脉血栓形成相关的预后较差。 10

鉴于早期检测静脉血栓形成的困难，以及静脉血栓形成手术重新探查后成功挽救率的降低，作者成功地使用组织光谱学在血栓形成临床表现前数小时检测静脉血栓形成 2。这些作者使用了一种光谱仪，它需要与被评估的组织直接接触，并且只提供一个小的表面积来测量组织瓣的光学特性。 然而，该设备能够通过不需要与被评估组织直接接触的设备，在单个测量平台中提供漫射光学断层扫描和组织光学特性的快速广域定量映射 3, 11。 由于 MI 装置是 Beckman 激光研究所开发的新型装置，尚未用于评估人体组织转移皮瓣，因此这将是一项试点研究。 该初步研究将寻求确定该特定设备是否也能够在临床检测到此类闭塞之前检测血管闭塞，以及以与其他作者使用的其他设备类似的方式区分动脉和静脉闭塞，这些设备采用组织光谱学监测组织转移皮瓣。

如上所述，在重建手术中使用组织移植皮瓣后，可能会出现延迟并发症，包括脂肪坏死和皮瓣萎缩。 这些晚期并发症被认为是由供应皮瓣的相对血管功能不全引起的。 有人提出，与乳房重建中的 TRAM 皮瓣相比，使用 DIEP 皮瓣增加的静脉充血和脂肪坏死率增加是由于相对静脉功能不全，其减少程度不足以导致皮瓣丢失，但有时会很大足以导致脂肪坏死的发展 7. 皮瓣萎缩的晚期发展也可能是由于手术重建时发生的相对动脉或静脉功能不全，并导致相对的整体组织皮瓣缺血导致发展皮瓣萎缩。 本实验的目标之一是确定在术后附近组织转移皮瓣的光学特性的任何特征是否可以预测脂肪坏死或皮瓣萎缩的发展。

与用于研究组织转移皮瓣的其他光谱设备相比，MI 设备是一种新颖独特的设备。 MI 使用贝克曼激光研究所开发的非接触式光学成像技术，该技术具有在单个测量平台内执行漫射光学断层扫描和组织光学特性的快速、广域定量映射的独特能力。 虽然其他非接触式光谱设备使用时间调制方法，但 MI 或者使用空间调制照明对组织成分进行成像。 MI 系统包括 1) 一个用空间正弦模式照亮组织的光投射系统，和 2) 一个 CCD 相机，它以非接触几何形状收集漫反射光。 可以通过宽带光源的带通滤波来选择照明波长（即 钨灯），或使用单色光源（即 激光二极管）。 最后，可以通过在相机前放置源阻挡和带通发射滤光片的组合来执行组织荧光测量。 3, 11

调制波的漫反射振幅携带光学特性（吸收、荧光、散射）和深度信息。 具体而言，空间调制波的采样深度是照明频率和组织光学特性的函数。 这与宽带频域光子迁移 (FDPM) 方法有许多相似之处。 {12, 13} 因此，多个空间频率（周期性）的测量允许 MI 执行两个功能。 首先，使用广泛的频率模式可以进行深度选择性成像，从而实现内部 3D 组织结构的断层扫描。 其次，它可以近乎实时地快速定量地绘制光学吸收、荧光产量和散射系数，具有高分辨率和宽视场。

将光吸收与散射分开的能力将 MI 与传统的平面反射成像方法区分开来。 吸收和散射图可用于表征组织的生化成分和结构。 我们已经表明，这些内在的组织对比元素随组织类型而变化，它们的波长依赖性提供了光谱“指纹”，可用于描绘具有不同光学特性的组织之间的空间关系，并可用于确定 H2O 的量，[ Hb-total]、[Hb-deoxy]、[Hb-O2] 和组织氧饱和度 [StO2]。 MI 能够检测 [Hb-total]、[Hb-deoxy] 和 [Hb-O2] 的绝对量浓度，单位为毫摩尔/测量的单位体积组织。 MI 还能够确定质量百分比，它由 H2O 组成，以质量百分比表示。 11， 14. 这一特征对于 MI 作为一种定量诊断方法的性能至关重要，并且当结合其断层扫描功能时，强调了该方法的独特性，以及它作为监测和诊断设备的潜在用途，以评估重建手术后的组织转移皮瓣。