P DE系統(tǒng)在術(shù)中預測皮瓣存活的應用價值

徐曉慶，蘇映軍，郭樹忠

P DE系統(tǒng)在術(shù)中預測皮瓣存活的應用價值

徐曉慶，蘇映軍，郭樹忠

（第四軍醫(yī)大學西京醫(yī)院整形外科 陜西 西安 710032）

目的：探討利用PDE系統(tǒng)進行的吲哚菁綠（ICG）近紅外熒光成像于術(shù)中預測皮瓣存活的可行性、準確性及其臨床應用價值。方法：SD大鼠25只，構(gòu)建大鼠背部2cm×6cm大小帶蒂筋膜皮瓣，利用PDE系統(tǒng)進行術(shù)中ICG造影成像，對比表皮面和筋膜面的影像結(jié)果。將皮瓣等分成10個目標區(qū)域（ROI），定義灌注指數(shù)為一個ROI的光密度值比上皮瓣近端3個ROI的光密度平均值。分析灌注指數(shù)與皮瓣存活比的關(guān)系。結(jié)果：根據(jù)筋膜面ICG影像預測皮瓣存活比為0.705±0.053，靈敏度為90.7%，特異度為100%；根據(jù)表皮面ICG影像預測皮瓣存活比為0.611±0.072，其靈敏度為78.6%，特異度為100%。而實際皮瓣存活比為0.777±0.062。ROI的皮瓣存活比與其灌注指數(shù)，兩者在0.01水平上顯著相關(guān)（P＜0.01），R為0.845，其95%置信區(qū)間為(0.434,0.965)。結(jié)論：PDE系統(tǒng)能夠于術(shù)中預測皮瓣存活情況，靈敏度為90.7%，特異度為100%；從筋膜面進行ICG成像的結(jié)果較表皮面更為準確，靈敏度更高；當灌注指數(shù)PI＞0.434時，該區(qū)域的皮瓣基本能夠存活。

PDE系統(tǒng)；吲哚菁綠；皮瓣存活比；筋膜面；表皮面；灌注指數(shù)

皮瓣是整形外科用于創(chuàng)面修復、功能重建、器官再造最常用的技術(shù)之一，但在轉(zhuǎn)移過程中，遠端常發(fā)生壞死，限制了皮瓣在修復大面積缺損時的應用。因此，于術(shù)中準確判斷皮瓣灌注，對缺血區(qū)域進行手術(shù)修復或切除，對臨床提高皮瓣存活比和手術(shù)成功率具有重要作用。在傳統(tǒng)的皮瓣轉(zhuǎn)移術(shù)中，術(shù)者多憑借其個人的臨床經(jīng)驗判別，包括對皮瓣顏色、充血反應，皮瓣表面溫度、腫脹程度及針刺后出血等主觀觀察[1]。但這要求術(shù)者有較豐富的臨床經(jīng)驗，且主觀性強，受很多因素影響，只能作初步參考，不能作為客觀有效的指標。目前臨床有多種方法可以用來術(shù)中監(jiān)測皮瓣灌注。包括動態(tài)紅外溫度測量儀、組織血氧定量法、微量透析法、熒光素血管造影及多普勒血流儀等[2-6]。

ICG血管造影以其實時、準確、安全性高的特點，成為評價皮瓣灌注的重要方法。它能夠顯示皮瓣組織實時的灌注情況，準確預測皮瓣存活的位置和范圍。PDE系統(tǒng)是進行ICG血管造影系統(tǒng)之一。與目前臨床上其他的ICG造影系統(tǒng)相比，集成的PDE系統(tǒng)是具有簡單輕便、易于術(shù)中操作等優(yōu)點。而文獻對于PDE系統(tǒng)，尤其是其應用的準確性、敏感度、特異度等少有報道。為了探索PDE系統(tǒng)術(shù)中評價皮瓣灌注、預測皮瓣存活情況的可行性和臨床應用價值，我們在大鼠背部構(gòu)建了帶蒂筋膜皮瓣模型，驗證PDE系統(tǒng)的準確性。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 吲哚菁綠溶液的配置：吲哚菁綠（ICG，遼寧丹東醫(yī)創(chuàng)藥業(yè)有限責任公司）溶液：將包裝內(nèi)10ml滅菌注射用水抽出，注入裝有25mg吲哚菁綠粉末的西林瓶中，震蕩混勻。整個操作在室溫下的暗室內(nèi)進行。密封避光冷藏保存?zhèn)溆谩?/p>

1.1.2 實驗動物：SD大鼠25只，體重（300±20）g，雄性，購自第四軍醫(yī)大學實驗動物中心。標準飼養(yǎng)。隨機分成2組，1組10只進行表皮面和筋膜面的PDE造影影像的對比研究；另1組15只用于PDE半定量測量標準的確立。

1.1.3 PDE系統(tǒng)：實驗使用PDE系統(tǒng) (Photodynamic eye, Hamamatsu Photonics K.K.,Shizuoka, Japan)，這是集合近紅外光發(fā)射、接收，信號處理、傳輸于一體的ICG造影系統(tǒng)。其基本組成為：手持式近紅外光發(fā)射接收探頭，信號處理主機，變量調(diào)節(jié)控制器。見圖1。

圖1 PDE系統(tǒng)

1.2 方法：在大鼠背部構(gòu)建2cm×6cm大小的帶蒂筋膜皮瓣模型，以1mg/kg的劑量靜脈注射，注射30s后，以探頭距離皮瓣15cm，調(diào)節(jié)發(fā)射光強度、輔助照明光強度及對比度為中等強度，分別從表皮面和筋膜面進行觀察，獲得清晰影像后，記錄保存結(jié)果。

1.3 觀察指標

1.3.1 皮瓣存活比的監(jiān)測：在皮瓣術(shù)后7d，皮瓣存活區(qū)與壞死區(qū)已明確，壞死區(qū)皮瓣顏色發(fā)黑，組織回縮、彈性差，質(zhì)地堅硬，切割組織部出血。用數(shù)碼相機進行皮瓣攝影，以Image-J軟件分析皮瓣壞死區(qū)域，利用公式(皮瓣存活比=皮瓣存活表面積/皮瓣總表面積)，計算各皮瓣存活比。

1.3.2 ICG影像高灌注區(qū)：根據(jù)軟件記錄的結(jié)果，用Image-J軟件分別分析高灌注區(qū)域，即根據(jù)影像我們認為皮瓣術(shù)后能夠存活的區(qū)域，利用公式（皮瓣預測存活比=高灌注區(qū)影像面積/皮瓣影像總面積），計算各皮瓣的預測存活比。

1.3.3 計算每個目標區(qū)域（region of interest，ROI）的光密度值：將大鼠皮瓣從遠端到近端分成1～10,10個ROI。在ICG影像圖和大體照片中，分別計算每個ROI的影像光密度值（OD）及其對應ROI的皮瓣實際存活比。OD值是用Image-J軟件分析ICG影像圖獲得。定義一個ROI的灌注指數(shù)PI（Perfusion index）為該ROI的光密度值/皮瓣近端3個ROI光密度平均值（8、9、10，3個ROI）

1.4 統(tǒng)計學分析：數(shù)值以(xˉ±s)表示，用GraphPad. Prism.v5.0.對數(shù)據(jù)進行方差分析，組間的比較采用t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。對每個ROI的PI值和皮瓣存活比進行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果

2.1 筋膜面和表皮面ICG熒光成像結(jié)果比較：上部為皮瓣近端，下部為皮瓣遠端。筋膜面影像圖中能夠清晰的看見皮瓣筋膜面的微小動脈網(wǎng)，及其間的毛細血管；皮瓣近端3/4面積顯影明亮，組織灌注良好，認為這一區(qū)域術(shù)后基本能夠存活；遠端1/4面積為低顯影和不顯影的暗區(qū)，組織灌注不足，認為術(shù)后很可能發(fā)生壞死（圖A）。表皮面影像圖中不能清晰的分辨出血管及血管網(wǎng)的位置，只能大致分辨顯影較為明亮的灌注充足區(qū)，認為這一區(qū)域術(shù)后能夠存活(圖B)。圖C為術(shù)后7d該皮瓣實際存活情況的大體照片，其存活范圍與影像結(jié)果大體一致。見圖2A～C。

圖2 同一大鼠皮瓣筋膜面和表皮面ICG影像圖及大體觀察圖

2.2 筋膜面和表皮面影像預測結(jié)果比較：筋膜面ICG影像預測皮瓣存活比為0.705±0.053，靈敏度為90.7%，特異度為100%，假陰性比為9.3%，假陽性率為0；根據(jù)表皮面ICG影像預測皮瓣存活比為0.611±0.072，其靈敏度為78.6%，特異度為100%，假陰性率為21.4%，假陽性率為0。而實際皮瓣存活比為0.777±0.062。比較發(fā)現(xiàn)，從筋膜面進行ICG成像的結(jié)果較表皮面更為準確，靈敏度更高，與實際結(jié)果更為接近。差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。見圖3。

圖3 大鼠皮瓣實際存活比與預測存活比統(tǒng)計圖

2.3 灌注指數(shù)PI半定量標準確定結(jié)果：左側(cè)為筋膜面影像，其顯影明亮的高灌注區(qū)與右側(cè)皮瓣存活區(qū)域基本一致，高、低灌注交界區(qū)域與皮瓣存活、壞死交界區(qū)域都位于皮瓣遠端1/3左右位置（圖4）。分析過度區(qū)（皮瓣存活與壞死的交界區(qū)）ROI皮瓣存活比與其灌注指數(shù)的相關(guān)關(guān)系。通過GraphPad.Prism.v5.0.分析，兩者在0.01水平上顯著相關(guān)（P＜0.01），R為0.845，R2為0.714，相關(guān)性較好，其95%置信區(qū)間為（0.434,0.965）。認為當灌注指數(shù)PI＞0.434時，該皮瓣區(qū)域的皮瓣基本能夠存活（圖5）。

圖4 同一皮瓣ICG-PDE筋膜面影像圖及大體照片

圖5 過渡區(qū)ROI皮瓣存活比與其灌注指數(shù)關(guān)系圖

3 討論

皮瓣是整形外科用于創(chuàng)面修復、功能重建及器官再造最常用的技術(shù)之一。臨床常因皮瓣切取過大，吻合血管或血管蒂不足以供應整個皮瓣而發(fā)生皮瓣遠端壞死，成為術(shù)后重要的并發(fā)癥之一。ICG血管造影是評價皮瓣組織灌注的重要方法。目前，臨床應用最廣泛的ICG造影系統(tǒng)是SPY系統(tǒng)。Jones等[7]通過ICG-SPY評估乳房切除術(shù)后皮瓣灌注，預測術(shù)后皮瓣存活能力，其準確性接近100%。2012年，Phillips等在同一批31例乳房切除術(shù)后的患者身上進行了一項ICG-SPY和熒光素的對比研究。僅依靠臨床判斷，作者得出41%皮瓣壞死率的結(jié)論；而SPY和熒光素分別都檢測出了90%術(shù)后皮瓣發(fā)生壞死的患者[5,8]。SPY和熒光素都過度預報了低灌注區(qū)域。Newman等在乳房重建術(shù)中，應用ICG-SPY引導組織切除。術(shù)后發(fā)生了13%全層皮瓣壞死。將這一結(jié)果與SPY-Q影像做對比發(fā)現(xiàn)，ICG-SPY在預測術(shù)后皮瓣壞死方面擁有88%敏感度和83%的特異度[9]。William等[10]報道在腹部抽脂術(shù)后乳房整形手術(shù)中，ICG-SPY能夠?qū)IEP皮瓣的損失率和脂肪壞死率從71%降到0。Colavita[11]等運用SPY預測復雜性疝修補術(shù)后的皮瓣壞死，其敏感度為100%，特異度為90.9%。Beckler[12]等在頭頸部重建術(shù)中，根據(jù)ICG血管造影結(jié)果修整皮瓣，能夠?qū)⑿g(shù)后皮瓣壞死率從33%降到8%。Harless等[13]回顧性研究發(fā)現(xiàn)，ICG血管造影能夠?qū)⑷榉壳谐g(shù)的皮瓣壞死率從過去的6.7%降到現(xiàn)在的0.9%，手術(shù)并發(fā)癥從13.8%降到6.6%。Lohman等[14]總結(jié)了所有ICG造影相關(guān)文獻共244個患者、253例皮瓣，ICG造影未引起一例并發(fā)癥。通過meta分析，其敏感性為90.9%；準確性為98.6%；特異性為98.6%。

PDE系統(tǒng)是進行ICG血管造影系統(tǒng)之一。與其他系統(tǒng)相比，集成的PDE系統(tǒng)是具有簡單輕便、易于術(shù)中操作等的優(yōu)點。可移動的手持式探頭允許術(shù)中在術(shù)中任意角度、任意方向的探測，極大的擴展了PDE系統(tǒng)使用的自由度，對于各種類型、位置的皮瓣都能起到一定的輔助作用。根據(jù)本次實驗結(jié)果，依據(jù)筋膜面ICG影像預測皮瓣存活比為0.705±0.053，靈敏度為90.7%，特異度為100%，；表皮面ICG影像預測皮瓣存活比為0.611±0.072，其靈敏度為78.6%，特異度為100%。而實際皮瓣存活比為0.777±0.062。從筋膜面進行ICG-PDE成像，其靈敏度為90.7%，特異度為100%，與文獻報道的meta分析的結(jié)果相當，說明PDE系統(tǒng)的準確性也能夠與其他系統(tǒng)相比。且基本沒有假陽性情況的發(fā)生，極大的降低了因影像結(jié)果顯示高灌注而術(shù)后卻發(fā)生壞死造成的損失和傷害。90.7%的敏感度已能夠較為準確評估皮瓣大部分面積的灌注情況，確定其供應的邊界范圍，區(qū)別存活和壞死的區(qū)域位置，從而預測皮瓣存活情況，并根據(jù)需要調(diào)整皮瓣位置，切除缺血區(qū)域。

由于PDE系統(tǒng)只能定性的評估皮瓣灌注，成為其臨床應用的一個缺陷，因此筆者通過對ICG-PDE系統(tǒng)影像結(jié)果的分析，找出一種能夠通過影像對皮瓣組織灌注進行半定量分析的方法。因為ICG在注射后能與血漿蛋白幾乎完全的結(jié)合，隨血流均勻的分布全身，皮瓣血流中ICG的量反映了皮瓣的血流量。皮瓣血流中的ICG被激發(fā)后產(chǎn)生熒光，ICG量越大，熒光越強，光密度值越大。因此，皮瓣的血流灌注量越大，ICG影像結(jié)果的光密度值越大，而皮瓣的灌注量一定程度上反映了皮瓣的存活情況，理論上一個區(qū)域的光密度值與其存活情況之間存在正相關(guān)關(guān)系，實驗也證明了這一結(jié)果。我們分析了每個目標區(qū)域ROI的光密度值（OD）與該ROI對應的皮瓣存活情況。但由于不同實驗對象之間OD值相差較大，為此我們定義了灌注指數(shù)PI這一比值，使不同皮瓣、不同ROI的對比性更好。結(jié)果顯示單個目標區(qū)域的灌注指數(shù)PI與皮瓣存活比兩者在0.01水平上顯著相關(guān)（P＜0.01），R為0.845，R2為0.714，相關(guān)性較好，其95%置信區(qū)間為（0.434,0.965）。說明當灌注指數(shù)PI＞0.434時，該ROI的皮瓣基本能夠存活。文獻報道皮瓣熒光與周圍正常組織熒光的相對值≥45%的皮瓣區(qū)域存活的可能性更大[15]；另有作者將這一標準界定為30%[9]。盡管作為對比的參照不同，但標準較為接近。

考慮到皮膚軟組織擴張后，皮膚表皮層增厚，真皮層變薄，脂肪層厚度變薄，纖維包膜層較正常皮膚具有更豐富的血管網(wǎng)等皮膚形態(tài)學變化，其結(jié)構(gòu)較人體正常皮膚更符合實驗模型的特點。因此我們認為從筋膜面進行ICG熒光成像這一新的方法，也同樣適用于擴張皮瓣。PDE系統(tǒng)對擴張皮瓣的設(shè)計、切取及預后判斷可能具有重要的輔助作用。

綜上，通過PDE影像可評估筋膜皮瓣組織灌注量，預測皮瓣存活情況，準確性較好，同時彌補了PDE系統(tǒng)不能定量測量的缺陷，為PDE的臨床應用提供了可靠的實驗參考。

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The Application of PDE System in Predicting the Survival of Flap

XU Xiao-qing,SU Ying-jun,GUO Shu-zhong
(Department of Plastic Surgery,Xijing Hospital,the Fourth Military Medicine University,Xi'an 710032,Shaanxi,China)

Objective To investigate the feasibility, accuracy and clinical value of indocyanine green (ICG) near infrared fluorescence imaging in predicting the survival of flaps with PDE system. Methods Twenty-five SD rats were used. The pedicled fascia f l ap was implanted with 2cm×6cm in the back of the rat. The intraoperative ICG angiography was performed by PDE system, and the images of the epidermis and fascia were compared. The f l ap was divided into 10 regions of interest (ROI). The perfusion index is the ratio of the optical density of an ROI to the mean value of the optical density of the three ROIs of the proximal f l ap. We analyzed the relationship between perfusion index and f l ap survival of an ROI. Results The survival ratio of the f l ap was (0.705±0.053) based on the ICG image of the fascia side. The sensitivity was 90.7% and the specif i city was 100%. The survival ratio of the f l ap was (0.611±0.072) according to the ICG image of the epidermis side. The sensitivity was 78.6% and the specif i city was 100%. The survival ratio of the f l ap was (0.777±0.062) in actually. The survival ratio and the perfusion index of an ROI were signif i cantly correlated (P<0.01). R was 0.845, with a 95% conf i dence interval of 0.434-0.965. Conclusion PDE system could predict the survival of f l ap intraoperative, the sensitivity was 90.7%, and the specif i city was 100%. PDE imaging from the fascia side was more accurate and more sensitive than the epidermis side. The regions of the f l ap which PI>0.434 was able to survive.

PDE;ICG;f l ap survival;fascia side;epidermis side;perfusion index

R622

A

1008-6455（2017）05-0027-04

2017-01-18

2017-04-26

編輯/張惠娟

郭樹忠，第四軍醫(yī)大學西京醫(yī)院整形外科教授、主任醫(yī)師；研究方向：復合組織移植，器官再造；E-mail:shuzhong@fmmu.edu.cn

徐曉慶，第四軍醫(yī)大學西京醫(yī)院整形外科博士研究生；研究方向：皮瓣微循環(huán)；E-mail:xuxiaoqing2017@163.com