P DE系统在术中预测皮瓣存活的应用价值

徐晓庆，苏映军，郭树忠

P DE系统在术中预测皮瓣存活的应用价值

徐晓庆，苏映军，郭树忠

（第四军医大学西京医院整形外科 陕西 西安 710032）

目的：探讨利用PDE系统进行的吲哚菁绿（ICG）近红外荧光成像于术中预测皮瓣存活的可行性、准确性及其临床应用价值。方法：SD大鼠25只，构建大鼠背部2cm×6cm大小带蒂筋膜皮瓣，利用PDE系统进行术中ICG造影成像，对比表皮面和筋膜面的影像结果。将皮瓣等分成10个目标区域（ROI），定义灌注指数为一个ROI的光密度值比上皮瓣近端3个ROI的光密度平均值。分析灌注指数与皮瓣存活比的关系。结果：根据筋膜面ICG影像预测皮瓣存活比为0.705±0.053，灵敏度为90.7%，特异度为100%；根据表皮面ICG影像预测皮瓣存活比为0.611±0.072，其灵敏度为78.6%，特异度为100%。而实际皮瓣存活比为0.777±0.062。ROI的皮瓣存活比与其灌注指数，两者在0.01水平上显著相关（P＜0.01），R为0.845，其95%置信区间为(0.434,0.965)。结论：PDE系统能够于术中预测皮瓣存活情况，灵敏度为90.7%，特异度为100%；从筋膜面进行ICG成像的结果较表皮面更为准确，灵敏度更高；当灌注指数PI＞0.434时，该区域的皮瓣基本能够存活。

PDE系统；吲哚菁绿；皮瓣存活比；筋膜面；表皮面；灌注指数

皮瓣是整形外科用于创面修复、功能重建、器官再造最常用的技术之一，但在转移过程中，远端常发生坏死，限制了皮瓣在修复大面积缺损时的应用。因此，于术中准确判断皮瓣灌注，对缺血区域进行手术修复或切除，对临床提高皮瓣存活比和手术成功率具有重要作用。在传统的皮瓣转移术中，术者多凭借其个人的临床经验判别，包括对皮瓣颜色、充血反应，皮瓣表面温度、肿胀程度及针刺后出血等主观观察[1]。但这要求术者有较丰富的临床经验，且主观性强，受很多因素影响，只能作初步参考，不能作为客观有效的指标。目前临床有多种方法可以用来术中监测皮瓣灌注。包括动态红外温度测量仪、组织血氧定量法、微量透析法、荧光素血管造影及多普勒血流仪等[2-6]。

ICG血管造影以其实时、准确、安全性高的特点，成为评价皮瓣灌注的重要方法。它能够显示皮瓣组织实时的灌注情况，准确预测皮瓣存活的位置和范围。PDE系统是进行ICG血管造影系统之一。与目前临床上其他的ICG造影系统相比，集成的PDE系统是具有简单轻便、易于术中操作等优点。而文献对于PDE系统，尤其是其应用的准确性、敏感度、特异度等少有报道。为了探索PDE系统术中评价皮瓣灌注、预测皮瓣存活情况的可行性和临床应用价值，我们在大鼠背部构建了带蒂筋膜皮瓣模型，验证PDE系统的准确性。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 吲哚菁绿溶液的配置：吲哚菁绿（ICG，辽宁丹东医创药业有限责任公司）溶液：将包装内10ml灭菌注射用水抽出，注入装有25mg吲哚菁绿粉末的西林瓶中，震荡混匀。整个操作在室温下的暗室内进行。密封避光冷藏保存备用。

1.1.2 实验动物：SD大鼠25只，体重（300±20）g，雄性，购自第四军医大学实验动物中心。标准饲养。随机分成2组，1组10只进行表皮面和筋膜面的PDE造影影像的对比研究；另1组15只用于PDE半定量测量标准的确立。

1.1.3 PDE系统：实验使用PDE系统 (Photodynamic eye, Hamamatsu Photonics K.K.,Shizuoka, Japan)，这是集合近红外光发射、接收，信号处理、传输于一体的ICG造影系统。其基本组成为：手持式近红外光发射接收探头，信号处理主机，变量调节控制器。见图1。

图1 PDE系统

1.2 方法：在大鼠背部构建2cm×6cm大小的带蒂筋膜皮瓣模型，以1mg/kg的剂量静脉注射，注射30s后，以探头距离皮瓣15cm，调节发射光强度、辅助照明光强度及对比度为中等强度，分别从表皮面和筋膜面进行观察，获得清晰影像后，记录保存结果。

1.3 观察指标

1.3.1 皮瓣存活比的监测：在皮瓣术后7d，皮瓣存活区与坏死区已明确，坏死区皮瓣颜色发黑，组织回缩、弹性差，质地坚硬，切割组织部出血。用数码相机进行皮瓣摄影，以Image-J软件分析皮瓣坏死区域，利用公式(皮瓣存活比=皮瓣存活表面积/皮瓣总表面积)，计算各皮瓣存活比。

1.3.2 ICG影像高灌注区：根据软件记录的结果，用Image-J软件分别分析高灌注区域，即根据影像我们认为皮瓣术后能够存活的区域，利用公式（皮瓣预测存活比=高灌注区影像面积/皮瓣影像总面积），计算各皮瓣的预测存活比。

1.3.3 计算每个目标区域（region of interest，ROI）的光密度值：将大鼠皮瓣从远端到近端分成1～10,10个ROI。在ICG影像图和大体照片中，分别计算每个ROI的影像光密度值（OD）及其对应ROI的皮瓣实际存活比。OD值是用Image-J软件分析ICG影像图获得。定义一个ROI的灌注指数PI（Perfusion index）为该ROI的光密度值/皮瓣近端3个ROI光密度平均值（8、9、10，3个ROI）

1.4 统计学分析：数值以(x¯±s)表示，用GraphPad. Prism.v5.0.对数据进行方差分析，组间的比较采用t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。对每个ROI的PI值和皮瓣存活比进行相关性分析。

2 结果

2.1 筋膜面和表皮面ICG荧光成像结果比较：上部为皮瓣近端，下部为皮瓣远端。筋膜面影像图中能够清晰的看见皮瓣筋膜面的微小动脉网，及其间的毛细血管；皮瓣近端3/4面积显影明亮，组织灌注良好，认为这一区域术后基本能够存活；远端1/4面积为低显影和不显影的暗区，组织灌注不足，认为术后很可能发生坏死（图A）。表皮面影像图中不能清晰的分辨出血管及血管网的位置，只能大致分辨显影较为明亮的灌注充足区，认为这一区域术后能够存活(图B)。图C为术后7d该皮瓣实际存活情况的大体照片，其存活范围与影像结果大体一致。见图2A～C。

图2 同一大鼠皮瓣筋膜面和表皮面ICG影像图及大体观察图

2.2 筋膜面和表皮面影像预测结果比较：筋膜面ICG影像预测皮瓣存活比为0.705±0.053，灵敏度为90.7%，特异度为100%，假阴性比为9.3%，假阳性率为0；根据表皮面ICG影像预测皮瓣存活比为0.611±0.072，其灵敏度为78.6%，特异度为100%，假阴性率为21.4%，假阳性率为0。而实际皮瓣存活比为0.777±0.062。比较发现，从筋膜面进行ICG成像的结果较表皮面更为准确，灵敏度更高，与实际结果更为接近。差异具有统计学意义（P＜0.05）。见图3。

图3 大鼠皮瓣实际存活比与预测存活比统计图

2.3 灌注指数PI半定量标准确定结果：左侧为筋膜面影像，其显影明亮的高灌注区与右侧皮瓣存活区域基本一致，高、低灌注交界区域与皮瓣存活、坏死交界区域都位于皮瓣远端1/3左右位置（图4）。分析过度区（皮瓣存活与坏死的交界区）ROI皮瓣存活比与其灌注指数的相关关系。通过GraphPad.Prism.v5.0.分析，两者在0.01水平上显著相关（P＜0.01），R为0.845，R2为0.714，相关性较好，其95%置信区间为（0.434,0.965）。认为当灌注指数PI＞0.434时，该皮瓣区域的皮瓣基本能够存活（图5）。

图4 同一皮瓣ICG-PDE筋膜面影像图及大体照片

图5 过渡区ROI皮瓣存活比与其灌注指数关系图

3 讨论

皮瓣是整形外科用于创面修复、功能重建及器官再造最常用的技术之一。临床常因皮瓣切取过大，吻合血管或血管蒂不足以供应整个皮瓣而发生皮瓣远端坏死，成为术后重要的并发症之一。ICG血管造影是评价皮瓣组织灌注的重要方法。目前，临床应用最广泛的ICG造影系统是SPY系统。Jones等[7]通过ICG-SPY评估乳房切除术后皮瓣灌注，预测术后皮瓣存活能力，其准确性接近100%。2012年，Phillips等在同一批31例乳房切除术后的患者身上进行了一项ICG-SPY和荧光素的对比研究。仅依靠临床判断，作者得出41%皮瓣坏死率的结论；而SPY和荧光素分别都检测出了90%术后皮瓣发生坏死的患者[5,8]。SPY和荧光素都过度预报了低灌注区域。Newman等在乳房重建术中，应用ICG-SPY引导组织切除。术后发生了13%全层皮瓣坏死。将这一结果与SPY-Q影像做对比发现，ICG-SPY在预测术后皮瓣坏死方面拥有88%敏感度和83%的特异度[9]。William等[10]报道在腹部抽脂术后乳房整形手术中，ICG-SPY能够将DIEP皮瓣的损失率和脂肪坏死率从71%降到0。Colavita[11]等运用SPY预测复杂性疝修补术后的皮瓣坏死，其敏感度为100%，特异度为90.9%。Beckler[12]等在头颈部重建术中，根据ICG血管造影结果修整皮瓣，能够将术后皮瓣坏死率从33%降到8%。Harless等[13]回顾性研究发现，ICG血管造影能够将乳房切除术的皮瓣坏死率从过去的6.7%降到现在的0.9%，手术并发症从13.8%降到6.6%。Lohman等[14]总结了所有ICG造影相关文献共244个患者、253例皮瓣，ICG造影未引起一例并发症。通过meta分析，其敏感性为90.9%；准确性为98.6%；特异性为98.6%。

PDE系统是进行ICG血管造影系统之一。与其他系统相比，集成的PDE系统是具有简单轻便、易于术中操作等的优点。可移动的手持式探头允许术中在术中任意角度、任意方向的探测，极大的扩展了PDE系统使用的自由度，对于各种类型、位置的皮瓣都能起到一定的辅助作用。根据本次实验结果，依据筋膜面ICG影像预测皮瓣存活比为0.705±0.053，灵敏度为90.7%，特异度为100%，；表皮面ICG影像预测皮瓣存活比为0.611±0.072，其灵敏度为78.6%，特异度为100%。而实际皮瓣存活比为0.777±0.062。从筋膜面进行ICG-PDE成像，其灵敏度为90.7%，特异度为100%，与文献报道的meta分析的结果相当，说明PDE系统的准确性也能够与其他系统相比。且基本没有假阳性情况的发生，极大的降低了因影像结果显示高灌注而术后却发生坏死造成的损失和伤害。90.7%的敏感度已能够较为准确评估皮瓣大部分面积的灌注情况，确定其供应的边界范围，区别存活和坏死的区域位置，从而预测皮瓣存活情况，并根据需要调整皮瓣位置，切除缺血区域。

由于PDE系统只能定性的评估皮瓣灌注，成为其临床应用的一个缺陷，因此笔者通过对ICG-PDE系统影像结果的分析，找出一种能够通过影像对皮瓣组织灌注进行半定量分析的方法。因为ICG在注射后能与血浆蛋白几乎完全的结合，随血流均匀的分布全身，皮瓣血流中ICG的量反映了皮瓣的血流量。皮瓣血流中的ICG被激发后产生荧光，ICG量越大，荧光越强，光密度值越大。因此，皮瓣的血流灌注量越大，ICG影像结果的光密度值越大，而皮瓣的灌注量一定程度上反映了皮瓣的存活情况，理论上一个区域的光密度值与其存活情况之间存在正相关关系，实验也证明了这一结果。我们分析了每个目标区域ROI的光密度值（OD）与该ROI对应的皮瓣存活情况。但由于不同实验对象之间OD值相差较大，为此我们定义了灌注指数PI这一比值，使不同皮瓣、不同ROI的对比性更好。结果显示单个目标区域的灌注指数PI与皮瓣存活比两者在0.01水平上显著相关（P＜0.01），R为0.845，R2为0.714，相关性较好，其95%置信区间为（0.434,0.965）。说明当灌注指数PI＞0.434时，该ROI的皮瓣基本能够存活。文献报道皮瓣荧光与周围正常组织荧光的相对值≥45%的皮瓣区域存活的可能性更大[15]；另有作者将这一标准界定为30%[9]。尽管作为对比的参照不同，但标准较为接近。

考虑到皮肤软组织扩张后，皮肤表皮层增厚，真皮层变薄，脂肪层厚度变薄，纤维包膜层较正常皮肤具有更丰富的血管网等皮肤形态学变化，其结构较人体正常皮肤更符合实验模型的特点。因此我们认为从筋膜面进行ICG荧光成像这一新的方法，也同样适用于扩张皮瓣。PDE系统对扩张皮瓣的设计、切取及预后判断可能具有重要的辅助作用。

综上，通过PDE影像可评估筋膜皮瓣组织灌注量，预测皮瓣存活情况，准确性较好，同时弥补了PDE系统不能定量测量的缺陷，为PDE的临床应用提供了可靠的实验参考。

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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

编辑/张惠娟

郭树忠，第四军医大学西京医院整形外科教授、主任医师；研究方向：复合组织移植，器官再造；E-mail:shuzhong@fmmu.edu.cn

徐晓庆，第四军医大学西京医院整形外科博士研究生；研究方向：皮瓣微循环；E-mail:xuxiaoqing2017@163.com