红外热成像技术在皮瓣移植围术期检测中的应用

熊哲祯 许律廷 刘凯

皮瓣移植术前检测血管的方法有多种，包括彩色多普勒超声、计算机断层扫描血管造影（CTA）、磁共振血管造影 （MRA）、数字减影血管造影技术（DSA）等，但以上方法简便性仍显不足。彩色多普勒超声灵敏度有限，且图像是由皮肤至深层纵切面的，显示不直观，操作及读图寻找血管位置相对技术要求更高。CTA、MRA及DSA需要向血管内注射造影剂，可能造成相关并发症，且耗时较长，价格较高。此外，对术后皮瓣活性的监测缺乏行之有效的辅助手段，只能通过观察皮瓣大体颜色判断。动态红外线热成像技术（DIRT）是一种简便易行的体表温度检测手段，已逐渐得到关注与应用。

根据自然界中任何温度高于绝对零度（-273℃）的物体都向外散发热辐射的原理，红外热成像装置通过接收辐射的红外线，并按其能量高低转换为展示温度分布的热像图，直观呈现出人体表面温度。血管密集、血流丰富处体表温度较高，炎症、坏死、肿瘤增殖等病理过程均会引起微循环变化而导致体表温度改变，DIRT作为一种非侵袭性的测量体表温度的医学手段，在整复外科中具有广泛的应用价值[1]，包括穿支皮瓣血管情况检测、烧伤深度判断、腕管综合征辅助诊断等[2]，在国外较多应用于腹壁下动脉穿支皮瓣（DIEP）的穿支血管位置检测[3]。本研究旨在探索小型红外热像设备在皮瓣移植围术期的各种用途，具体报道如下。

1 材料与方法

1.1 材料

FLIR ONE pro是一款便携式红外热像装置，尺寸为 68 mm×34 mm×14 mm（图 1），重量仅为 36.5 g。

图1 便携式红外热像仪FLIR ONE proFig.1 Portable thermal imager FLIR ONE pro

该装置有光学摄像头及红外摄像头各1个，通过连接手机USB接口，并使用配套手机软件FLIR进行拍摄，拍摄模式包括可见光相机、普通热像图及具有动态增强功能（MSX）的热像图，可拍摄静态图像、视频，并可以进行延时拍摄。其可见光分辨率可达1 440×1 080 dpi，热分辨率为 160×120 dpi，测温范围为-20℃～400℃，温度分辨率为0.1℃，支持在屏幕上同时显示最多3个点测温及6个区域测温。有研究将其应用于烧伤后创面温度测定，通过计算温度变化进行愈合时间评估[4]，其热分辨率较高，可满足人体精确测温要求。

1.2 方法

选取16例皮瓣移植患者，分别于术前、术中、术后即刻、术后1 d、术后2 d和术后3 d，使用红外热像仪FLIR ONE pro拍摄皮瓣及周围区域热像图，热像图中人体根据其表面温度的高低不同而呈现渐变式的颜色。拍摄前使用冷水纱布冷敷拍摄区域1 min以降温，之后血供良好区域迅速回温，而其余部分则回温较慢，可使得图像呈现出更高的对比度。拍摄时注意对焦以保证图像呈现出最清晰的颜色分布，拍摄的热像图通过电脑软件FLIR Tools进行温度测量与图像分析。术前用彩色多普勒超声定位穿支血管位置并标注，与红外热像图中的血管定位进行比较。

2 结果

2.1 用于定位穿支血管位置

术前的红外热像图可准确定位血管位置，血管走行区域皮温高于周围，在热像图上颜色较浅，亮度较高，呈明显的“亮点”或“亮线”[5-6]。对于走行近似垂直于皮肤表面的穿支血管，如腹壁下动脉穿支血管，在脐周呈现出数目较多的“亮点”（图2），而走行平行于皮肤表面的穿支血管，则在热像图上呈现长条状的“亮线”。对16例皮瓣移植患者血管走行区域及周围皮肤温度测定，显示血管走行处温度普遍比周围皮温高1℃以上。使用彩色多普勒超声对16例患者进行术前血管超声并标注血管位置，其结果与红外热像图基本一致。1例头顶部扩张皮瓣修复面部瘢痕的患者，用两种方法测得的血管蒂部位置相差小于2 mm（图3）。此外，在彩色多普勒超声中显示为管径较粗、血流速度较快的血管，因其供养皮肤区域较大，在热像图中呈现更大的“亮点”或更粗的“亮线”。

图2 红外热像图中的脐周穿支血管Fig.2 Paraumbilical perforators in thermal image

图3 红外热像图中的皮瓣血管位置（左）与彩色多普勒超声测得的血管位置（右）Fig.3 Vascular position of the flap detected by infrared thermography(left)and color Doppler ultrasound(right)

2.2 用于监测皮瓣血运

术中切取皮瓣之后，即刻拍摄红外热像图，对于血运良好的皮瓣，可观察到蒂部明显的血管“亮线”，皮瓣远端温度与皮瓣整体温度接近（图4）。

图4 带蒂皮瓣移植术中切取皮瓣后红外热像图Fig.4 Intraoperative thermal image of pedicle flap transplantation after the flap was incised

术后通过拍摄红外热像图，比较皮瓣与周围正常皮肤温度和皮瓣温度变化，有助于发现早期皮瓣血运障碍。血运良好的皮瓣整体温度均匀，且与周围正常皮肤温度差较小，通常在2℃之内（图5）。发生血运障碍的皮瓣远端区域则在热像图上呈现出较明显的暗区，与皮瓣近端血运正常区域温差可达2℃以上，与周围正常皮肤温差更可达4℃以上。

图5 游离皮瓣移植术后2 d红外热像图（左）及大体观（右）Fig.5 Thermal image(left)and general view(right)of free flap,2 days after transplantation

3 讨论

通过上述临床应用发现，DIRT在皮瓣移植围术期各阶段均有积极的辅助作用，是一种有效且操作简单的无创检测方法。

Muntean等[7]通过对猪腹部血管穿支进行DIRT检测，并以彩色超声多普勒超声以及大体解剖进行验证，证实DIRT对于血管定位准确。Whitaker等[8]和de Weerd等[9]分别在乳房重建术前使用DIRT及CTA检测腹壁下动脉穿支皮瓣（DIEP）的穿支血管，证实了DIRT结果的准确性。在随意皮瓣转移术中，明确穿支血管位置是皮瓣设计的重要前提，通过设计时保留血管蒂，转移后为皮瓣提供充足血运，提高皮瓣的存活率。应用热像仪拍摄皮瓣区域可发现由深处穿出并水平走行至皮瓣远端的穿支血管。与彩色多普勒超声相比，DIRT具有同样的准确度，且更为直观地呈现出血管走行，操作简单省时，且无需接触皮肤，在术中也可便捷地随时观察血管情况，保证皮瓣切取的准确性。

在带知名血管蒂的皮瓣转移中，蒂部血管位置较为恒定，其血管直径、长度及血流速度是决定皮瓣血供情况与皮瓣存活的关键。全鼻缺损患者常伴随有眉间及额部外伤史，可能伴有滑车上动脉损伤。我们对收治的2例额部皮瓣全鼻再造患者，术前拍摄额部热像图，观察并比较双侧滑车上血管显影长度及亮度，发现2例患者的双侧滑车上血管均保持完整，但其中一侧在热像图上呈现更为清晰的“亮线”，经彩色多普勒超声验证其管径较粗，更适合作为额部皮瓣血管蒂。DIRT用于具有多根轴型血管供血的皮瓣蒂部血管选择，虽无法直接测定血管参数，但仍因其直观性，而具有一定的辅助作用。

皮瓣术中常用的监测皮瓣血运的方法有彩色多普勒超声、吲哚菁绿血管造影（ICG）等[10]。彩色多普勒超声多用于探测蒂部血管，对于皮瓣远端微循环情况则难以测定；ICG需血管内注射吲哚菁绿造影剂，操作繁琐耗时，且造影设备体积庞大，无法携带，使用不便。术中使用红外热像仪可在不接触术区的情况下，随时监测皮瓣血供，在热像图中可整体观察皮瓣血运情况[11]。通过皮瓣蒂部在图像上的温度，可判断蒂部血管是否通畅，若蒂部受压扭转则在热像图上温度降低，颜色变深，无法看到明显血管亮区；通过比较皮瓣远端与近端温度，可预估皮瓣远端术后是否会出现血运障碍。

皮瓣血运障碍是皮瓣术后发生率较高的并发症，可导致皮瓣坏死。通常仅凭肉眼观察，在皮瓣颜色转为苍白或紫黑时可判断皮瓣存在血运障碍，但术后数小时内早期血运障碍发生时，大体观下皮瓣颜色变化不明显，不易发现。使用单点测温仪测定游离皮瓣中央及边缘数个定点的术后温度变化[12]，并与周围皮肤温度进行比较，可判断皮瓣血运情况，但该方法难以观察皮瓣整体血运情况。使用DIRT可对皮瓣活性进行监测，当皮瓣出现血运障碍的早期，即可观察到皮瓣整体温度呈持续性下降[13]。在红外热像图中，正常情况下皮瓣切取6 h后近端皮温即开始上升，若之后皮瓣温度不升或仍持续下降，则皮瓣坏死可能性大[14]。在存活良好的DIEP皮瓣和腹壁浅动脉（SIEA）皮瓣中，可观察到术后一周中随时间推移新“亮点”在皮瓣上逐渐出现[15]，反映了皮瓣移植术后血管重建过程。相比其他测温手段，红外热成像技术可整体呈现区域内皮肤温度，更能直观反映局部微循环情况，通过皮瓣移植术后温度变化趋势，早期发现皮瓣血运障碍，从而可及时采取干预措施，减少皮瓣坏死率。

尽管当前的红外热像技术具有诸多优点，但还存在不足之处：①由于深部血管对表皮温度影响不明显，故红外热像技术只适用于观察较表浅的血管，对于深部血管仍需借助彩色多普勒超声或CTA进行测定；②无法测定血流速度、血管直径及判断动静脉类型；③体表温度受室温影响较大，亦受到自身代谢影响，若测量环境不同，多次测量结果之间的比较可能并不准确。

4 结论

DIRT是一种无创的辅助检测手段，操作简便且经济。皮瓣移植术前可通过DIRT准确、直观地定位血管，从而进行皮瓣血管蒂选择，辅助皮瓣设计。术中和术后应用DIRT，可较为灵敏地反映皮瓣温度变化，有助于连续监测皮瓣血运，及时发现早期血运障碍。在皮瓣移植围术期，DIRT可部分替代其他检查方法，简化术前检查步骤，缩短手术时间，提高术后监测效率，在整复外科中具有广阔的应用前景。