張 智, 楊晨松, 孫貴新
(同濟大學附屬東方醫(yī)院創(chuàng)傷外科,上海 200120)
穿支皮瓣指以管徑細小(穿過深筋膜后直徑≥0.5 mm)的穿支血管供血的,包含皮膚或皮下組織的軸型皮瓣。目前學界一般認為穿支皮瓣研究的始于1989年Koshima等[1]報道的以腹壁下動脈為蒂、不帶腹直肌的皮瓣。1994年,Allen等[2]應用腹壁下動脈皮瓣行乳房再造,并提煉出穿支皮瓣(perforatorflap)這一術語。因其自身攜帶穿支血管,擁有持續(xù)穩(wěn)定的血供,易成活,同時可以降低供區(qū)組織損傷及并發(fā)癥,穿支皮瓣已逐漸成為組織缺損重建的首選方法之一。穿支皮瓣移植有帶蒂轉移和游離移植連兩種應用形式。經歷30余年的發(fā)展,目前常用的穿支皮瓣有腹壁下動脈穿支皮瓣、臀上動脈穿支皮瓣,多用于自體乳房再造;股前外側穿支皮瓣(anterolateral thigh flap, ALT)適用于手外科、頭頸、顱面外科的修復重建;胸背動脈穿支皮瓣用于軀干和肢體的創(chuàng)面覆蓋;腓腸內側穿支皮瓣多用于下肢的創(chuàng)面覆蓋。
2003年,Geddes等[3]認為切取穿支游離移植皮瓣的供區(qū)應具備4個條件: (1) 術前能預知供區(qū)存在恒定的血管供應;(2) 至少存在1條較大的穿支血管,動脈穿過深筋膜后其口徑仍足以進行顯微外科吻合(≥0.5 mm);(3) 向深層解剖分離能獲得足夠的血管蒂長度;(4) 供區(qū)皮膚直接拉攏縫合后沒有過大的張力。帶蒂轉移時雖無需吻合血管,也要保證有足夠的血管蒂長度以將皮瓣轉移至受區(qū)。因此穿支皮瓣移植的關鍵在于術前穿支血管的精確定位。然而穿支血管的管徑、數目、走形以及位置等方面存在很大的變異,限制了其應用。以ALT為例,Kimata等[4]對74例ALT進行研究,有5.4%未發(fā)現穿支血管的存在。Chen等[5]對277例股前外側穿支血管的研究中發(fā)現23.6%的穿支血管起源存在變異。
目前檢測穿支血管的設備及技術繁多,各有利弊,尚無“金標準”可尋,本文主要目的是總結近年來各種輔助設備在皮瓣移植術前血管定位、走形、評估血流動力學指標中的應用,為更好的進行術前穿支皮瓣的設計,減少手術時間和難度,提高手術的成功率,加速患者康復提供可行的方法。
通過多普勒探頭發(fā)射超聲以及檢測反射超聲來記錄紅細胞的運動、判斷血管的位置,在體表有回饋信號的地方用筆標記。1975年首次被用于皮瓣手術的血管定位[6]。根據要測量穿支的深度及直徑選擇不同的探頭,最常的為8MHz和10MHz的探頭。Yu等[7]對100例股前外側皮瓣的研究中,對所有對象分別采用8MHz和10MHz的探頭,8MHz和10MHz探頭的靈敏度、特異性、陽性預測率、陰性預測率分別為100%、0%、89%、-;91%、55%、94%、43%。且精準度隨著體重指數增加而下降。在皮瓣設計時應謹慎參考HHD結果,因其并不總是精確的。王俊方等[8]研究旋股外側動脈降支穿支皮瓣時發(fā)現,對于細小的穿支血管,與周圍皮下靜脈血流信號區(qū)分度小,導致定位出現較大偏差。
HHD的優(yōu)點在于無創(chuàng)、費用較少、體積小便于攜帶、易于執(zhí)行檢查,對探頭消毒處理后可用于術中檢查。缺點是HHD只能用于穿支體表定位,8 MHz的探頭只能探測深度為20 mm的穿支血管,當皮膚和皮下組織的厚度超過這個數值時,檢測的可靠性就會降低[7],不適合用于肥胖患者。HHD無法得知穿支管徑大小、走形、血管蒂長度及來源,且不能生成血管系統(tǒng)及其周圍解剖結構的三維圖像,以便以后存儲和檢索,使得手術中難免會擴大切口探查穿支,增加供區(qū)損傷,延長手術時間。
CDS的工作原理與HHD 相同。通過將B超圖像和血管內血流圖像疊加形成彩色多普勒超聲血流圖像,可以在測量血流動力學參數及血管直徑的同時顯示血管周邊的組織。1994年,Hallock[9]首次使用CDS進行術前穿支探查與定位。Lethaus等[10]對45例ALT研究發(fā)現,CDS對穿支血管的靈敏度和陽性預測率分別為97.9%和100%,然而HHD為90.5%和80.4%。與術中確定穿支位置相比,CDS的測量誤差為(6.1±4.0) mm,HD的測量誤差為(14.3±9.6) mm,CDS的檢查結果更為精確可靠。王楊劍等[11]的研究表明,CDS術前測量的血管外徑與術中相比,無統(tǒng)計學差異。楊琴等[12]用CDS對64例行穿支皮瓣修復術患者進行術前供區(qū)探查,發(fā)現動脈穿支從主干發(fā)出部位及其走形于超聲下均可顯示,術中探查所見優(yōu)勢穿支與術前結果的吻合率為92.1%,得出CDS可以準確指導穿支皮瓣術前選擇的結論。CDS能夠測量穿支血管的血流動力學參數。術后1周,成活穿支皮瓣的收縮期峰值流速較術前顯著提高[13],術后皮瓣部分壞死組的整體血流量明顯低于全部成活組[14],通過對于術前術后皮瓣穿支動脈流量變化對判斷皮瓣的預后有一定幫助。CDS具有無創(chuàng),費用低,操作便捷,能夠測量血流動力學,有利于在基層醫(yī)院推廣等優(yōu)點。缺陷在于不能提供完整血管解剖的二維或三維圖像,無法為術中提供實時的影像資料。
3D-CEUS技術是在三維超聲成像的基礎上,應用二代超聲造影劑SonoVue的血流示蹤作用,增強組織器官內血流的散射信號強度,以提高超聲對組織器官的細微結構分辨能力和局部組織血流信號的檢測能力,并反映血流灌注情況[15]。高頻2D和3D超聲成像可有效探查到內徑≥0.5 mm的微細穿支血管,并能準確顯示其解剖位置、走行、長度及管徑,并可測量血流動力學參數,3D較2D超聲可更準確地顯示穿支血管的走行方式、長度及分支情況[16]。Gao等[17]對20例接受以鎖骨上動脈胸部分支皮瓣重建頸面部的患者術前進行CDS和CEUS檢查,兩者特異性都為100%,CEUS的靈敏度及陰性預測率(100%、100%)均比CDS(80%、60%)高。Su等[18]對32例患者進行術前3D-CEUS檢查,準確率100%,無假陰性和假陽性結果,該技術對選擇受體血管也有幫助。
CEUS有以下優(yōu)點: (1) 費用少;(2) 微創(chuàng);(3) 在提供血管三維成像同時可以提供血流動力學信息。缺陷在于: (1) 對操作者水平要求高;(2) 檢 查時間較長,有時長達1 h,會降低患者依從性[18];(3) 雖然造影劑Sono Vue不良反應發(fā)生率小,但仍值得警惕[19]。
CT是用X線對被檢測對象具體部位一定厚度的層面進行掃描,并將接收的透過該層面的X線經過數/模轉換后,形成CT圖像。靜脈注入對比劑后,可行CTA檢查,通過計算機重建,形成立體血管影像。CTA可以分辨直徑≥0.3 mm的穿支血管[20]。
2006年,CTA最早應用于腹壁下動脈穿支皮瓣乳房再造中[21-22]: 在72名患者術前CTA識別穿支血管均在術中證實,未出現假陰性或假陽性的情況。2008年,ROZEN等[20]首次將CTA用于ALT的術前定位與設計。Yang等[23]將32位接受ALT移植患者分為兩組,1組用CTA進行術前規(guī)劃,測量穿支血管口徑、長度,走形等參數,在體表標記穿支投影點進行血管定位及皮瓣設計,術后皮瓣并發(fā)癥率為12.5%且沒有嚴重并發(fā)癥;另1組接受傳統(tǒng)ALT移植術,術后皮瓣并發(fā)癥率為56.3%,說明術前用CTA行血管定位,能有效降低并發(fā)癥發(fā)生率。Smit等[24]回顧性研究138例行腹壁下動脈穿支皮瓣移植術患者,接受CTA術前血管定位組平均手術時間為(264±62) min,接受CDS術前定位組平均手術時間為(354±83) min,CTA可以明顯減少手術時間。但是上述兩個結論仍需要更高級別證據的支持。進行CTA檢查所耗費的時間遠遠少于超聲和MRA。基于這些因素,CTA是最常用術前評估方法。
CTA的缺點有: (1) 其使用的碘化造影劑有3%的過敏率[25],碘化造影劑的使用與腎毒性有關,特別是對有腎功能衰竭、血管疾病和糖尿病等危險因素的患者[26]。(2) 雖然有學者開發(fā)的迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction, ASIR)技術可以在不犧牲圖像質量的情況下減少60%CTA放射劑量[27],但是使患者暴露在不必要的輻射下,仍有增加致癌率的風險。(3) 不能測量血流動力學參數。
磁共振成像是將人體放在磁場中,人體氫原子核在一定條件下吸收射頻電磁波的能量,產生磁共振現象。MRA是利用磁共振成像技術中由于流動血液的MR信號與周圍靜止組織的MR信號差異而建立圖像對比度的一種技術,無需引入造影劑。然而不使用對比劑的MRA無法對細小穿支血管顯影[28]。1993年,Prince等[29]首次應用順磁性對比劑對比增強MRA,使血管成像質量明顯改善。1994年,Ahn等[30]首次將增強MR影像應用于橫行腹直肌肌皮瓣的術前定位中。
MRA近年來主要應用于腹部穿支皮瓣乳房重建,在一些研究中心已經取代CTA成為首選術前定位方式[31]。Swanson等[32]的研究表明,MRA對于腹壁下動脈穿支皮瓣的術前定位的準確度與CTA相比,并無統(tǒng)計學上差異。王挺等[33]對60例ALT移植患者進行術前檢查,發(fā)現CTA、MRA在成像質量上無顯著性差異,但是MRA的空間分辨率不如CTA,掃描時間控制不理想時,在動脈顯影峰值時可能出現靜脈影干擾從而影響成像質量。
相比于CTA檢查碘造影劑3%的過敏率,CE-MRA的釓造影劑的過敏率只有0.07%[25,34]。MRA使患者避免了非必要的放射線暴露。然而某些安裝了心臟起搏器或金屬假體的患者不能接受MRA檢查。對于腎功能不全的患者,釓造影劑可能會引起腎源性系統(tǒng)纖維化[35]。相比于CTA的高分辨率,MRA只能識別直徑1 mm及以上的血管[20]。
DSA是將造影前后獲得的數字圖像減影,在減影圖像中消除骨骼和軟組織結構,使低濃度的造影劑所充盈的血管在減影中顯示出來。
DSA多用于腓骨游離皮瓣,也有在腹直肌肌皮瓣中的應用。趙振華等[36]對45例行ALT移植術患者術前分別行MRA、CTA和DSA的檢查,結果發(fā)現3組間對于旋股外側動脈分型、降支起源和穿支管徑與術中相比,差異無統(tǒng)計學意義,3組間手術成功率與術后并發(fā)癥發(fā)生率也無統(tǒng)計學意義。DSA的優(yōu)點是能清楚連續(xù)顯示血管腔內解剖及動脈粥樣硬化改變,必要時可以進行血管內治療。相比與MRA、CTA,DSA不能顯示血管周圍軟組織的解剖結構,圖像為二維血管減影圖像,不能進行三維重建。DSA同樣要使用碘造影劑,有與CTA相似的碘造影劑相關風險,且DSA的放射量大于CTA,操作時也需要考慮輻射劑量。DSA為有創(chuàng)操作,有穿刺點出血、血腫的風險,穿刺點有4.5%的機會形成假性動脈瘤[37]。
自然界中高于絕對零度(-273 ℃)的物體都向外散發(fā)熱輻射。紅外成像裝置通過接收輻射的紅外線,并按其能量高低轉換為展示溫度分布的熱像圖。血管豐富處體溫較周圍高,體溫的升高會產生更多的熱輻射。研究表明,血管走形處溫度普遍比周圍皮膚高1 ℃以上[38]。
紅外成像可以在術前準確定位血管位置,在熱成像圖上以“亮點”或“亮線”顯示。徐偉華等[39]對31例四肢皮膚軟組織缺損患者進行穿支動脈定位,多普勒血流探測儀的準確率為73.1%,紅外線熱成像的準確率為92.1%,且熱成像發(fā)現的最具活力穿支點通過術中證實準確率為100%,而多普勒為80.6%,具有明顯統(tǒng)計學意義。許甜甜等[40]對40例游離ALT移植患者研究,發(fā)現熱成像、高頻彩色多普勒在術前有效穿支數量及位置的符合率為97%。紅外成像在腹壁下動脈穿支皮瓣及頭面部皮瓣等也有成功應用。紅外成像能即時反映0.1 ℃的溫度變化,“冷挑戰(zhàn)”后可以較清晰的顯示直徑小于0.5 mm的穿支血管熱源[40],定位精度小于1 cm[41]。
紅外熱成像的優(yōu)點: (1) 成本低,操作簡單;(2) 非侵入性、無放射性、無需注射造影劑;(3) 能夠實時顯示血流灌注情況。紅外熱成像的缺點: (1) 只適用于觀察表淺的血管,深部血管仍需要超聲或血管造影檢查;(2) 無法測量血流動力學、血管形態(tài)學;(3) 對環(huán)境溫度要求較高,以減少環(huán)境溫度對體表溫度的影響;(4) 采集圖像前要先進行“冷挑戰(zhàn)”,使患者不舒服。
此外,紅外熱成像應用于術中和術后時,可以及時靈敏的反應皮瓣溫度變化,有助于檢測皮瓣血運,及時發(fā)現早期血運障礙[38]。
CTA雖有較高的準確性和靈敏度,為皮瓣設計提供三維的血管成像。但是其三維圖像仍是在二維顯示器上展示,不能提供直觀的定位引導作用。AR通過追蹤虛擬物品在真實環(huán)境中的三維坐標,以實現虛擬信息和真實環(huán)境的實時融合,并將融合后的場景呈現給用戶,使用戶能夠通過自然的操作與虛擬世界進行實時交互。
為了達到將CTA圖像與實際血管定位結合的目的,多將AR技術與CTA技術聯合應用,先生成三維血管地圖,然后通過投影或可穿戴設備達到圖像融合的效果。2017年,Jiang等[42]率先用狗胸背動脈穿支進行了AR技術在穿支皮瓣移植方面的可行性研究,系統(tǒng)誤差為(3.474±1.546) mm,能夠滿足穿支皮瓣移植的要求。2018年,Pratt等[43]利用微軟的HoloLens眼鏡完成了6例下肢皮瓣移植手術,均取得較好手術效果,手術時間相較于超聲定位時短。還有學者利用智能手機和AR軟件來實現增強現實的目的[44]。
AR能夠將虛擬信息和真實環(huán)境高度融合,縮短定位時間。但目前的AR仍有不足: (1) 空間定位標記物可能會遮蓋手術視野,影響手術操作。(2) 融合后的圖像缺乏真實感。(3) 手術過程中皮膚等軟組織移位會造成非侵入式標記物移位從而導致定位精度的改變,而侵入式標記對患者造成額外損害。
隨著商業(yè)3D打印技術的普及和成本的下降,3D打印技術在皮瓣移植方面也得到初步應用。將CT數據通過計算機軟件轉化為三維信息。2014年,Gillis等[45]報導了首例3D打印的穿支血管(胸廓內動脈穿支)的模型。DeFazio等[46]詳細介紹了實現腹壁下動脈3D打印的過程,將患者特異性血管資料描繪到體表以輔助設計皮瓣。該研究還表明3D打印相比于CTA三維重建能更精確的反映腹壁下動脈的形態(tài)和穿支血管的位置,且有提高皮瓣移植成功率及手術效率、減少并發(fā)癥的可能。Cho等[47]使用柔性乳膠材料3D打印重建頭皮,以在修補20個月女童的復雜頭皮缺損術前掌握皮瓣的活動及覆蓋范圍。結合穿支血管的確切位置,該技術能幫助術者更好地設計皮瓣,尤其是供區(qū)內有多支穿支血管的皮瓣,減少供區(qū)損傷,并且有緩解復雜重建手術中焦慮、降低并發(fā)癥的可能。然而由于3D打印分辨率的問題,無法實現一些細小穿支血管的打印[45]。3D打印的速度也有待提高。
考慮到基層醫(yī)院高級醫(yī)療設備不足及經濟成本,HHD目前仍有廣泛使用空間。CDS性價比高,定位穿支血管準確,能滿足大部分手術要求,CDS可以分辨某些CTA難以區(qū)分的伴行穿支動靜脈,對血管管徑的測量精度優(yōu)于CTA[48],值得在基層推廣應用。CTA精度高、用時短,可以構建三維視圖,顯示穿支走形及周圍組織情況,是比較理想的術前定位方法,AR的應用也離不開三維視圖的構建。但對于特定患者,如乳腺癌患者患第2種癌癥的風險更大,伴有癌基因突變者容易同時罹患乳腺癌和卵巢癌[49],因此乳腺癌術后尋求乳房再造者應盡可能避免腹部輻射。Cina等[31]認為,對于年輕女性、介意輻射和碘造影劑過敏或腎功能不全患者,MRA可以在腹壁下動脈皮瓣移植中代替CTA行術前定位檢查??傮w來說,MRA在術前評估穿支血管方面的準確性不如CTA,隨著技術的發(fā)展,MRA精度的提高,未來MRA會在更多穿支皮瓣的定位中取代CTA,然而術前單一使用MRA評估穿支血管的有效性仍待進一步研究。
CTA、MRA三維重建圖像原本只能在二維顯示屏上觀看,AR將圖像融合后可提供直觀、立體的引導作用。其發(fā)展給遠程醫(yī)療提供了新的可能,影像、聲音在兩地醫(yī)生間雙向傳輸,同時指導醫(yī)生還可以標注出重要結構和文字注釋等,提高遠程會診的效率,實現醫(yī)療資源的合理分配。已有通過AR遠程醫(yī)療完成復雜手部修復的報道[50]。AR能夠提供術中實時可視化輔助,減少對術者經驗的依賴,讓低年資醫(yī)生直觀了解手術部位的解剖狀況,血管位置,模擬手術過程。在穿支皮瓣應用方面,AR技術還應解決軟組織形變對圖像匹配和復合造成的影響。
3D打印在穿支皮瓣移植術前的應用較少,設備成本高昂、打印耗時久是一方面,另一方面穿支皮瓣是軟組織,受限于打印材料,3D打印出的模型大多不易發(fā)生形變,不能很好地模擬軟組織。如果材料學的發(fā)展使柔性打印材料成為,術前3D打印模型能準確的評估術中需要解剖血管蒂的長度,皮瓣的大小及形狀設計,以達到更小的供區(qū)損傷的追求。