CT血管造影結合數字化技術在皮瓣移植術中的應用進展

陳致勃 綜述,徐永清 審校

·綜述·

CT血管造影結合數字化技術在皮瓣移植術中的應用進展

陳致勃1綜述,徐永清2審校

近年來,穿支皮瓣移植術廣泛應用于臨床,術前明確各穿支血管走行以及可切取范圍對進一步提高穿支皮瓣手術效果具有重要意義。隨著數字化醫學的發展,CT血管造影結合Mimics軟件重建得到的圖像結構清晰,三維可視化模型能真實反映動脈的分布、走行以及各穿支在體表皮膚的穿出位置,為臨床設計動脈穿支皮瓣的游離移植和帶蒂移植提供了精確的三維解剖學依據。該文就CT血管造影結合數字化技術在皮瓣移植術中的應用進展進行綜述。

CT血管造影;數字醫學;皮瓣移植

隨著數字化醫學的發展,利用CT血管造影(CT angiography,CTA)結合數字化技術在穿支皮瓣移植術前明確各穿支血管走行以及可切取皮瓣范圍,對提高穿支皮瓣移植手術效果具有重要意義。本文就CTA結合數字化技術在穿支皮瓣移植術中的應用進展綜述如下。

1 數字化醫學技術的概念

在數字化醫學領域,以幾何形態為主的臨床解剖學通過可視化人的研究,已經逐步提升為以人體全身組織器官的數字模型為依據的數字解剖學。數字骨科學是計算機數字化技術與骨科臨床技術緊密結合的一門新型數字化醫學學科,與其它醫學計算機虛擬技術不同,數字骨科學以骨科臨床為基礎,計算機圖像技術為輔助,涉及人體臨床解剖學、立體幾何學、生物力學、材料學、信息學和機械工程學等領域,具有顯著的臨床實用性。

數字骨科技術包括醫學影像處理、三維虛擬仿真與可視化技術、有限元技術、臨床計算機輔助設計和制造(computer aided design and manufacturing,CAD/CAM)技術、手術中導航與機器人輔助技術等。數字化技術使骨科臨床治療過程完全建立在計算機輔助技術基礎上,醫生從患者處得到的第一個信息不再是傳統的X線片和CT等影像學膠片資料,而是一個數字化的醫學影像數據。在尚未手術暴露患處之前,醫生利用計算機重建的患者個體化三維圖像,利用可視化技術看到過去通過肉眼不能直接看到的周邊組織和深層組織,在手術規劃軟件上對手術部位深入地觀察,精確設計手術路徑與范圍,精確地運用刀具實施手術,避免術中血管的副損傷,以保證皮瓣存活,在臨床實現了手術的精確化和微創化。數字化解剖技術在定位皮瓣穿支方面的優點包括框架感強、手術細節顯示清晰、術前設計方便以及可重復利用。Feng et al[1]利用血管成像數字導航技術在術前對相關血管解剖學詳細研究,簡化了術中操作,提高了手術成功率。

2 CTA結合數字化技術應用于穿支皮瓣移植術的可行性

目前,穿支皮瓣在骨科臨床上已得到廣泛應用,具有不犧牲供區的主干血管和神經、可根據軟組織缺損大小調整皮瓣大小和厚度等優點,在改善受區外形與功能的同時顯著減少了對皮瓣供區的損害,真正達到了“缺什么補什么”[2-4]的軟組織臨床修復原則。但穿支血管存在個體變異,這就限制了穿支皮瓣的臨床應用[5]。因此,術前明確各穿支血管走行以及可切取范圍對進一步提高穿支皮瓣手術效果具有重要意義。

醫生在術前常用彩色超聲多普勒血流探測儀來明確穿支血管分布[6],但該方法只能對供區皮瓣血管進行二維顯影,不能明確穿支血管在深層組織中的走行以及分布情況。CTA 檢查是將CT的增強技術與薄層大范圍的快速掃描技術相結合,再通過軟件對影像學圖像進行分析處理,清晰顯示全身各部位血管的細節,對個體血管變異、血管疾病以及顯示病變和血管關系具有重要價值。Suh et al[7]對142例患者行CTA檢查,明確了旋髂淺動脈穿支的解剖起源以及其穿過深筋膜的位置。在臨床實際操作中,通過CT掃描儀自帶程序進行三維重建,能清晰地顯示穿支血管具體走行方向及其分布的區域[8-10]。但是,通過該方法獲得的三維重建模型層次及毗鄰結構較模糊,很難清晰顯示毗鄰的細小分支血管[11-12]。Ono et al[13]利用CTA技術準確揭示穿支血管三維解剖細節,準確地進行術前評估。卿黎明 等[14]利用CTA檢查結果結合Mimics軟件重建得到的圖像結構清晰,骨骼及軟組織邊界顯示清晰,腓腸內側動脈顯影良好,重建腓腸內側動脈的三維可視化模型真實地反映了該動脈的分布、走行以及各穿支在體表皮膚的穿出位置,為臨床設計該動脈穿支皮瓣的游離移植和帶蒂移植提供了精確的三維解剖學依據。Li et al[15]在研究改良逆行腓淺動脈皮瓣修復燒傷或創傷導致的足踝部軟組織缺損時,利用CTA技術顯示患者腘動脈狹窄,繼而采用改良逆行腓淺動脈皮瓣重建修復足踝部缺損獲得成功。

利用Mimics軟件進行三維可視化重建具有以下優勢:① 立體、可視化、多角度、動態地顯示血管與穿支皮瓣、周圍肌肉、骨骼的三維毗鄰解剖關系。② 術區顯示直觀、準確,具有可重復性。③ 能夠清晰、真實地顯示皮瓣穿支血管的分布、走行及個體變異情況,避免因血管變異導致的皮瓣切取失敗,大大縮短了手術時間,提高了手術效果。④ 能夠在術前精確化、個體化地設計術中所需皮瓣,使手術醫生術前形象、直觀地觀察切取皮瓣的形態和特點,并能利用軟件模擬手術過程,且具有良好的可重復性[16]。CTA結合Mimics軟件作為術前導航數字技術也存在以下不足:① CTA檢查費用較高,且存在有腎毒性、輻射損傷等問題,患者住院時間延長。② 目前醫用的CT設備對皮瓣穿支的極限分辨率在0.6 mm左右,利用Mimics軟件術前三維重建的效果會受CTA原始圖像成像效果的影響。③ 操作復雜、費時,且Mimics軟件對顯影欠佳的穿支分辨率不高,常需結合CTA的原始圖像進行半手動操作。

3 CTA結合數字化技術在皮瓣移植術中的應用

3.1股前外側皮瓣股前外側皮瓣已廣泛應用于手足部創面的修復。對于該皮瓣穿支的術前定位,學者們進行了大量臨床研究,結果發現手持式超聲和彩色多普勒超聲定位假陽性率較高[17-18],高頻彩色多普勒超聲則對穿支源動脈難以進行探測及評估[19],CTA檢查三維重建的精確化和個體化程度較低[20]。Mimics軟件的應用[21-22]使股前外側皮瓣的三維可視化研究成為可能,為術前個體化設計皮瓣提供了較好的方法。為了探討股前外側皮瓣個體化精確設計及降低手術風險的方法,段家章 等[23]采用CTA結合Mimics 15.0軟件數字化技術進行術前個體化設計皮瓣,發現由于術中常常需要切取降支、橫支或斜支為血管蒂主干與受區血管吻合,故術前明確穿支及穿支源動脈的解剖情況對個體化設計皮瓣及規避手術風險具有重要意義。Maricevich et al[24]利用CTA技術設計股前外側穿支皮瓣,明確穿支的解剖關系,成功地將其應用于乳房再造。Zhang et al[25]對37例上肢軟組織缺損擬行股前外側穿支皮瓣修復的患者采用CTA檢查,術前了解穿支血管的解剖變異情況,術后皮瓣均成活,供區無并發癥。

3.2腓腸內側動脈穿支皮瓣自2001年Cavadas et al 首先報道以來,腓腸內側動脈穿支皮瓣已被廣泛用于四肢及頜面皮膚軟組織缺損修復治療[26]。該皮瓣穿支血管(肌穿支)在穿經肌肉和深筋膜時易發生變異,影響術中皮瓣切取。方早 等[27]利用CTA技術對9例舌癌患者術前進行三維重建及圖像分析,精確測量穿支數量、皮膚穿出點位置、血管蒂長度及皮瓣厚度,減少了手術風險和并發癥。

3.3臀腰部穿支皮瓣早在1975年Fujino就介紹了臀上動脈的肌皮穿支皮瓣用于自體乳房重建。國內學者沈懷亮(1984年)報道了臀上動脈和臀下動脈穿支是臀區皮膚的主要血供來源,可考慮以其穿支血管為軸設計皮瓣,但由于當時解剖及顯微外科技術的限制,臀部穿支皮瓣并未在臨床上廣泛推廣應用。郭宇 等[28]對4具新鮮尸體行全身整體造影灌注,采用64排螺旋CT無間距掃描采集數據,用Mimics軟件對臀腰部穿支血管進行數字化分析,構建的穿支血管三維可視化模型形象逼真,空間立體感強,穿支血管蒂、血管體及各穿支吻合區域清晰可見。

3.4旋髂深動脈穿支骨皮瓣帶髂嵴的旋髂深動脈穿支骨皮瓣 (deep circumflex iliac artery perforator flap,DCIAP ) 一直在臨床上有著廣泛的應用。金聯洲 等[29]應用數字化解剖學技術對旋髂深動脈進行三維重建可視化研究,并對其穿支動脈進行定位定量研究,建立了DCIAP數字可視化模型,按受區需要將DCIAP分為單穿支骨皮瓣、跨區皮瓣和串聯皮瓣,為臨床應用提供了解剖學數據。

3.5腓淺動脈穿支皮瓣楊曉東 等[30]對20具尸體進行層次解剖,應用圖像分析軟件和測量系統Scion Image對小腿前外側區的穿支進行定性、定量分析,并行三維重建發現,腓淺動脈與腓淺下外側動脈、腓動脈終末穿支相吻合,形成血管鏈供養小腿前外側區域的皮膚。楊曉東 等[31]臨床用于12例修復手、足缺損創面患者,獲得較好的臨床效果,腓淺動脈穿支皮瓣血管蒂解剖恒定,手術操作簡便,臨床效果滿意,是游離移植修復創面的又一選擇。

3.6隱動脈皮瓣張元智 等[21]通過CTA結合數字化技術進行隱動脈皮瓣重建,并成功應用于臨床,皮瓣成活滿意,結果顯示術中所見隱動脈主干和走行與術前三維重建結果基本一致,但術前皮瓣的設計只能提供大體范圍,不能提供精確的數據,術中皮瓣切取范圍的確定更多依賴于術者的經驗。

4 總結

由于CTA結合數字化技術能夠在術前較為全面地顯示皮瓣的血管解剖,并能依據需求設計出個體化的皮瓣,隨著該技術的進一步發展,其在皮瓣外科領域的運用將更加廣泛。但是該技術同時也面臨費用高、腎毒性、操作難度大、顯影效果欠佳等問題,如何解決上述問題是進一步研究的方向。

[1] Feng S,Xi W,Zhang Z,et al. A reappraisal of the surgical planning of the superficial circumflex iliac artery perforator flap[J].J Plast Reconstr Aesthet Surg, 2017, 70(4):469-477.

[2] Zeltzer A A, Van Landuyt K. Reconstruction of a massive lower limb soft-tissue defect by giant free DIEAP lap[J].J Plast Reconstr Aesthet Surg, 2012, 65(2): e42-45.

[3] Tang J, Fang T, Song D, et al. Free deep inferior epigastric artery perforator flap for reconstructionof soft-tissue defects in extremities of children[J].Microsurgery, 2013,33(8):612-619.

[4] Shafighi M, Constantinescu M A, Huemer G M, et al. The extended diep flap: extending the possibilities for breast reconstruction with tissue from the lower abdomen[J].Microsurgery, 2013, 33(1): 24-31.

[5] Kim C K, Kim Y H. Supermicrosurgical reconstruction of large defects on ischemic extremities using supercharging techniques on latissimus dorsi perforator laps[J].Plast Reconstr Surg, 2012, 130(1): 135-144.

[6] Winterton R I, Pinder R M, Morritt A N, et al. Long term study into surgical re-exploration of the free flap in difficulty[J].J Plast Reconstr Aesthet Surg, 2010, 63(7): 1080-1086.

[7] Suh H S, Jeong H H, Hong J P.The study of medial superficial perforator of the superficial circumflex iliac artery perforator flapusing CT angiography and surgical anatomy in 142 patients[J].Plast Reconstr Surg, 2016 Nov 21,[Epub ahead of print].

[8] Higueras Sué M C, López Ojeda A, Narváez Garía J A, et al. Use of angioscanning in the surgical planning of perforator laps in the lower extremities[J].J Plast Reconstr Aesthet Surg, 2011, 64(9): 1207-1213.

[9] 何永靜, 王繼華, 楊 云, 等. CT血管造影在背闊肌皮瓣游離移植修復頭皮撕脫傷創面中的應用[J].中國修復重建外科雜志, 2013, 27(3): 299-303.

[10] 陳世新, 吳東方, 丁茂超, 等. 穿支體區血管及其相互間吻合的3D可視化研究[J].中國臨床解剖學雜志, 2011, 29(3): 237-242.

[11] Tayor G I, Chubb D P, Ashton M W. True and “choke” anastomoes between perforator angiosomes: Part I. anatomical location[J]. Plast Reconstr Surg, 2013, 132(5): 1447-1456.

[12] Chubb D P, Tayor G I, Ashton M W. True and “choke” anastomoes between perforator angiosomes: Part Ⅱ. dynamic thermographic identification[J].Plast Reconstr Surg, 2013, 132(6): 1457-1464.

[13] Ono S, Hayashi H, Ohi H,et al. Imaging studies for preoperative planning of perforator flaps: An overview[J].Clin Plast Surg, 2017,44(1):21-30.

[14] 卿黎明, 胡懿郃, 唐舉玉, 等. 基于數字化技術的腓腸內側動脈穿支皮瓣血供的三維可視化重建研究[J].中國修復重建外科雜志, 2014, 28(6): 697-700.

[15] Li S J, Cheng H, Fang X,et al. Modified reversed superficial peroneal artery flap in the reconstruction of ankle and foot defects following severe burns or trauma[J]. Burns, 2017 , 43(4): 839-845.

[16] 留成勝,黃潮桐,陳隆福,等.數字化前臂穿支皮瓣模型構建與解剖學研究[J].中國臨床解剖學雜志,2011,29(3):243-248．

[17] Zhou H, Tan Q, Liu S, et al. Improved location technology of perforators of anterolateral thigh flap for Chinese patients[J].J Reconstr Microsurg, 2013, 29(5): 317-324.

[18] Cheng H T, Lin F Y, Chang S C. Evaluation of diagnostic accuracy using preoperative handheld Doppler in identifying the cutaneous perforators in the anterolateral thigh flap: a systematic review[J].Plast Reconstr Surg, 2012, 129(4): 769e-770e.

[19] 肖海濤, 時瑩瑜, 王懷勝, 等. 高頻彩色多普勒超聲檢測穿支血管在股前外側皮瓣手術中的應用[J].中國修復重建外科雜志, 2013, 27(2): 178-181.

[20] Eder M, Raith S, Jalali J, et al. Three-dimensional prediction of freeflap volume in autologous breast reconstruction by CT angiography imaging[J].Int J Comput Assist Radiol Surg, 2014, 9(4): 541-549.

[21] 張元智, 陸 聲, 溫樹正, 等. 數字化技術在隱動脈皮瓣血供的可視化及其臨床初步應用[J].中華創傷骨科雜志, 2013, 15(1): 32-35.

[22] Tang M, Yin Z, Morris S F. A pilot study on three-dimensional visualization of perforator flaps by using angiography in cadavers[J].Plast Reconstr Surg, 2008, 122(2): 429-437.

[23] 段家章,何曉清,徐永清,等.數字化技術在股前外側皮瓣修復手足創面中的應用[J].中國修復重建外科雜志,2015,29(7):807-811.

[24] Maricevich M A,Bykowski M R,Schusterman M A,et al. Lateral thigh perforator flap for breast reconstruction: Computed tomographic angiographyanalysis and clinical series[J].J Plast Reconstr Aesthet Surg,2017,70(5):577-584.

[25] Zhang Y, Pan X, Yang H,et al.Computed tomography angiography for the chimeric anterolateral thigh flap in the reconstruction of the upper extremity[J].J Reconstr Microsurg, 2017,33(3):211-217.

[26] Hallock G G. Evidence-based medicine: lower extremity acute trauma[J].Plast Reconstr Surg, 2013, 132(6): 1733-1741.

[27] 方 早,金淑芳,田卓煒,等. CT血管造影在腓腸內側動脈穿支皮瓣血管定位中的應用[J].中國口腔頜面外科雜志,2015,13(3):220-225.

[28] 郭 宇,石小田,劉蒙蒙,等. 臀腰部皮穿支及其相互關系的數字化模型[J].中國臨床解剖學雜志,2014,32(1):12-15.

[29] 金聯洲,崔懷瑞,戴開宇,等.旋髂深動脈穿支骨皮瓣3D可視化模型的制備[J].中國臨床解剖學雜志,2008,26(1):8-10.

[30] 楊曉東,王建紅,吳東方,等．腓淺動脈穿支皮瓣的應用學研究[J].中國臨床解剖學雜志,2011, 29(6):629-632．

[31] 楊曉東,劉楊武,楊 錦,等.游離腓淺動脈穿支皮瓣的臨床研究[J].中華整形外科雜志,2012,28(2):88-91.

Application progress of CT angiography combined with digital technology in skin flap transplantation

CHEN Zhi-bo,XU Yong-qing

CT angiography;digital medicine;flaps transplantation

R 622.1;R 814.43

A

1008-0287(2017)06-0757-04

10.3969/j.issn.1008-0287.2017.06.043

1解放軍211醫院質管科,黑龍江 哈爾濱 150080

2解放軍昆明總醫院全軍創傷骨科研究所,云南 昆明 650032

陳致勃,男,碩士,主任醫師,主要從事創傷骨科、脊柱外科、關節外科研究,E-mail:1465920465@qq.com;

徐永清,男,博士,主任醫師,博士生導師,通訊作者,主要從事創傷骨科、顯微外科、手外科研究,E-mail:xuyongqingkm@163.com

(接收日期:2017-09-21)